nghiên cứu ảnh hưởng của muội than đến cơ tính và tổ chức của hỗn hợp pbt pa6

Tuy nhiên giữa 2 loại nhựa PBT và PA6 này có khả năng tương thích với nhau không tốt dẫn đến độ bền của hỗn hợp này thấp.Vì vậy nhóm đã bổ sung thêm chất thứ ba là carbon black muội than

Nội dung ĐATN 50 Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học xã hội… 5

(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng năm 20…

( (Ký, ghi rõ họ tên)

TT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm đạt được

1 Hình thức và kết cấu ĐATN 30 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Tính cấp thiết của đề tài 10

2 Nội dung ĐATN 50 Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học xã hội… 5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế 15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

4 Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10

- Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của muội than đến cơ tính và tổ chức của hỗn hợp PBT/PA6

- GVHD: PGS TS Phạm Thị Hồng Nga

- Họ tên sinh viên: Hứa Phan Hiếu

- Địa chỉ sinh viên: 56/1/1 đường số 2 phường Trường Thọ thành phố Thủ Đức

- Số điện thoại liên lạc: 0962926624

- Email: 19143365@student.hcmute.edu.vn

- Họ tên sinh viên: Ngô Quốc Bảo

- Địa chỉ sinh viên: 15A đường 6, P Hiệp Phú, tp Thủ Đức, tp Hồ Chí Minh

- Số điện thoại liên lạc: 0395622317

- Email: 19143211@student.hcmute.edu.vn

- Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):

- Lời cam kết: “Tôi xin cam kết đồ án tốt nghiệp này là do chính tôi nghiên cứu và thực hiện Tôi không sao chép từ một bài viết của bất kỳ tác giả nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm”

Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 03 năm 2024

Trong suốt quá trình bước đi trên con đường đại học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Nhóm nghiên cứu vô cũng biết ơn khi đã nhận được sự giảng dạy, hướng dẫn và giúp đỡ từ các Thầy cô trong trường cũng như các tổ chức, cá nhân… Đầu tiên xin chân thành gửi lời cám ơn đến PGS TS Phạm Thị Hồng Nga là người cô tận tâm chỉ dạy, hướng dẫn và đồng hành với nhóm nghiên cứu trong suốt quá trình để nhóm nghiên cứu có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến ThS Phạm Quân Anh đã hỗ trợ máy ép nhựa và hướng dẫn vận hành máy, đảm bảo an toàn cho nhóm nghiên cứu khi sử dụng máy ép nhựa

Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Vinh Tiến là người đã hỗ trợ quá trình chụp tổ chức tế vi của các mẫu nghiên cứu

Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Chí Thanh là người đã hỗ trợ cho nhóm nghiên cứu trong quá trình đo độ bền kéo của các mẫu nghiên cứu

Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Trần Minh Thế Uyên là người đã hỗ trợ cho nhóm nghiên cứu mua vật liệu nhựa

Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ths Trần Ngọc Thiện là người đã hỗ trợ cho nhóm nghiên cứu khuôn ép mẫu nghiên cứu

Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ths Nguyễn Thanh Tân là người đã hỗ trợ cho nhóm nghiên cứu dụng cụ cân vật liệu

Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Trung tâm Hỗ trợ Và Phát triển Doanh nghiệp Thành phố đã hỗ trợ trong việc kiểm tra độ bền uốn, độ bền va đập các mẫu nghiên cứu

Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô trong trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM truyền đạt lại những kiến thức để nhóm nghiên cứu có được những nền tảng giúp nhóm nghiên cứu hoàn thành đồ án này

Xin chân thành gửi lời cảm ơn tri ân dành cho Ban giám hiệu nhà trườngcác Phòng, Khoa, đặc biệt là Khoa Cơ khí Chế tạo máy và quý Thầy Cô trong Bộ môn Hàn & Công nghệ Kim loại luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất để nhóm nghiên cứu có thể học tập, nghiên cứu

Cuối cùng xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ và tạo điều kiện, động viên nhóm nghiên cứu trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp ix

Trong quá trình thực hiện đồ án này với nhiều mảng kiến thức còn hạn chế, nhóm nghiên cứu sẽ có những thiếu sót không thể tránh khỏi Rất mong quý Thầy cô chỉ dạy, đóng góp ý kiến để nhóm nghiên cứu có thể hoàn thiện hơn, nâng cao sự hiểu biết, kiến thức của mình, tránh được các sai phạm sau khi ra trường làm việc

Xin chân thành cảm ơn!

Rác thải nhựa hằng năm từ các hoạt động đời sống mà con người thả ra là một trong những nguyên nhân góp phần làm cho môi trường trái đất nóng lên và bị đe dọa nghiêm trọng.Ý tưởng của việc nghiên cứu này bắt nguồn từ khi biết lông bản chải đánh răng thường được làm bằng 2 loại nhựa chủ yếu là từ polybutylene terephthalate(PBT) và polyamide 6 (PA6), trong quá trình sản xuất một lượng lớn phế thải nhựa được tạo ra từ quá trình cắt tạo hình cho phần lông

PBT là một loại nhựa nhiệt dẻo PBT cũng rất phổ biến do các đặc tính vượt trội như hiệu suất cơ học rất tốt, khả năng cách điện tốt và chống nước rất tốt Từ những yêu điểm trên nhóm nghiên cứu thấy được sự thực tiễn cao và lợi ích của loại vật liệu nhựa này đem lại, nhưng ngoài những ưu điểm PBT vẫn tồn tại những nhược điểm chẳng hạn như nhiệt độ biến dạng nhiệt thấp, dễ cong vênh do co ngót khuôn, khả năng hấp thụ dung môi thấp và độ bền va đập thấp Do đó việc áp dụng PBT bị hạn chế bởi các điều kiện làm việc có tác động mạnh hoặc một số điều kiện khắc nhiệt như môi trường nhiệt độ cao

PA6 là một loại polymer bán tinh thể được sử dụng rộng rãi do các lợi ích kỹ thuật của nó, như nhiệt độ biến dạng nhiệt cao, kháng hóa chất tốt, độ bền và độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và mài mòn Các tính chất cơ học vượt trội của PA6 trái ngược với PBT Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp trộn hai loại nhựa PBT và PA6 để cải thiện những nhược điểm của chúng mà vẫn giữ được tính chất tốt của từng loại nhựa Tuy nhiên giữa 2 loại nhựa PBT và PA6 này có khả năng tương thích với nhau không tốt dẫn đến độ bền của hỗn hợp này thấp.Vì vậy nhóm đã bổ sung thêm chất thứ ba là carbon black (muội than- CB) để cải thiện tính chất cơ học của PBT VÀ PA6 Hỗn hợp PBT/PA6/CB được trộn với tỷ lệ 75/25/0, 75/25/4, 75/25/8, 75/25/12

Các chỉ tiêu cơ tính được khảo sát bao gồm: độ bền uốn (ASTM D790), độ bền kéo (ASTM D638), độ dai va đập có rãnh V (ASTM D256) và không có rãnh V Thêm vào đó còn có kết quả hình chụp tổ chức tế vi

Sau khi kiểm tra và phân tích số liệu các mẫu nhựa nhóm nghiên cứu đưa ra kết luận như sau:

1 Quá trình phân tích nhiệt DSC cho thấy ảnh hưởng tính chất của polymer khi ta thay đổi nhiệt độ Tác động của carbon black đến hỗn hợp nhựa PBT/PA6 khá rõ rệt So với hỗn hợp có chứa 4, 8, 12 % CB thì hỗn hợp PBT/PA6 có Nhiệt độ kết tinh (peak) cao hơn cụ thể là hỗn hợp PBT/PA6 có đỉnh nhiệt ở 224.5 o C và 3 hỗn hợp có chứa 4, 8, 12 % CB có đỉnh nhiệt giảm dần lần lượt là 223.9, 222.6, 220.5 o C

2 Độ bền kéo của hỗn hợp PBT/PA6/CB đã cho thấy sự thay đổi khi bổ sung thêm

GIỚI THIỆU

Lý do chọn đề tài

Sự phát triển công nghiệp của bất cứ nước nào trên thế giới cũng đều mang lại rất nhiều lợi ích kinh kinh tế cho quốc gia đó Tuy nhiên, đi kèm với lợi lích to lớn đó con người phải đối mặt với hệ quả nặng nề do ô nhiễm môi trường gây ra Một trong những vấn đề đi kèm song song với sự phát triển công nghiệp đó là ô nhiễm do rác thải nhựa, đặc biệt là trong thời kỳ hiện nay khi nhu cầu sử dụng nhựa ngày càng tăng Rác thải nhựa gây ô nhiễm ở nhiều khía cạnh Đầu tiên là trong quá trình sản xuất nhựa từ dầu mỏ, các nguyên liệu hóa học gây tiêu tốn năng lượng và thải ra lượng khí nhà kính góp phần gây nên sự biến đổi khí hậu Tiếp theo là trong quá trình sản xuất sẽ tạo ra một lượng lớn chất thải độc hại gây làm ô nhiễm đất và nguồn nước Vì vậy, hiện nay, mọi người đã dần có ý thức với môi trường hơn với nhiều phương pháp chẳng hạn như bằng cách tái sử dụng nhựa để giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung mới hay giảm sử dụng nhựa hoặc đổi sang các vật liệu khá có tính thân thiện với môi trường hơn Nhưng tầm quan trọng của nhựa là quá lớn khó thể tìm ra một vật liệu khác có thể mang lại nhiều lợi ích như nhựa.Vì vậy tái chế nhựa là một trong những phương pháp có thể coi là tối ưu Để góp phần giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường nhóm nghiên cứu quyết định chọn tái chế phế thải nhựa khi biết phần lông bàn chải đánh răng được làm từ polybutylene terephthalate (PBT) và polyamide 6 (PA6) Trong quá trình sản xuất việc cắt tạo hình phần lông bàn chải sẽ tạo ra một lượng lớn phế thải nhựa, phần phế thải đó được chất đống và bỏ đi gây tốn thêm chi phí xử lý cho doanh nghiệp sản xuất

Hình 1.1: Lông của bàn chải đánh răng được làm từ PBT/PA6

PBT rất phổ biến do các đặc tính như khả năng cách điện tốt và chống nước rất tốt PA6 là một loại polymer bán tinh thể được sử dụng rộng rãi do các lợi ích kỹ thuật của nó, như

2 nhiệt độ biến dạng nhiệt cao, kháng hóa chất tốt, độ bền và độ cứng cao, khả năng chống mài mòn Tuy nhiên đã có nhiều nghiên cứu đã chỉ ra 2 loại nhựa PBT VÀ PA6 này có sự không tương tích giữa chúng dẫn đến hỗn hợp nhựa này có độ bền kém Để đáp ứng yêu cầu về tính cơ học và tạo ra một loại nhựa mới hiệu quả từ phế thải nhựa PBT và PA6, nhóm nghiên cứu đã thêm chất độn carbon black(CB) vào hỗn hợp nhựa Điều này nhằm mục đích cải thiện chất lượng và đồng thời tạo ra một sản phẩm có đủ các tính chất cần thiết để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và ứng dụng mong muốn Đó là lý do nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của muội than đến cơ tính và tổ chức của hỗn hợp PBT/PA6” Để thuận tiện trong quá trình nghiên cứu đề tài này nhóm nghiên cứu đã thay thế nhựa PBT và PA6 từ lông bàn chải đánh răng bằng nhựa PBT và PA6 nguyên sinh

Việc bổ sung thêm carbon black vào hỗn hợp PBT/PA6 không chỉ là một chất độn với mục đích gia tăng độ bền mà CB kết hợp với hỗn hợp PBT/PA6 tạo nên một loại nhựa có thể tản nhiệt tốt hơn nhựa thông thường nhờ vào đặc tính của CB Nhóm nghiên cứu muốn hướng đến loại nhựa này có thể ứng dụng để sản xuất phần ngàm của bóng đèn xe máy giúp phần nhựa này có thể tản nhiệt nhanh hơn chống tập chung nhiệt một vùng có thể gây nên cháy.

Tính cấp thiết của đề tài

Biến đổi khí hậu trên trái đất đa phần là kết quả của tác động do con người gây ra, do đó để bảo vệ môi trường sống của chúng ta, chúng ta cần thực hiện các biện pháp giảm ô nhiễm môi trường một cách tích cực Tái chế vật liệu nhựa là một trong những biện pháp hiệu quả Đề tài nghiên của nhóm nghiên cứu góp phần làm cho trái đất xanh hơn và giúp cho chúng ta có một môi trường sống tốt hơn

3 Đối với ngành sản xuất nhựa cũng như các doanh nghiệp sản xuất bàn chải đánh răng thì đã tìm được hướng giải quyết lượng phế thải nhựa trong quá trình sản xuất giúp doanh nghiệp có thể tiết kiệm chi phí xử lý hơn

Trong lĩnh vực khoa học, có thêm phương pháp khác nhau để nâng cao chất lượng của hỗn hợp nhựa PBT/PA6 mang lại nhiều cơ hội và tiềm năng phát triển.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của carbon black đến cơ tính và tổ chức của hỗn hợp polybutylene terephthalate/polyamide 6” có những ý nghĩa sau: Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đã mang lại những khám phá mới và tính mới về mặt khoa học trong lĩnh vực vật liệu polymer Nghiên cứu này làmrõ ràng và chi tiết về việc thay đổi tỷ lệ CB trong hỗn hợp PBT/PA6 làm tác động đến tính chất cơ lý và mở ra những cơ hội mới trong việc tối ưu hóa thiết kế vật liệu Ngoài ra nghiên cứu này là nguồn tài liệu tham khảo cho những nhà nghiên cứu trong và ngoài nước mở ra những triển vọng mới trong việc nghiên cứu về vật liệu polymer tiếp theo Ý nghĩa thực tiễn: Giúp doanh nghiệp có thể xử lý phế thải nhựa trong quá trình sản xuất từ đó giảm chi phí xử lý phế thải, điều này đồng nghĩa với việc giảm áp lực đối với môi trường và giúp thúc đẩy các chiến lược phát triển bền vững.Tối ưu hóa quá trình sản xuất, kết quả của nghiên cứu có thể áp dụng trong quy trình sản xuất các sản phẩm từ phế thải nhựa PBT/PA6 Bằng cách hiểu rõ về ảnh hưởng của muội than, các doanh nghiệp có thể tối ưu hóa quy trình sản xuất để đạt được hiệu suất cao.

Mục tiêu của đề tài

- Nghiên cứu ảnh hưởng của muội than đến cơ tính của hỗn hợp PBT/PA6.

Nhiệm vụ của nghiên cứu

- Trộn PA6 vào PBT theo tỷ lệ đã đề ra và ép phun mẫu

- Trộn CB vào hỗn hợp PBT/PA6 theo những tỷ lệ đã đề ra và ép phun mẫu

- Đo độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, phân tích nhiệt DSC và chụp tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6/CB

- Quy hoạch thực nghiệm tìm ra phương trình thực nghiệm để thể hiện sự ảnh hưởng của

CB đối với hỗn hợp PBT/PA6 với các tiêu chí về cơ tính.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, phân tích nhiệt DSC, Chụp tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6/CB

Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các mẫu nhựa sau quá trình ép phun, khảo sát cơ tính trên máy đo các mẫu với từ tỷ lệ 0, 4, 8, 12 % CB đối với hỗn hợp PBT/PA6 với tỷ lệ 75/25

Phương pháp nghiên cứu

Những phương pháp sử dụng trong nghiên cứu:

- 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

- Chế tạo mẫu PBT/PA6/CB bằng phương pháp ép phun

- Kiểm tra độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM

- Quan sát tổ chức tế vi bằng kính hiển vi điện tử

- Phân tích nhiệt DSC bằng máy kiểm tra nhiệt lượng quét vi sai DSC

TỔNG QUAN

Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Khi xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu của con người càng ngày càng tăng cao và vấn đề cần được giải quyết là cần phải tạo ra những sản phẩm để đáp ứng nhu cầu đó Ngành nhựa không nằm ngoại lệ cần phải có những chất liệu mới những sản phẩm đổi mới qua từng ngày Vì vậy hiện nay những đề tài tạo ra hỗn hợp nhựa mới có chất lượng tốt hơn hay tái chế nhựa giúp tiết kiệm nguồn tài nguyên bảo vệ môi trường và giảm thiểu được chi phí sản xuất đều được quan tâm rất nhiều từ cộng đồng nghiên cứu Như mọi người đã biết rác thải nhựa hằng năm từ các hoạt động đời sống mà con người thả ra là một trong những nguyên nhân góp phần làm cho môi trường trái đất nóng lên và bị đe dọa nghiêm trọng [1] Đây cũng là vấn đề làm cho các nhà nghiên cứu khoa học phải đau đầu để nghiên cứu xử lý lượng rác thải nhựa đó để ngăn chặn việc thải trực tiếp ra môi trường và bảo vệ môi trường sống của con người Hiện nay trên thế giới các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu thực hiện điều đó, Jiho Choi và các cộng sự của mình đã nghiên cứu tái chế chất thải nhựa [2] thành những sản phẩm nhựa có chứa bao gồm sợi carbon mang lại giá trị cao Hai loại nhựa được nghiên cứu ở đề tài này là PBT và PA6 lấy từ nguồn vật liệu phế thải Nhựa PBT là loại nhựa kỹ thuật có tính chất cơ lý và hóa học ổn định PA6 là một loại polymer bán tinh thể được sử dụng rộng rãi nhờ các ưu điểm kỹ thuật như nhiệt độ thấp, biến dạng nhiệt và kháng hóa chất cao, độ bền và độ cứng cao, khả năng chống mài mòn Tuy nhiên, hỗn hợp PBT/PA6 mới chỉ được chú ý gần đây và hiếm khi được sử dụng vì khả năng tương thích của hai loại nhựa này không tốt Khi kết hợp 2 loại nhựa này khả năng chống va đập sẽ thấp hơn so với PBT và PA6 nguyên sinh Nhiều nhà nghiên cứu đã cho thấy khả năng tương thích của hỗn hợp nhựa PBT/PA6 khi kết hợp với chất độn Trong bài nghiên cứu của Chang-Sik Ha và các cộng sự [3] để khắc phục điểm yếu này, PBT/PA6 được kết hợp với các chất như EVA-g-MAH.Maleic anhydrit (MAH) được kết hợp với chất đồng trùng hợp ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) trong hỗn hợp nhị phân PBT/PA6 đã làm giảm độ bền kéo và độ uốn nhưng đã được tăng độ bền va đập Ge Jiabao cùng các cộng sự [4] nghiên cứu thành công hỗn hợp PBT/PET/PA có khả năng tăng chống cháy và thân thiện với môi trường có đặc tính chống cháy và chỉ số chống cháy đạt UL94-V0 Tương tự bài báo [5] trình bày kết quả nghiên cứu về độ dẫn điện bề mặt của hỗn hợp PA6/PBT chứa muội than Nghiên cứu kết luận rằng việc kết hợp 6% thể tích

CB làm tăng độ bền kéo của tất cả các hỗn hợp, mặc dù chúng vẫn giòn Tuy nhiên, bài báo chỉ ra rằng vẫn còn những vấn đề chưa được giải quyết liên quan đến tỷ lệ CB trong hỗn hợp và có thể tỷ lệ CB này có thể chưa tối ưu để đạt được tính chất cơ học cao nhất Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mục tiêu chính của nghiên cứu là nghiên cứu tính dẫn điện của vật liệu hơn là nghiên cứu chi tiết về các tính chất cơ học Tại bài báo [8] kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các hạt PBMMA làm chất điều chỉnh độ bền và chất tương thích được sử dụng để làm cứng

6 hỗn hợp PA6/PBT Độ bền va đập rõ rệt của hỗn hợp PA6/PBT đã tăng lên đáng kể và khả năng hấp thụ nước giảm đi khi bổ sung các hạt Poly(n-butyl acrylate)/poly(methyl methacrylate-co-methacrylic acid( PBMMA), đây là một nghiên cứu cũng sử dụng chất độn thứ 3 để cải thiện cơ tính điều này giúp cho nhóm nghiên cứu có thêm cơ sở để tiến hành nghiên cứu với chất độn là CB mới mong muốn cho ra cơ tính hỗn hợp nhựa tốt Nghiên cứu này giúp nhóm nghiên cứu có thêm cơ sở để tiến hành nghiên cứu với chất độn CB mới, hy vọng tạo ra các tính chất cơ lý tốt cho hỗn hợp nhựa.Ở bài nghiên cứu [6] cho thấy rằng mức độ trương nở của hỗn hợp PBT/PA6 khi ép đùn sẽ thay đổi theo tỷ lệ độ nhớt và thành phần đầy cũng là một phương pháp bán thực nghiệm để ước tính thời gian hồi phục cuối cùng với dữ liệu thực nghiệm thu được mối tương quan rõ ràng giữa độ phồng của vật liệu ép phun Để thấy sự tương tác giữa PBT/PA6 bài báo [7] đã tiến hành các thử nghiệm độ bền kéo trục dưới điều kiện nhiệt độ kiểm soát, đồng thời đo lường tỷ lệ Poisson và biến dạng thể tích chỉ ra thấy tỷ số Poisson khi biến dạng dẻo đều nhỏ hơn 0.5, Qua các kết quả thử nghiệm giữa phân tích phần tử hữu hạn và phân tích phần tử hữu hạn giả định độ dẻo không đẳng tích nhận thấy tính chất dẻo của PBT và PA6 là không đẳng tích.Tại nghiên cứu [8] thực hiện nghiên cứu về tính chất cơ học và dòng chảy của PBT thông qua phương pháp ép phun, nghiên cứu đã tiếp tục chứng minh khả năng cải thiện cơ lý tính của PBT trong hỗn hợp PBT/PA6/GF và chi tiết ở đây là độ bền kéo tuy nhiên ở tại bài nghiên cứu mục đích chính của họ là khả năng chống cháy của hỗn hợp nhựa bằng sợi thủy tinh nên chưa đủ sự rõ ràng và chuyên sâu vào tính chất cơ lý tính của hỗn hợp.Trong khi đó bài nghiên cứu [9] cũng cho thấy rằng chất tương thích làm từ PA11 gốc sinh học tái tạo đã làm cải thiện sự tương thích và tăng độ giãn dài khi đứt của hỗn hợp PBT/PA6 ngoài ra PA11C còn làm cho hỗn hợp nhựa này cứng hơn tuy nhiên PA11 sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo giá thành đắt đỏ khiến cho nghiên cứu liên quan trở nên không thực tế Bài báo [10] đã nghiên cứu thành công nhằm cải thiện tính chất cơ học của hỗn hợp PBT/PA6 khi kết hợp với epoxy Họ phát hiện ra rằng epoxy có thể là chất tương thích hiệu quả để giảm và loại bỏ kích thước của pha phân tán đồng thời tăng cường đáng kể các tính chất cơ học.Tất cả điều này cho thấy rằng nên tiến hành một nghiên cứu về hỗn hợp PBT/PA6 bằng cách thêm CB và sử dụng phương pháp ép phun trực tiếp để tạo ra một loại nhựa mới có tính dẫn nhiệt nhờ vào đặc tính của CB và tăng cơ tính.

Tổng quan về nhựa PBT

Nhựa PBT có tên đầy đủ là polybutylene terephthalate plastic [11], một vật liệu nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật bán tinh thể PBT plastic được sản xuất bằng cách trùng ngưng axit terephthalic hoặc dimethyl terephthalate với 1,4-butanediol sử dụng chất xúc tác đặc biệt PBT có công thức hóa học là (C12H.12O.4)N

Hình 2.1 Cấu trúc phân tử của PBT

Hình 2.2 Hình dạng thực tế của nhựa PBT

Hiện nay PBT được sử dụng rộng rãi do giá thành rẻ so với giá trị nó mang lại nổi bật với khả chống dung môi, chống mỏi và đặc biệt là chống điện cực kì ưu việt Nó trở thành nguyên liệu lí tưởng trong lĩnh vực sản xuất vỏ ngoài cho các linh kiện điện tử Khả năng chịu nhiệt và tia cực tím của nó càng trở nên xuất sắc vì vậy nó được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp xe hơi

Những ưu điểm đặc trưng của nhựa PBT [11]:

- PBT có khả năng chống bám bẩn tốt

- Ngăn chặn bức xạ UV và sự lão hóa do nhiệt

- Khả năng chống biến dạng theo thời gian

- Đáp ứng yêu cầu của nhiều cơ quan và tổ chức cho các ứng dụng trong thực phẩm, y tế và nước uống, cũng như các thông số kỹ thuật hiệu suất chuyên biệt

Những nhược điểm của nhựa PBT [11]:

- Khả năng chống thủy phân kém (nhạy cảm với nước nóng)

- PBT không được gia cố chịu va đập có khía kém

- Nhiệt độ biến dạng thấp so với các vật liệu cạnh tranh khác

8 Ứng dụng của nhựa PBT:

- Do nhựa PBT đáp ứng được các tiêu chuẩn về y tế nên nhựa được sử dụng làm lông bàn chải đánh răng

- PBT là loại nhựa có khả năng chống cháy và chịu nhiệt khá tốt nên thường được sử dụng làm các đồ dùng như: bàn là, ổ cắm điện, quạt tản nhiệt, đui đèn

- Với khả năng chống tia UV nên PBT được dùng trong các bộ phận của xe hơi.

Tổng quan về nhựa PA6

PA6 (hay còn gọi là polyamide PA6) là một loại nhựa polymer kỹ thuật được phát triển bởi Paul Schlack và là một dạng polyamide bán tinh thể Nó là một trong những laoị nhựa được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu PA6 được tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp mở vòng của caprolactam

Hình 2.3 Cấu trúc phân tử của PA6

Hình 2.4 Hình dạng thực tế của nhựa PA6

Những ưu điểm đặc trưng của nhựa PA6:

- PA6 có tính có giãn dài

- PA6 chịu mài mòn tốt

- Loại nhựa này nhẹ, bền, chịu được nhiệt độ

- PA6 không chứa chất độc hại nguy hiểm, độ trơn bóng cao, dễ pha màu…

Những nhược điểm của nhựa PA6:

- PA6 có khả năng chịu trong môi trường axit kém, bị thủy phân trong môi trường axit

- Loại nhựa này bị nở do nhiệt và hút nước Ứng dụng của nhựa PA6 [12]:

- Trong ngành ô tô PA6 được sử dụng rộng rãi nó thường sử dụng để sản xuất thùng nhiên liệu, ốp nhựa do bản chất nhẹ và bền của nó

- Trong ngành điện tử do PA6 chịu đuộc nhiệt độ cà tính cách điện nên nó được sử dụng để làm công tắc, ổ cắm và bộ ngắt mạch, đầu nối…

- Trong ngành bao bì và hàng tiêu dùng do đặc tính dẻo dai nên nó được sản xuất như hộp đựng, bao bì thực phẩm, chai lọ…

- Trong ngành y tế do PA6 có khả năng kháng hóa chất cũng như quy trình khử khuẩn nên nó được sử dụng làm chỉ khâu phẫu thuật, vài y tế…

Tổng quan về carbon black (CB)

Carbon black hay muội than là một loại vật liệu được tạo ra bởi quá trình đốt cháy hoàn toàn các sản phẩm dầu nặng như nhựa của quá trình FCC (cracking xúc tác chất lỏng), nhựa cracking êtilen, và một số lượng nhỏ từ dầu thực vật

Hình 2.5: Hình dạng thực tế của carbon black

CB có một số ứng dụng như sau:

- Muội than được sử dụng như một chất màu và chất gia cường trong cao su và các sản phẩm nhựa Hơn 70% lượng CB trên thế giới được sử dụng làm chất gia cường trong lốp xe và các sản phẩm cao su.CB giúp dẫn nhiệt ra khỏi rãnh và vành đai của lốp xe, giảm thiệt hại nhiệt và tăng tuổi thọ của lốp

- Ngoài ra CB còn được dùng tạo màu trong sản xuất sơn, mực và nhựa

- CB còn được ứng đụng trong sản xuất dây đai, ống mềm…

Tổng quan về hỗn hợp PBT/PA6/CB

Hai loại nhựa PBT và PA6 được nhiều nhà nghiên cứu chỉ ra rằng khi kết hợp hai loại nhựa này với nhau khả năng tương thích kém dẫn đến cơ tính của hỗn hợp nhựa này kém hơn nhựa nguyên gốc Vì vậy nhóm nghiên cứu tạo ra loại nhựa gồm có PBT/PA6/CB với mong muốn có cơ tính tốt hơn và loại nhựa này có khả năng dẫn tản nhiệt nhờ vào tính chất của CB

Trong quá trình sản xuất lông bàn chải đánh răng phế thải nhựa bao gồm PBT và PA6 nhưng do yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và giá thành PBT rẻ hơn nên phần lớn nhựa PBT chiếm tỷ lệ nhiều hơn Vì vậy nhóm nghiên cứu chọn tỷ lệ 75/25 của hỗn hợp PBT/PA6 làm tỷ lệ tái chế, sau đó kết hợp 4 tỷ lệ CB khác nhau gồm 0, 4, 8, 12 % CB sẽ thấy rõ được sự ảnh hưởng của CB đến hỗn hợp PBT/PA6

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Vật liệu polymer blend

3.1.1 Khái niệm về polyme blend

Polyme blend là một loại vật liệu trộn hợp hay vật liệu tổ hợp[13] Ngoài trộn hợp các polyme có bản chất, cấu tạo, cấu trúc đại phân tử khác nhau, hỗn hợp của 2 polyme được tổng hợp từ cùng một monome, song có cấu trúc đại phân tử khác nhau như polyetylen mạch thẳng và mạch nhánh, polypropylen cấu trúc đồng đều lập thể và không đồng đều lập thể cũng được xem là polyme blend… Một hỗn hợp polyme tạo thành khi trùng hợp một monome trong một polyme khác cũng là một polyme blend Trong hoá học polyme, có thể kết hợp hai polyme có cấu tạo hoá học khác nhau thành một copolyme nhờ phản ứng giữa các nhóm chức cuối mạch Những copolyme khối như vậy có thể bị phân pha, song chúng lại được xem là hệ một thành phần Tương tự, nếu chỉ có một phần các polyme tạo khối và chủ yếu phân bố ở lớp bề mặt phân cách giữa hai polyme, khi đó hệ tạo thành là một polyme blend Vật liệu lớp tạo thành từ các loại polyme khác nhau (mỗi lớp là một loại polyme thành phần) cũng được gọi là polyme blend

- Polyme blend hoà trộn (miscible polymer blend): entanpy trộn lẫn ΔHtr < 0 do các tương tác đặc biệt giữa 2 polyme và sự đồng nhất được quan sát thấy ở mức độ nano hoặc ở mức độ phân tử Loại polyme blend này chỉ có một nhiệt độ thuỷ tinh hoá (Tg) duy nhất ở giữa Tg của 2 polyme thành phần (Tg - glass transition temperature, nhiệt độ ở đó polyme chuyển từ cứng và giòn sang mềm và dễ uốn và ngược lại) Trường hợp này 2 polyme được xem là tương hợp về mặt nhiệt động (tương hợp hoàn toàn)

- Polyme blend hoà trộn một phần và tương hợp một phần: một phần của polyme này tan trong polyme kia, ranh giới phân chia pha không rõ ràng Cả 2 pha polyme (một pha giầu polyme 1, pha kia giầu polyme 2) là đồng thể và có 2 giá trị Tg Có sự chuyển dịch Tg của polyme này về phía Tg của polyme kia

- Polyme blend không hoà trộn và không tương hợp: hình thái pha của 2 polyme rất thô, đường kính pha phân tán lớn, không đều, ranh giới phân chia pha rõ ràng, bám dính bề mặt 2 pha không tốt, có 2 Tg riêng biệt ứng với Tg của 2 polyme ban đầu

3.1.3 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các polyme Để xác định sự tương hợp của các polyme ta sử dụng các phương pháp dựa vào giản đồ pha, độ nhớt dung dịch polyme blend, mô men xoắn của polyme blend ở trạng thái nóng chảy,

12 tính chất cơ học, phổ hồng ngoại, ảnh hiển vi điện tử và kết hợp các phương pháp đánh giá khả năng tương hợp của các polyme [13]

- Phương pháp giản đồ pha:

Xây dựng giản đồ pha của polymer theo tỷ lệ của các polymer thành phần là một cách hiệu quả để thấy được khả năng tương hợp của polymer Qua đó có thể thấy được các polymer có tương hợp tốt, tương hợp một phần hoặc không tương hợp Để xây dựng giản đồ pha, người ta thường dựa vào phép đo độ đục/độ mờ Nhờ xác định điểm đục hay điểm mờ của hỗn hợp polyme (điểm ranh giới giữa hoà tan và không hoà tan/tách pha của các polyme) có thể vẽ được đường cong điểm mờ theo thành phần hỗn hợp polyme Điểm mờ chính là nhiệt độ ở đó cường độ tán xạ ánh sáng thay đổi đột ngột Muốn xác định điểm mờ, trước hết cần phải tạo màng polyme blend bằng cách hoà tan các polyme trong cùng một dung môi hoặc trộn hợp cơ học, trộn hợp nóng chảy các polyme với các thành phần khác nhau Các màng này được gia nhiệt hoặc làm nguội qua điểm mờ Điểm mờ của màng polyme blend có thể được xác định trực tiếp trên kính hiển vi bằng mắt thường hoặc nhờ detector quang điện Gần đây, phương pháp tán xạ ánh sáng được sử dụng rất phổ biến để xác định điểm mờ của màng polyme blend Sự mờ/đục chính là kết quả của tán xạ ánh sáng do sự không đồng nhất/tách pha của polyme blend

- Phương pháp dựa trên nhiệt độ thủy tinh hóa:

Nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) của polymer chính là nhiệt độ mà ở đó polymer chuyển từ trạng thái cứng, giòn sang mềm, dễ uốn và ngược lại Nó phản ánh sự linh động, mềm dẻo của các phân tử polymer Để xác định Tg của polymer, thường dựa vào các phương pháp xác định thể tích riêng, modun đàn hồi, nhiệt lượng vi sai quét (DSC), phân tích cơ nhiệt động (DMTA)…

Xác định Tg của một polymer là cơ sở để đánh giá mức độ trộn hợp của 2 hay nhiều polymer khác nhau Nếu trong 1 hỗn hợp các polymer tách biệt thì có nghĩa là 2 polymer đó không tương hợp và có hiện tượng tách pha polymer Nếu hỗn hợp có chỉ số Tg nằm trong khoảng Tg của 2 polymer thành phần và Tg của 2 polymer đó không chênh lệch quá nhiều thì

2 polymer đó tương hợp hoàn toàn

- Phương pháp dựa vào độ nhớt của dung dịch polymer blend Để đánh giá sự tương hợp của các polymer trong một dung môi nào đó, đo độ nhớt của dung dịch polymer là một trong những phương pháp quan trọng, từ đó có thể dự đoán được khả năng tương hợp của các polymer Tương tác đẩy giữa các polymer hòa tan trong một dung môi chung có thể gây ra sự co rút các bó, các cuộn của các đại phân tử polymer và do đó làm giảm độ nhớt của dung dịch polymer so với độ nhớt của dung dịch polymer được tính toán trên cơ sở cộng tuyến tính theo độ nhớt và tỷ lệ polymer thành phần Trong trường hợp này, hai polymer không có khả năng tương hợp Ngược lại, khi các đại phân tử của hai

13 polymer có tương tác hóa học và vật lý, kích thước phân tử cũng như độ nhớt của dung dịch polymer tăng lên so với tính toán lý thuyết Trong trường hợp này, hai polymer có khả năng tương hợp một phần

- Phương pháp dựa vào mô - men xoắn của polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Mômen xoắn ở trạng thái nóng chảy của một polymer hay hỗn hợp các polymer có quan hệ chặt chẽ với độ nhớt tương đối của polymer thành phần Khảo sát sự biến đổi mômen xoắn của polymer ở trạng thái nóng chảy là một trong những phương pháp đáng tin cậy để đánh giá sự tương tác của các polymer thành phần Đây là cơ sở để dự đoán sự tương hợp hay không tương hợp của các polymer

- Phương pháp dựa vào phổ hồng ngoại

Phương pháp phổ hồng ngoại dùng để nghiên cứu tương tác giữa các nhóm chức của các polymer thành phần hay giữa chất tương hợp với các polymer thành phần Nếu peak hấp thu đặc trung cho các nhóm chức của polymer thành phần giữ nguyên trong phổ hồng ngoại của polymer thì các polymer này không tương hợp Ngược lại, nếu trong polymer xuất hiện các peak hấp thu đặc trưng mới hay có sự chuyển dịch peak đặc trưng của các nhóm chức so với peak đặc trưng của nó trong polymer thành phần thì có thể dự đoán các polymer tương hợp một phần

- Phương pháp dựa vào ảnh hiển vi điện tử:

Phương pháp ảnh hiển vi điện tử rất thích hợp để nghiên cứu hình thái cấu trúc của polyme blend Nó là công cụ quan trọng để xác định mức độ tương hợp của các polyme trong polyme blend Dựa vào ảnh hiển vi điện tử của polyme blend, có thể quan sát thấy sự đồng nhất và không đồng nhất, sự đồng thể và dị thể, sự liên tục và không liên tục của các pha polyme trong polyme blend Để xác định hình hình thái cấu trúc của polyme blend thường dùng thiết bị ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)…

3.1.4 Các phương pháp chế tạo hỗn hợp polymer blend

Hiện nay, trên thế giới và ở Việt Nam, polyme blend chủ yếu được chế tạo bằng các phương pháp sau:

- Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme: Để chế tạo polyme blend hoà trộn, tương hợp hoàn toàn hoặc một phần, một đòi hỏi rất quan trọng là các polyme phải cùng tan tốt trong một dung môi hoặc tan tốt trong các dung môi có khả năng trộn lẫn tốt với nhau Đầu tiên, tiến hành hoà tan từng polyme thành phần trong dung môi chung để thu được các dung dịch polyme đồng nhất Sau đó, trộn các dung dịch polyme theo tỷ lệ đã tính toán sẵn Để các polyme trong dung dịch phân tán tốt vào nhau, cần phải khuấy chúng ở tốc độ khuấy cao trong một thời gian khá dài Trong nhiều trường hợp, người ta thường hoà tan và trộn lẫn các polyme có gia nhiệt, khi đó chúng sẽ trộn lẫn với nhau tốt hơn Phương pháp này khá thích hợp để chế tạo polyme blend dùng làm sơn, lớp phủ, keo dán… Tuy nhiên, cần lưu ý là loại dung

14 môi, giới hạn nồng độ của từng polyme trong polyme blend, nhiệt độ trộn… là các yếu tố ảnh hưởng mạnh tới khả năng trộn hợp và tính chất của polyme blend

Công nghệ ép phun và máy ép phun

Ép phun là một trong những phương pháp sản xuất phổ biến thường được sử để sản xuất hàng loạt, tạo ra các sản phẩm nhựa đa dạng như đồ gia dụng, bộ phận ô tô, đồ chơi và nhiều sản phẩm khác…

Máy ép phun bao gồm những hệ thống cơ bản sau mà người vẫn máy cần nắm được [21]:

- Hệ thống hỗ trợ ép phun

Hình 3.1: Máy ép phun nhựa TOSHIBA-SG100

Hình 3.2: Chi tiết cấu tạo các hệ thống của máy ép phun [22]

Hệ thống hỗ trợ ép phun

Bao gồm 4 hệ thống chính sau:

- Thân máy (Frame): chức năng là liên kết các hệ thống của máy lại với nhau

- Hệ thống điện (Electrical system): chức năng là nơi cấp nguồn điện để các moter hoạt động Thiết kế hệ thống điện của máy chú trọng sự an toàn cho người vận hành Hệ thống điện gồm tủ điện và hệ thống dây dẫn

- Hệ thống thủy lực (Hydraulic system): hệ thống này bao gồm có: bơm, van, hệ thống ống, moter… Là nơi tạo ra nguồn lực như tạo ra lực đóng và mở khuôn, duy trì lực kẹp khuôn, làm cho trục vít chuyển động quay, tạo lực cho chốt đẩy và sự trượt của lõi bề mặt

- Hệ thống làm nguội (Cooling system): cung cấp nước hoặc dung dịch Ethyleneglycol… để làm nguội khuôn, đông cứng nhựa thành hình trước khi đẩy ra khỏi khuôn

Hệ thống phun (press system)

Hình 3.3: Chi tiết cấu tạo hệ thống phun [22]

Nhiệm vụ của hệ thống phun đó là làm nóng chảy nhựa và duy trì nhiệt độ nhựa hóa lỏng, nén và khử khí trong quá trình tiêm phun, tiêm phun nhựa vào khoang khuôn và định hình sản phẩm

Hệ thống phun gồm các bộ phận cấu thành nên gồm:

- Băng gia nhiệt (Heater band)

- Bộ hồi tự hở (non-return Assembly)

Thực hiện chức năng đóng – mở khuôn, tạo lực kép giữ khuôn trong quá trình làm nguội và đẩy chỉ tiết sản phẩm ra khỏi khuôn

Các bộ phận hình thành hệ thống kẹp gồm:

Hệ thống khuôn có nhiều bộ phận khác nhau [22] Các bộ phận này lắp ghép với nhau tạo thành những hệ thống cơ bản của bộ khuôn, bao gồm:

- Hệ thống dẫn hướng và định vị: gồm tất cả các chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị, bộ định vị, chốt hồi có nhiệm vụ giữ đúng vị trí làm việc của hai phần khuôn khi ghép với nhau để tạo lòng khuôn chính xác

- Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn: gồm bạc cuống phun, kênh dẫn nhựa và miệng phun làm nhiệm vụ cung cấp nhựa từ đầu phun máy ép vào trong lòng khuôn

- Hệ thống đẩy sản phẩm: gồm các chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ, tấm đẩy, tấm giữ, khối đỡ… có nhiệm vụ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi ép xong

- Hệ thống lõi mặt bên: gồm lõi mặt bên, má lõi, thanh dẫn hướng, cam chốt xiên, xy lanh thủy lực làm nhiệm vụ tháo những phần không thể tháo (undercut) ra được ngay theo hướng mở của khuôn

- Hệ thống thoát khí: gồm có những rãnh thoát khí, có nhiệm vụ đưa không khí tồn đọng trong lòng khuôn ra ngoài, tạo điều kiện cho nhựa điền đầy lòng khuôn dễ dàng và giúp cho sản phẩm không bị bọt khí hoặc bị cháy

- Hệ thống làm nguội: gồm các đường nước, các rãnh, ống dẫn nhiệt, đầu nối… có nhiệm vụ ổn định nhiệt độ khuôn và làm nguội sản phẩm một cách nhanh chóng

Hệ thống điều khiển chính là đầu nào vận hành máy ép phun nhựa Thông qua bảng điều khiển để biết được: tốc độ phun, nhiệt độ, áp suất, vị trí trục vít, vị trí của các bộ phận trong hệ thống thủy lực Để kiểm soát các thông số người ta điều khiển thông quan bảng nút và mọi thông số hiển thị trên màn máy vi tính.Trong quá trình ép nhựa, hệ thống điều khiển tiếp nhận các thông số do người vận hành nhập cài đặt Các hệ thống máy sẽ theo lệnh đó mà thực hiện hoạt động ép phun.

Các phương pháp đánh giá cơ tính

Quá trình nghiên cứu thử nghiệm để đánh giá cơ tính của các mẫu nhựa nhóm nghiên cứu sử dụng những phương pháp đo sau [23]:

Kiểm tra độ bền kéo (Tensile Strength): Độ bền kéo là khi một lực tác động tăng dần đến khi vật liệu dạng sợi hay trụ bị đứt Ở giá trị lực kéo giới hạn cho sự đứt của vật liệu được ghi lại được ký hiệu σk Xác định độ bền kéo của một vật liệu, trước tiên phải tạo ra mẫu thử tuân theo tiêu chuẩn Hai loại tiết diện đo độ bền kéo phổ biến ở Việt Nam là tiết diện tròn và tiết diện hình chữ nhật Khi đo mẫu kéo chiều dài của mẫu tăng dần, tiết diện ngang mẫu giảm dần, khi mẫu đạt giới hạn kéo lớn nhất gây nên đứt gãy thì tại đó ứng với lực kéo lớn nhất mà vật có thể chịu được Độ bền kéo được xác định theo công thức: σ k = P

P: lực kéo lớn nhất ứng với lúc mẫu bị thắt (N)

F0: diện tích tiết diện chỗ thắt (mm 2 ) σk: ứng suất (N mm⁄ 2 )

Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động của máy kiểm tra độ bền kéo [23]

Kiểm tra độ dai va đập: độ dai va đậplà khả năng chịu tải trọng va đập của vật liệu Phương pháp thử và mẫu để đo độ dai va đập được thống nhất như sau:

- Mẫu Charpy dùng kích thước mẫu 10 x10 x 55 mm và khi thử phải ngàm 2 đầu mẫu trên máy

- Mẫu Izod dùng mẫu kích thước 10 x 10 x 75 mm và xẻ rãnh chữ V sâu 2 mm, cách 1 đầu 28mm và ngàm tại đầu này trên máy

- Quả búa con lắc của máy đập vào mặt đối diện chỗ xẻ rãn, đồng hồ của máy chỉ giá chị cô phá hỏng của mẫu Độ dai va đập được xác định theo công thức sau: a k = A

A: là công để phá hỏng mẫu (kJ)

F: là diện tích mặt cắt ngang của mẫu tại chỗ xẻ rãnh V (m 2 )

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy kiểm tra độ dai va đập[23]

Kiểm tra độ bền uốn:Một số tiêu chuẩn được sử dụng phổ biến dùng để đánh giá độ bền uốn: ISO 178, ASTM D790…

Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động của máy kiểm tra độ bền uốn [23]

PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM

Các tỷ lệ của hỗn hợp nhựa được sử dụng trong thí nghiệm

Hạt nhựa PBT, hạt nhựa PA6 và CB được trộn theo tỷ lệ như bảng 4.1

Hình 4.1: Hình ảnh thực tế hạt nhựa (a) PBT, (b) PA6, (c) CB

Bảng 4.1: Tỷ lệ hỗn hợp nhựa PBT/PA6/CB (wt.%)

Phần vật liệu sau khi được trộn đều với nhau theo tỉ lệ ở Bảng 4.1, tiến hành ép thành mẫu theo khuôn có sẵn để kiểm tra cơ tính vật liệu Khi đã ép xong, chọn ngẫu nhiên 5 mẫu của từng tỉ lệ để tiến hành kiểm tra độ bền kéo trên máy Shimadzu theo tiêu chuẩn ASTM D368 Môi trường đo đảm bảo nhiệt độ và độ ẩm đúng tiêu chuẩn Sau khi đã thực hiện kiểm tra độ bền kéo cho từng tỉ lệ, tiến hành ghi nhận kết quả kiểm tra, dựa vào đó phân tích tính ảnh hưởng của CB đến hỗn hợp PBT và PA6.

Chuẩn bị mẫu

Các vật liệu được sử dụng trong thí nghiệm:

+ Mã sản phẩm: TACOMA TC BN60

+ Khối lượng: 25 kg Được cung cấp bởi Công Ty TNHH TA.COMA, (Hà Nội, Việt Nam)

+ Khối lượng: 25 kg Được cung cấp bởi Công Ty TNHH Quốc tế Bina (Tòa nhà Ocean Park, số 1 Đào Duy Anh, Đống Đa, Hà Nội)

+ Khối lượng: 25 kg Được cung cấp bởi Công Ty HYUNDAI OCI CO., LTD, (1138, Daejuk-ri, Daesan-eup, Seosan-si, Chungnam, Korea)

Quá trình ép mẫu

Khuôn sử dụng loại khuôn hai tấm Bề mặt được vệ sinh qua ba bước thô, bán tinh và tinh bằng giấy nhám Nhằm mục đích chống gỉ sắt để quá trình ép mẫu nhựa đạt hiệu suất cho ra mẫu tốt hơn

Quá trình ép nhựa qua 3 bước:

Bước 1: Chuẩn bị vật liệu

- Trộn tỉ lệ nhựa theo tỷ lệ bảng 4.1 và bảng 4.2

- Đối với hỗn hợp nhựa PBT/PA6 được trộn đều theo các tỷ lệ và sấy ở nhiệt độ 110 °C trong vòng 4 giờ

Bảng 4.2: Khối lượng tỷ lệ mẫu PBT/PA6/CB

Hình 4.3: (a) Máy ép (b) Phễu sấy nhựa Bước 2: Gá khuôn lên máy

Hình 4.4: Khuôn sử dụng cho ép phun Bước 3: Tiến hành ép phun Ép phun mẫu PBT/PA6/CB ở nhiệt độ 260 °C

Xác định độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638

ASTM là viết tắt của "American Society for Testing and Materials," hay "Hội đồng Tiêu chuẩn và Vật liệu Mỹ" trong tiếng Việt Tổ chức này đã thay đổi tên thành "ASTM International" để phản ánh sự toàn cầu hóa của hoạt động và tiếp xúc với các tiêu chuẩn quốc tế

ASTM International là một tổ chức phi lợi nhuận có trụ sở tại West Conshohocken, Pennsylvania, Hoa Kỳ Chúng chuyên nghiên cứu, phát triển, và xuất bản các tiêu chuẩn kỹ thuật được áp dụng rộng rãi cho nhiều lĩnh vực khác nhau Các tiêu chuẩn của ASTM giúp định rõ các yêu cầu chất lượng và kỹ thuật, làm cho các sản phẩm và dịch vụ trở nên tương thích và dễ so sánh trên thị trường quốc tế

ASTM International đặt ra các tiêu chuẩn cho nhiều lĩnh vực như vật liệu xây dựng, kim loại, hóa dầu, y tế, điện tử, năng lượng, môi trường, và nhiều lĩnh vực khác nữa Các tiêu chuẩn này giúp người sản xuất, người tiêu dùng, và các bên liên quan khác có thể đảm bảo rằng sản phẩm và dịch vụ đáp ứng các tiêu chí chất lượng và an toàn

Một số phương pháp thử kéo theo tiêu chuẩn ASTM:

+ ASTM D638 - Phương pháp thử nghiệm kéo với vật liệu nhựa

+ ASTM E8 - Phương pháp thử nghiệm kéo với kim loại

+ ASTM D3039 - Phương pháp thử nghiệm kéo cho vật liệu composite laminate

+ ASTM D412 - Phương pháp thử nghiệm kéo cho cao su và vật liệu elastomer khác + ASTM C1275 - Phương pháp thử nghiệm kéo cho vật liệu ceramic

+ ASTM D882 - Phương pháp thử nghiệm kéo cho film và lá mỏng nhựa

Hình 4.6: Kích thước mẫu thử kiểm tra độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638

Hình 4.7: Mẫu chuẩn bị kiểm tra độ bền kéo

Sau khi đã tiến hành ép phun, chọn ngẫu nhiên 5 mẫu cho mỗi tỉ lệ Trước khi tiến hành phép đo, đảm bảo môi trường đo ở nhiệt độ 23 ± 2 °C và độ ẩm tương đối trong không khí là

50 ± 5 % Mẫu phòng thí nghiệm cần được lưu trữ ít nhất 40 giờ

Máy đo độ bền kéo Shimadzu là máy thử nghiệm độ bền kéo cho các ứng dụng khác nhau trong ngành công nghiệp và nghiên cứu vật liệu

Hình 4.8 Máy kiểm tra độ bền kéo Shimadzu

Máy kiểm tra Shimadzu là sự kết hợp giữa thiết kế cơ học đã được kiểm chứng và hệ thống điều khiển điện tử tích hợp mới nhất Ngoài ra, Shimadzu có thể cung cấp các loại máy đặc biệt bao gồm ngàm rộng, hành trình kéo dài và cấu hình ngang theo yêu cầu cụ thể của khách hàng

Máy sử dụng phần mền Wintest bao gồm một loạt các kỹ thuật kiểm tra tiêu chuẩn và cơ sở cần thiết để thực hiện và lưu trữ các phương pháp kiểm tra bổ sung Tất cả dữ liệu thử nghiệm có thể được lưu trữ tự động và có thể dễ dàng xuất sang các file mềm khác, như file Excel, Word, Access và SPC để cải thiện việc tạo báo cáo

Các bước kiểm tra thí nghiệm:

+ Bước 1: Thiết lập thông số để kiểm tra độ bền kéo

+ Bước 2: Định vị kẹp chặt mẫu cố định

+ Bước 3: Tiến hành kiểm tra

+ Bước 4: Ghi nhận kết quả và lấy mẫu ra khỏi bàn máy

4.5.Kiểm tra độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790

Hình 4.9: Kích thước mẫu thử kiểm tra độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790

Trước khi tiến hành đo thì, sau khi đã tiến hành ép phun, chọn ngẫu nhiên 5 mẫu cho mỗi tỉ lệ Trước khi tiến hành phép đo, đảm bảo môi trường đo ở nhiệt độ 23 ± 2 °C và độ ẩm tương đối trong không khí là 50 ± 5 % Mẫu phòng thí nghiệm cần được lưu trữ ít nhất 40 giờ Máy đo độ bền uốn

Hình 4.10: Máy thử sức bền vạn năng Shimadzu Autograph AG-X Plus

Dòng sản phẩm Shimadzu Autograph AGS - X cung cấp giải pháp thử nghiệm thực tế cho một mảng rộng lớn các ứng dụng với hiệu suất cao Cung cấp mức điều khiển cao cấp và hoạt động trực quan Dòng sản phẩm Autograph AGS - X đề ra tiêu chuẩn mới cho việc đánh giá vật liệu trong khi cung cấp tối đa giải pháp an toàn trong một phong cách thiết kế hiện đại Máy thử sức bền vạn năng Shimadzu Autograph AG - X Plus xuất xứ từ nhật bản với thời gian thử nghiệm ngắn Lựa chọn lực tối đa là 5 kN Sử dụng loại bàn HS với với tốc độ chạy của đầu thử nghiệm là 3000 mm/ph và tốc độ trở lại là 3300 mm/ph nên giảm được thời gian chu kỳ cho mẫu thử nghiệm đặc biệt là các mẫu trải dài như là cao su Tiết kiệm năng lượng với chế độ chờ tiêu chuẩn giảm ô nhiễm môi trường, AG - Xplus làm giảm điện năng tiêu thụ ở chế độ chờ, cắt giảm phế thải CO2 và giảm ô nhiễm môi trường Tiết kiệm năng

27 lượng khoảng 10 đến 25 % là có thể, tùy thuộc vào tải trọng khung máy Dễ dàng điều khiển ứng suất và độ giãn dài 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 trong quá trình thử nghiệm cũng như so sánh đáng tin cậy của dữ liệu mẫu chưa biết mà chưa có tiền thử nghiệm Ngoài ra, chức năng tự dò dễ dàng cung cấp và kiểm soát độ giãn dài theo tiêu chuẩn ISO 6892 - 2009

Các bước kiểm tra thí nghiệm:

Bước 1: Thiết lập thông số để kiểm tra độ bền uốn

Bước 2: Đặt mẫu lên bàn máy

Bước 4: Ghi nhận kết quả và lấy mẫu ra khỏi bàn máy

Hình 4.11: Mẫu chuẩn được đặt lên bàn máy 4.6 Xác định độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256

Hình 4.12: Mẫu thử kiểm tra độ dai va đập có rãnh V theo tiêu chuẩn ASTM D256

Hình 4.13: Mẫu thử kiểm tra độ dai va đập không có rãnh V theo tiêu chuẩn ASTM

Trước khi tiến hành đo thì Sau khi đã tiến hành ép phun, chọn ngẫu nhiên 10 mẫu cho mỗi tỉ lệ Trước khi tiến hành phép đo, đảm bảo môi trường đo ở nhiệt độ 23 ± 2 °C và độ ẩm tương đối trong không khí là 50 ± 5 % Mẫu phòng thí nghiệm cần được lưu trữ ít nhất 40 giờ

Máy đo độ dai va đập

Hình 4.14: Máy kiểm tra độ dai va đập Tinius Olsen IT504

Máy thử độ dai va đập năng lượng thấp mô hình IT 503, và model IT 504 vẫn luôn là tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp kiểm tra độ dai va đập nhựa, vận hành dễ dàng và hiển thị thông tin với độ phân giải cao Sự khác biệt chính giữa IT503 và IT504 là mẫu IT504 không có lớp vỏ bảo vệ bên ngoài.Những máy này có khả năng xác định độ dai va đập theo cấu hình Charpy hoặc Izod, mà không thay đổi tay lắc

Người sử dụng lắp đầu búa lên con lắc và gá mẫu lên bộ kẹp hoặc đe của thiết bị để kiểm tra theo tiêu chuẩn mà mình muốn bao gồm: ASTM D256 ( Izod), ISO 179 ( Charpy), ISO

180 ( Izod), ASTM D6110 ( Charpy), ASTM D4812 (Unnotched Cantilever Beam Impact), ASTM D4508 (Chip Impac), ASTM D950 (Adhesive Bond Impact) và các tiêu chuẩn tương tự khác

+ Công suất Pendulum cơ bản: 2.82 J

+ Công suất Pendulum với đòn thấp: 2.75 ~ 2 J

Các bước kiểm tra thí nghiệm

Bước 1: Thiết lập thông số để kiểm tra độ dai va đập

Bước 4: Ghi nhận kết quả và lấy mẫu ra khỏi bàn máy

Hình 4.15: Mẫu được đặt lên bàn máy 4.7 Quá trình phân tích nhiệt DSC

Lấy mẫu để đo DSC bằng cách băm nhỏ các mẫu khối lượng khoảng 10g cho từng tỷ lệ Thiết bị đo DSC là máy DSC 214 Polyma của hãng Netzsch (hình 4.16)

Hình 4.16: Máy kiểm tra nhiệt lượng quét vi sai DSC 214 Polyma

DSC là một phương pháp phân tích nhiệt độ được sử dụng để đo lường sự thay đổi trong nhiệt độ của một mẫu khi nó trải qua các quá trình nhiệt độ, như sự hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt DSC là một công cụ quan trọng trong nghiên cứu vật liệu và hóa học, đặc biệt là khi nghiên cứu về tính chất nhiệt độ của các chất, bao gồm polymer, hợp chất hóa học, và các vật liệu tự nhiên

Cơ sở của phương pháp DSC là so sánh nhiệt lượng hấp thụ hoặc giải phóng của mẫu và một mẫu tham chiếu khi chúng được đặt trong môi trường nhiệt độ ổn định và được nâng lên hoặc làm lạnh theo một chương trình nhiệt độ nhất định

Xác định độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256

Hình 4.12: Mẫu thử kiểm tra độ dai va đập có rãnh V theo tiêu chuẩn ASTM D256

Hình 4.13: Mẫu thử kiểm tra độ dai va đập không có rãnh V theo tiêu chuẩn ASTM

Trước khi tiến hành đo thì Sau khi đã tiến hành ép phun, chọn ngẫu nhiên 10 mẫu cho mỗi tỉ lệ Trước khi tiến hành phép đo, đảm bảo môi trường đo ở nhiệt độ 23 ± 2 °C và độ ẩm tương đối trong không khí là 50 ± 5 % Mẫu phòng thí nghiệm cần được lưu trữ ít nhất 40 giờ

Máy đo độ dai va đập

Hình 4.14: Máy kiểm tra độ dai va đập Tinius Olsen IT504

Máy thử độ dai va đập năng lượng thấp mô hình IT 503, và model IT 504 vẫn luôn là tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp kiểm tra độ dai va đập nhựa, vận hành dễ dàng và hiển thị thông tin với độ phân giải cao Sự khác biệt chính giữa IT503 và IT504 là mẫu IT504 không có lớp vỏ bảo vệ bên ngoài.Những máy này có khả năng xác định độ dai va đập theo cấu hình Charpy hoặc Izod, mà không thay đổi tay lắc

Người sử dụng lắp đầu búa lên con lắc và gá mẫu lên bộ kẹp hoặc đe của thiết bị để kiểm tra theo tiêu chuẩn mà mình muốn bao gồm: ASTM D256 ( Izod), ISO 179 ( Charpy), ISO

180 ( Izod), ASTM D6110 ( Charpy), ASTM D4812 (Unnotched Cantilever Beam Impact), ASTM D4508 (Chip Impac), ASTM D950 (Adhesive Bond Impact) và các tiêu chuẩn tương tự khác

+ Công suất Pendulum cơ bản: 2.82 J

+ Công suất Pendulum với đòn thấp: 2.75 ~ 2 J

Các bước kiểm tra thí nghiệm

Bước 1: Thiết lập thông số để kiểm tra độ dai va đập

Bước 4: Ghi nhận kết quả và lấy mẫu ra khỏi bàn máy.

Quá Trình phân tích nhiệt DSC

Lấy mẫu để đo DSC bằng cách băm nhỏ các mẫu khối lượng khoảng 10g cho từng tỷ lệ Thiết bị đo DSC là máy DSC 214 Polyma của hãng Netzsch (hình 4.16)

Hình 4.16: Máy kiểm tra nhiệt lượng quét vi sai DSC 214 Polyma

DSC là một phương pháp phân tích nhiệt độ được sử dụng để đo lường sự thay đổi trong nhiệt độ của một mẫu khi nó trải qua các quá trình nhiệt độ, như sự hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt DSC là một công cụ quan trọng trong nghiên cứu vật liệu và hóa học, đặc biệt là khi nghiên cứu về tính chất nhiệt độ của các chất, bao gồm polymer, hợp chất hóa học, và các vật liệu tự nhiên

Cơ sở của phương pháp DSC là so sánh nhiệt lượng hấp thụ hoặc giải phóng của mẫu và một mẫu tham chiếu khi chúng được đặt trong môi trường nhiệt độ ổn định và được nâng lên hoặc làm lạnh theo một chương trình nhiệt độ nhất định

Nhờ tính linh hoạt và khả năng giải thích của nó, Đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC) là phương pháp phân tích nhiệt được sử dụng nhiều nhất Thiết bị NETZSCH DSC hoạt động theo nguyên lý dòng nhiệt và được đặc trưng bởi cấu trúc đối xứng ba chiều với hệ thống gia nhiệt đồng nhất Cảm biến có độ nhạy nhiệt lượng cao, hằng số thời gian ngắn và buồng mẫu không ngưng tụ trong tế bào nhiệt lượng kế đảm bảo độ nhạy phát hiện cao và đường cơ sở ổn định, có thể tái tạo trong toàn bộ vòng đời của nhiệt lượng kế: tiêu chuẩn lý tưởng để ứng dụng thành công trong nghiên cứu và học viện, phát triển vật liệu và kiểm soát chất lượng Thông số sử dụng quá trình đo

+ Tốc độ gia nhiệt: 10 °C/min

+ Thực hiện trong khí quyển N2

Quan sát tổ chức tế vi

Quan sát tổ chức tế vi trên bề mặt gãy của mẫu va đập sau quá trình kiểm tra Để quan sát tổ chức tế vi ta sử dụng loại máy kính hiển vi điện tử HITACHI TM4000Plus

Hình 4.17: Kính hiển vi điện tử HITACHI TM4000Plus

Kính hiển vi điện tử Hitachi TM4000Plus là một loại kính hiển vi điện tử quét điện tử (SEM) được sản xuất bởi Hitachi High-Tech Corporation Dưới đây là một số thông số kỹ thuật và tính năng chung của kính hiển vi này:

Thông số kỹ thuật: Độ phân giải : × 10 ~ × 100.000 (Độ phân giải hình ảnh) × 25 ~ × 250.000 (Độ phân giải hình ảnh màn hình) Điện thế gia tốc: 5 kV, 10 kV, 15 kV Nhiễu xạ điện tử (BSE)

Tín hiệu ảnh: + Điện tử tán xạ ngược (BSE)

+ Điện tử thứ cấp (SE) + Kết hợp (điện tử tán xạ ngược + điện tử thứ cấp)

Chế độ chân không: + BSE: Dẫn điện/Tiêu chuẩn/Chống lóa

+ SE: Dẫn điện/Tiêu chuẩn/Chống lóa

+ Kết hợp: Tiêu chuẩn/Chống lóa

Chế độ hình ảnh (BSE): COMPO/Shadow 1/Shadow 2/TOPO

Dải dịch chuyển bàn mẫu: X: 40 mm Y: 35 mm

Kích thước mẫu, max: 80 mm (đường kính), 50 mm (chiều dày)

Súng điện tử: Sợi phát điện tử định tâm sẵn BSE: Đầu dò BSE 4 - đoạn độ nhạy cao

Hệ thống dò tín hiệu: + BSE: Đầu dò BSE 4 - đoạn độ nhạy cao

+ SE: Đầu dò SE chân không thấp độ nhạy cao Chức năng điều chỉnh hình ảnh tự động: Bắt đầu, điều chỉnh tiêu cự, điều chỉnh độ sáng/tối tự động

Dung lượng ảnh: 2.560 × 1.920 pixels, 1.280 × 960 pixels, 640 × 480 pixels Định dạng hình ảnh: BMP, TIFF, JPEG

Hiển thị dữ liệu: Micron, giá trị micron, độ phóng đại, ngày và thời gian, số ảnh và nhận xét, WD (Khoảng cách làm việc), điện thế gia tốc, điều kiện quan sát, chế độ quan sát, chế độ hình ảnh, tín hiệu phát hiện

Hệ thống chân không (bơm chân không): Máy bơm phân tử

Turbo: 67 L/s x 1 unit, bơm màng: 20 L/min

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Kết quả sau quá trình ép phun mẫu của các hỗn hợp PBT/PA6/CB

Hình 5.1 Mẫu sau khi ép phun của PBT/PA6/CB

(c) Mẫu va đập có rãnh V (d) Mẫu va đập không có rãnh V

Hình 5.2 Mẫu thử độ bền hỗn hợp nhựa PBT/PA6/CB

Sau quá trình ép phun cho ra mẫu giống hình 5.1

Màu sắc khi ép phun cho ra sản phẩm có đều màu Mẫu ép phun đảm bảo nhựa cho ra đầy lòng khuôn Sản phẩm có ba via cạnh và được cắt bỏ bằng tay

Quá trình ép phun mẫu PBT/PA6 và CB (0, 4, 8 %) cho ra sản phẩm khá thuận lợi hàm lượng ít carbon Còn ở mẫu 12 % quá trình ép khá khó khăn, một số mẫu cho ra có vết lõm và nhựa giòn hơn

Qua kết luận nhóm đã dừng lại phương án 12 % CB và tiếp tục tiến hành kiểm tra cơ tính của các mẫu PBT/PA6 và CB (0, 4, 8, 12 %).

Kết quả phân tích nhiệt DSC

(a) Mẫu 75PBT_0CB (b) Mẫu 75PBT_4CB

(c) Mẫu 75PBT_8CB (d) Mẫu 75PBT_12CB

Hình 5.3: Biểu đồ nhiệt DSC của hỗn hợp PBT/PA6/CB

Quan sát biểu đồ nhiệt hình 5.3 cho thấy, nhiệt độ ban đầu (onset) tăng khi có sự tham gia CB và tăng lần lượt từ 103.5, 215.1, 214.3, 191.1 o C cho thấy CB có thể ổn định hóa cấu trúc polymer và làm cho quá trình tan chảy diễn ra ở nhiệt độ cao hơn Nhiệt độ trên đỉnh nhiệt thay đổi (peak) có sự giảm nhẹ lần lượt 224.5, 223.9, 222.6, 220.5 o C có thể liên quan đến sự tương tác giữa CB và polyme ảnh hưởng đến độ nhớt và độ tan chảy đều này tương tự nghiên cứu [9] chỉ ra rằng chất tương thích PA11C có tác động rõ rệt đến đặc tính nhiệt của hỗn hợp PA6/PBT và nhiệt độ của hỗn hợp được chuyển sang nhiệt độ thấp hơn sau khi bổ sung chất tương thích, ngay cả đối với sự bổ sung 1 % trọng lượng Một nghiên cứu khác cũng nói rằng sự hình thành cấu trúc copolyme PA6/PBT sau khi tương thích có xu hướng cản trở quá trình kết tinh [10 ]

Và diện tích đường cong (area) tăng lên khi thêm CB cho thấy sự gia tăng về năng lượng hấp thụ hoặc phát nhiệt trong quá trình tan chảy

=> Tóm lại, sự tham gia của CB đã tạo ra sự thay đổi trong quá trình tan chảy của nhựa PBT/PA6, biểu hiện qua sự nhiệt độ đỉnh nhiệt giảm, tăng nhiệt độ ban đầu, và tăng diện tích dưới đường cong DSC và những thay đổi này có thể liên quan đến sự tương tác giữa CB và polymer, làm ảnh hưởng đến cơ tính của vật liệu.

Kết quả kiểm tra độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638

Hình 5.4 Mẫu kéo sau quá trình kiểm tra cơ tính a) Mẫu kéo 75PBT_0CB

Bảng 5.1: Kết quả kiểm tra độ bền kéo của 75PBT_0CB

Name Parameters Max Stress Max - Strain

Bảng 5.1 Cho thấy mẫu 75PBT_0CB ứng suất kéo có giá trị trung bình là 34.91 MPa với độ lệch chuẩn 0.9, mẫu có giá trị lớn nhất là 36.01 MPa và giá trị nhỏ nhất là 33.71 MPa Độ biến dạng của mẫu có giá trị trung bình là 0.94 % với độ lệch chuẩn là 0.01, độ biến dạng của mẫu có giá trị lớn nhất là 0.96 % và giá trị nhỏ nhất là 0.93 %

Hình 5.5: Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu 75PBT_0CB b) Mẫu kéo 75PBT_4CB

Hình 5.6: Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu 75PBT_4CB c) Mẫu kéo 75PBT_8CB

Hình 5.7: Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu 75PBT_8CB d) Mẫu kéo 75PBT_12CB

Hình 5.8: Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu 75PBT_12CB e) Nhận xét các đồ thị của độ bền kéo

Hình 5.9 Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu PBT/PA6/CB

Dựa vào biểu đồ thị ứng suất kéo của hình 5.9 có thể thấy tính đồng nhất của các mẫu 75PBT_4CB và 75PBT_8CB, ví dụ cả hai mẫu đều đạt mức ứng suất 30 đến 40 MPa trước khi đứt Độ biến dạng đều nằm trong khoảng từ 3 đến 3.5 % Chỉ riêng tỷ lệ 75PBT_12CB kết quả thay đổi, ứng suất kéo giảm so với ba mẫu đầu và đạt khoảng 30 MPa Và độ biến dạng giảm so với mẫu 75PBT_4CB và 75PBT_8CB trong khoảng từ 2 đến 2.5 %, nên tỷ lệ 75PBT_12CB ảnh hưởng đến hỗn hợp PBT/PA6 khác với 75PBT_4CB và 75PBT_8CB Để chứng minh luận điểm trên cùng phân tích biểu đồ trung bình kéo

39 f) Phân tích biểu đồ của độ bền kéo trung bình

Bảng 5.5: Kết quả độ bền kéo của hỗn hợp PBT/PA6/CB

Sample 75PBT_0CB 75PBT_4CB 75PBT_8CB 12CB

Hình 5.10: Biểu đồ trung bình của độ bền kéo PBT/PA6/CB

Dựa vào biểu đồ trung bình ứng suất kéo ở hình 5.10 cho thấy CB vào hỗn hợp PBT/PA6 đã làm thay đổi cơ tính của hỗn hợp nhưng thay đổi không đáng kể và cũng không thay đổi theo quy luật tăng hay giảm Như ban đầu chưa có sự tham gia của CB thì độ bền kéo đạt 34.91 MPa và khi tăng lên đến 4 % và 8 % thì độ bền kéo giảm xong rồi tăng lần lượt là 34.77 MPa và lên đến 35.26 MPa Và tiếp tục tăng CB lên 12 % thì độ bền kéo giảm rõ rệt xuống mức 31.18 MPa Vậy ta thấy được khi % CB càng cao thì độ bền kéo càng giảm Sự thay đổi khi thêm CB vào hỗn hợp tương tự như kết quả nghiên cứu của Bao-Hua và cộng sự [5] Nghiên cứu của họ cho rằng sự thay đổi cơ tính của hỗn hợp PBT/PA6/CB là do sự tương tác riêng lẻ giữa PBT/CB và PA6/CB Tuy nhiên, như đã nêu ở trên, khi tăng tỉ lệ CB lên quá mức thì sẽ bị giảm độ bền kéo tương tự như kết quả nghiên cứu [24] khi thí nghiệm của tác giả nghiên cứu sử dụng 20 % CB thì xảy ra việc giảm độ bền kéo của vật mẫu

Bảng 5.6: Thông số biến dạng kéo của hỗn hợp PBT/PA6/CB

Sample 75PBT_0CB 75PBT_4CB 75PBT_8CB 75PBT_12 CB

Hình 5.11: Biểu đồ biến dạng kéo trung bình của của độ bền kéo PBT/PA6/CB

Dựa vào kết quả biến dạng trung bình được thể hiện ở hình 5.11, có thể thấy ban đầu chưa có sự tham gia của CB thì độ biến dạng ở mức 0.94 %, ngược lại khi có sự tham gia của 75PBT_4CB thì độ biến dạng tăng lên 2.96 % , với 75PBT_8CB thì độ biến dạng lại tiếp tục tăng lên mức 3.02 % Và khi cho 75PBT_12CB vào hỗn hợp thì lại có xu hướng giảm xuống còn 2.41 % so với trước Vì vậy ta thấy được sự tham gia của CB đã làm thay đổi cơ tính và làm tăng độ biến dạng của hỗn hợp PBT/PA6

Kết quả kiểm tra độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790

Hình 5.12: Mẫu uốn sau quá trình kiểm tra cơ tính

Quá trình kiểm tra cơ tính của mẫu không có quá nhiều sự khác biệt nên dẫn đến sai số thu được nhỏ a) Mẫu uốn 75PBT_0CB

Bảng 5.7 Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu 75PBT_0CB

Name Parameters Max Stress Max strain Elastic Max_Force

Dựa vào bảng 5.7 ta thấy ứng suất của mẫu 75PBT_0CB có độ bền uốn trung bình là 53.12 MPa và độ lệch chuẩn là 0.59 Và giá trí lớn nhất của mẫu là 53.76 MPa và giá trị nhỏ nhất đạt 52.28 MPa Độ biến dạng trung bình của mẫu là 12.06 % với độ lệch chuẩn là 0.27 Mẫu uốn có độ biến dạng lớn nhất là 12.53 % và giá trị nhỏ nhất là 11.76 %

Ngoài ra mẫu có lực trung bình là 123.96 N với độ lệch chuẩn là 1.27

Hình 5.13: Biểu đồ ứng suất của độ bền uốn mẫu 75PBT_0CB b) Mẫu uốn 75PBT_4CB

Bảng 5.8: Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu 75PBT_4CB

Max Stress Max strain Elastic Max_Force

Dựa vào bảng 5.8 ta thấy ứng suất của mẫu 75PBT_4CB có độ bền uốn trung bình là 56.94 MPa và độ lệch chuẩn là 1.27 Giá trí lớn nhất của mẫu là 58.26 MPa và giá trị nhỏ nhất đạt 54.68 MPa Độ biến dạng trung bình của mẫu là 7.61 % với độ lệch chuẩn là 1.55 Mẫu uốn có độ biến dạng lớn nhất là 9.42 % và giá trị nhỏ nhất là 5.28 %

Hình 5.14: Biểu đồ ứng suất của độ bền uốn mẫu 75PBT_4CB c) Mẫu uốn 75PBT_8CB

Bảng 5.9 : Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu 75PBT_8CB

Hình 5.15: Biểu đồ ứng suất của độ bền uốn mẫu 75PBT_8CB d) Mẫu uốn 75PBT_12CB

Bảng 5.10: Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu 75PBT_12CB

Hình 5.16: Biểu đồ ứng suất của độ bền uốn mẫu 75PBT_12CB e) Nhận xét đồ thị của các mẫu uốn

Hình 5.17 Biểu đồ ứng suất uốn của mẫu PBT/PA6/CB

Dựa vào biểu đồ hình 5.17 cho thấy có đường cong của ứng suất uốn gần giống nhau và dao động khoảng 50 - 60 MPa trước khi gấp gãy Tuy nhiên ta thấy độ biến dạng strain ban đầu chưa có sự tham gia của CB thì dao động khoản (4.5 – 5.5%) và khi thêm CB lần lượt 75PBT_4CB và 75PBT_8CB thì độ biến dạng thay đổi rõ rệt và dao động khoản 5 - 8% cao hơn hỗn hợp PBT/PA6 Nhưng ta lại thêm 75PBT_12CB thì hỗn hợp lại giảm mức khoảng 4.5-9 - 5.5 % Vì vậy cho thấy % CB làm thay đổi cơ tính độ bền uốn của nhựa

46 f) Phân tích biểu đồ của độ bền uốn trung bình

Bảng 5.11: Kết quả độ bền uốn của hỗn hợp PBT/PA6/CB

Hình 5.18: Biểu đồ trung bình ứng suất uốn của mẫu PBT/PA6/CB

Dựa vào biểu đồ trung bình ứng suất uốn hình 5.18 cho thấy, khi trộn CB vào hỗn hợp PBT/PA6 cho thấy cơ tính của chúng có sự thay đổi rõ rệt Ban đầu khi không có sự tham gia của CB thì độ bền uốn của hỗn hợp nhựa là 53.11 MPa ở điều kiện này vật liệu chỉ chứa PBT và PA6 không có sự gia cường của CB nên độ bền uốn có thể nói lên hiệu suất cơ bản của vật liệu Và khi thêm 75PBT_4CB thì chỉ số tăng lên đáng kể so với khi không có CB cụ thể là tăng lên 56.94 MPa đều này cho thấy sự gia cường của CB có thể làm tăng về sức mạnh và độ cứng của vật liệu Tiếp tục khi tăng lên hàm lượng CB lên 8 % thì có dấu hiệu giảm xuống 55.37 MPa so với hàm lượng 75PBT_4CB đều này có thể là do một số yêú tố khác như do sự phân tán không đồng đều của CB hoặc là do sự tương tác không mong muốn giữa các thành phần Khi tăng lên 75PBT_12CB thì độ bền uốn tiếp tục giảm xuống còn 55.09 MPa điều này có thể là dấu hiệu của việc đạt đến giới hạn khi hàm lượng CB đã quá mức cho phép Sự thay đổi CB vào hỗn hợp tương tự kết quả nghiên cứu của [25] chỉ ra rằng hàm lượng PB tăng

Av er a g e st re ss ( M P a )

Name Parameters 75PBT_0CB 75PBT_4CB 75PBT_8CB 75PBT_12CB

10 - 30 - 50% trọng lượng thì cường độ uốn của composite tăng và khi và cường độ uốn của vật liệu composite PB/HDPE giảm xuống với hàm lượng PB 70 % trọng lượng và chứng minh rằng hàm lượng PB 70 % trọng lượng không phù hợp để đúc vật liệu tổng hợp PB/HDPE Như vậy ta thấy % CB càng cao thì không chỉ ảnh hưởng đến độ bền kéo của vật liệu mà cũng ảnh hưởng đến đến độ bền uốn

Bảng 5.12: Thông số biến dạng trung bình độ bền uốn của mẫu PBT/PA6/CB

Hình 5.19: Biểu đồ biến dạng trung bình độ bền uốn của mẫu PBT/PA6/CB

Nhìn biểu đồ độ biến dạng ( Strain) trung bình hình 5.19 và bảng 5.12 cho thấy có sự thay đổi rõ rệt, khi chưa có CB thì độ biến dạng ở mức 4.4 % và có xu hướng tăng mạnh khi cho hàm lượng CB ở mức 4 % Tuy nhiên khi thêm hàm lượng CB lần lượt 8 - 12 % thì độ biến dạng có giảm lại lần lượt xuống 5.36 % và 4.89 % Như vậy cho thấy sự gia cường CB có thể làm tăng độ biến dạng của hỗn hợp PBT/PA6 và phải ở điều kiện hàm lượng CB bé hơn 12 % Vì hàm lượng CB càng cao thì khả năng độ biến dạng của hỗn hợp sẽ giảm

Av er a g e st ra in ( %)

Bảng 5.13: Thông số elastic trung bình của mẫu PBT/PA6/CB

Hình 5.20: Biểu đồ elastic trung bình độ bền uốn của mẫu PBT/PA6/CB

Dựa vào biểu đồ elastic trung bình hình 5.20 và bảng 5.13 cho thấy, sự thay đổi khi cho

75PBT_4CB vào hỗn hợp thì độ đàn hồi ( elastic) giảm cho thấy vật liệu trở nên mềm dẻo và ít đàn hồi hơn và khả năng hồi phục của vật liệu cũng sẽ giảm Và khi tăng hàm lượng

8 - 12 % thì độ đàn hồi tăng lần lượt 1566.78, 1591.92 MPa cao hơn hỗn hợp PBT/PA6 ban đầu làm cho vật liệu có khả năng chịu tác động của lực mà không bị biến dạng, một phần có khả năng chịu tải tốt hơn và độ cứng đàn hồi tăng giúp cho vật liệu có khả năng trở về ban

Av er a g e ela st ic (M P a )

49 đầu sau khi biến dạng Qua đó cho thấy hàm lượng CB càng cao thì độ đàn hồi của vật liệu càng tốt.

Kết quả kiểm tra độ dai va đập

Hình 5.21: Kết quả sau khi kiểm tra độ dai va đập mẫu có rãnh V

Hình 5.22: Kết quả sau khi kiểm tra độ dai va đập của mẫu không có rãnh V

Bảng 5.14: Kết quả kiểm tra độ dai va đập trung bình mẫu có rãnh V

Name Notched Izod Impact Strength (kJ/m 2 )

75PBT_0CB 75PBT_4CB 75PBT_8CB 75PBT_12CB

Hình 5.23: Độ dai va đập trung bình của mẫu có rãnh V

Nhìn biểu đồ hình 5.23 cho thấy ban đầu không có CB thì cường độ va đập của mẫu đạt 3,55 kJ/m 2 , khi thêm 75PBT_4CB thì độ dai va đập của mẫu giảm từ 3,55 kJ/m 2 xuống 3,47 kJ/m 2 Khi thêm lần lượt 75PBT_8CB và 75PBT_12CB thì độ dai va đập giảm xuống lần lượt 2,93 kJ/m 2 và 2,72 kJ/m 2 Kết quả này cho thấy hạt CB đóng vai trò quan trọng trong việc thay đổi trạng thái của vật liệu, khiến vật liệu trở nên giòn hơn và dễ bị gãy hơn 4

Izod Impact Strength Notched kJ/m 2

Bảng 5.15: Kết quả kiểm tra độ dai va đập trung bình mẫu không có rãnh V

Name Izod Impact Strength unnotched (kJ/m 2 )

75PBT_0CB 75PBT_4CB 75PBT_8CB 75PBT_12CB

Hình 5.24: Độ dai va đập trung bình của mẫu không có rãnh V

Dựa vào hình 5.24 cho thấy độ dai va đập không có rãnh V giảm đều từ 12.85 kJ/m 2 khi chưa gia cường CB xuống 4.78 kJ/m 2 khi gia cường CB đều này tương tự kết quả độ dai va đập có rãnh V Có thể nói rằng CB có thể tạo ra sự biến đổi trong tính chất cơ học của nhựa, nhưng sự gia cường có thể không linh hoạt và hiệu quả Điều này có thể giảm độ dai va đập, đặc biệt là khi hàm lượng CB tăng lên

Izod Impact Strength unnotched kJ/m 2 unnotched

Kết quả cho thấy việc tăng hàm lượng CB thì độ dai va đập của mẫu có rãnh V ở hình 5.20 và mẫu không có rãnh V ở hình 5.21 đều giảm Nguyên nhân có thể là do mật độ CB trong hỗn hợp đã vượt quá ngưỡng cho phép dẫn đến khả năng liên kết của PBT/PA6 bị yếu đi Theo nghiên cứu [12] cho thấy độ dai va đập của PBT/PA6 bị giảm Mẫu cường độ va đập có khía của hỗn hợp nano kép PA6/CB và nanocompozit PA6/30 wt % POE-g-MA/CB thêm

CB vào hỗn hợp nhựa sẽ làm PA6 giòn hơn Tương tự như nguyên cứu [25] chỉ ra rằng khi hàm lượng PB tăng từ 10 lên 70 % trọng lượng thì độ dai va đập của composite giảm 72 %, và khi nồng độ PB tăng thì độ dẻo dai của vật liệu tổng hợp giảm Việc kết hợp các hạt PB vào HDPE đã tạo ra các vùng tập trung ứng suất cần ít năng lượng hơn để tạo ra vết nứt trong vật liệu tổng hợp, do đó độ dai va đập giảm.

Kết quả phân tích tổ chức tế vi

Hình 5.25: Tổ chức tế vi của các mẫu (độ phóng đại 100X)

(c) Mẫu 75PBT_8CB (d) Mẫu 75PBT_12CB

Dựa vào hình 5.27 (a) cho thấy mẫu PBT/PA6 có hạt hình cầu lớn và không đều nhau dẫn đến sự liên kết giữa PBT và PA6 giảm Đều này nói lên các PA6 tăng thì độ kết dính trên nền PBT giảm và ngược lại Cho thấy PA6 giúp cải thiện độ dai va đập của hỗn hợp PBT/PA6 so với với PBT ban đầu kết quả này được chứng minh qua nghiên cứu [15] Hình 5.27 (b) và (c) cho thấy khi có sự tham gia của CB thì các hạt hình cầu phân bố không đều và có bề mặt lõm, có vết nứt nên các liên kết dễ bị phá hủy dẫn đến độ dai va đập giảm so với hỗn hợp PBT/PA6 Hình 5.27 (d) cho thấy hàm lượng CB vượt quá mức cho phép nên các liên kết giữa PBT và PA6 bị phá vỡ, làm cho khả năng kết dính của hai loại nhựa giảm, gây ra tình trạng có vết hỏng nhiều, bề mặt có vết nứt, nhựa có độ giòn dễ gãy => độ dai va đập giảm đi rõ rệt

Qua đó chúng ta dễ dàng kết luận được nếu hàm lượng CB vượt quá mức cho phép thì liên kết bị phá vỡ làm cho độ dai va đập của nhựa composite giảm

QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM

Phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền kéo

Bảng 6.1: Giá trị độ bền kéo trung bình theo hàm lượng CB

CB (%) Độ bền kéo (MPa)

Gọi x là hàm lượng CB, y là độ bền kéo, phương trình hồi quy bậc hai có dạng:

𝑦 = 𝑎 11 𝑥 2 + 𝑎 1 𝑥 + 𝑎 0 (1) Áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu có hệ phương trình sau:

𝑘=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 PBT/PA6/CB

Thay số liệu bảng 6.2 vào phương trình bình phương cực tiểu ta được:

Thay (2) vào (1) 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 hỗn hợp PBT/PA6/CB 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 CB đến độ bền kéo của hỗn hợp PBT/PA6 là:

Từ biểu đồ hình 6.1 thể hiện mô hình hồi quy mối tương quan giữa độ bền kéo trung bình và các tỉ lệ CB của các mẫu thì đồ thị giảm khi thêm 75PBT_4CB so với hỗn hợp PBT/PA6 chưa có sự gia cường CB, đồ thị có xu hướng tăng lên lại khi cho 75PBT_8CB vào hỗn hợp và có xu hướng giảm mạnh khi cho 75PBT_12CB vào Độ bền kéo hỗn hợp thấp nhất khi CB ở mức 12 %.

Phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền uốn

Bảng 6.3: Giá trị độ bền uốn trung bình theo hàm lượng CB

CB (%) Độ bền uốn (MPa)

Gọi x là hàm lượng CB, y là độ bền uốn, phương trình hồi quy bậc hai có dạng:

Các giá trị cần thiết để tính toán hồi quy được liệt kê trong bảng bên dưới

Bảng 6.4: Các giá trị cần thiết để tính toán hồi quy

Thay số liệu bảng 6.4 vào phương trình bình phương cực tiểu ta được:

Thay (2) vào (1) 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 6.2: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền uốn hỗn hợp PBT/PA6/CB 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 CB đến độ bền uốn của hỗn hợp PBT/PA6 là:

Từ biểu đồ hình 6.2 thể hiện mô hình hồi quy mối tương quan giữa độ bền uốn trung bình và các tỉ lệ CB của các mẫu cho thấy đồ thị tăng khi cho 75PBT_4CB vào hỗn hợp PBT/PA6 và đồ thị có xu hướng giảm khi hàm lượng CB càng lớn Độ bền uốn thấp nhất của hỗn hợp khi không có CB.

Phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập có rãnh V

Bảng 6.5: Giá trị độ dai va đập có rãnh V trung bình theo hàm lượng CB

CB (%) Độ dai va đập có rãnh V (kJ/m 2 )

Gọi x là hàm lượng CB, y là độ dai va đập có rãnh V, phương trình hồi quy bậc hai:

Các giá trị cần thiết để tính toán hồi quy được liệt kê trong bảng bên dưới:

Thay số liệu bảng 6.6 vào phương trình bình phương cực tiểu ta được

Thay (2) vào (1) ta có phương trình hồi quy bậc hai: y = _ 0.00203x 2 _ 0.05x + 3.58 Kiểm tra lại kết quả phương trình hồi quy bằng cách vẽ đồ thị trên phần mềm Excel

Hình 6.3: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập có rãnh V hỗn hợp

PBT/PA6/CB 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 CB đến độ dai va đập của hỗn hợp PBT/PA6 là: y = - 0.00203x 2 _ 0.05x + 3.58

Từ biểu đồ hình 6.3 thể hiện mô hình hồi quy mối tương quan giữa độ dai va đập trung bình và các tỉ lệ CB của các mẫu cho thấy đồ thị từ 0 - 12CB giảm rõ rệt Độ dai va đập giảm khi hàm lượng CB cho vào càng lớn Độ dai va đập hỗn hợp thấp nhất ở mức 12 %.

Phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập không có rãnh V

Bảng 6.7: Giá trị độ dai va đập không có rãnh V trung bình theo hàm lượng CB

CB (%) Độ dai va đập không có rãnh V

Gọi x là hàm lượng CB, y là độ dai va đập không có rãnh V, phương trình hồi quy bậc hai:

Các giá trị cần thiết để tính toán hồi quy được liệt kê trong bảng bên dưới:

Thay số liệu bảng 6.8 thay phương trình bình phương cực tiểu ta được:

Thay (2) vào (1) ta có phương trình hồi quy bậc hai: y = 0.00265x 2 _ 0.68x + 12.73

Hình 6.4: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập không có rãnh V hỗn hợp PBT/PA6/CB 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 CB đến độ dai va đập của hỗn hợp PBT/PA6 là: y = 0.00265x 2 _ 0.68x + 12.73

Từ biểu đồ hình 6.4 thể hiện mô hình hồi quy mối tương quan giữa độ dai va đập trung bình và các tỉ lệ CB của các mẫu cho thấy đồ thị từ 0 - 12CB giảm liên tục Độ dai va đập giảm khi hàm lượng CB cho vào hỗn hợp càng lớn Độ dai va đập của hỗn hợp thấp nhất ở mức 12 %

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Tổng kết

Để thấy được chi tiết của sự ảnh hưởng của CB đến cơ tính của hỗn hợp nhựa PBT/PA6 Nhóm em đã kết hợp hỗn hợp PBT/PA6 với các 4 tỷ lệ CB khác nhau

- Về lý thuyết: nhóm em đã nghiên cứu đọc và tìm hiểu các bài báo liên qua đến PBT, PA6 và CB, cùng với đó nhóm cũng nghiên cứu lý thuyết về hỗn hợp polymer, ép phun, các tiêu chuẩn ASTM, quy hoạch thực nghiệm

- Về thực tế: Chế tạo các mẫu thử bằng máy ép phunTOSHIBA-IS100

Nghiên cứu này nhằm mục đích tái chế và cái thiện cơ tính của hỗn hợp nhựa PBT (Polybutylene terephthalate) và nhựa PA6 (Polyamide 6) bằng cách thêm chất độn carbon black Qua quá trình thí nghiệm, đo đạc, phân tích và dựa trên cơ sở đó để đưa ra kết luận về sự ảnh hưởng CB đến hỗn hợp polymer PBT/PA6, cụ thể là:

Mẫu thử độ bền kéo được tiến hành đo tại phòng thí nghiệm tại trường Đại học Sư Phạm

Kỹ Thuật TP.HCM Độ bền kéo của hỗn hợp PBT/PA6/CB đã cho thấy sự thay đổi khi bổ sung thêm CB vào hỗn hợp PBT/PA6 Cụ thể, khi thêm 75PBT_4CB vào hỗn hợp PBT/PA6 thì độ bền kéo giảm từ 34.91 MPa xuống còn 34.77 MPa; tuy nhiên khi tỷ lệ CB tăng lên 75PBT_8CB thì độ bền kéo tăng lên 35.26 MPa Khi tăng tỷ lệ CB lên 12 % thì hỗn hợp nhựa đã giảm độ bền kéo xuống 31.18 MPa Qua đó cho thấy CB đã có tác động tốt đến cơ tính cụ thể ở đây là khi thêm 75PBT_8CB thì hỗn hợp nhựa đã được cải thiện độ bền kéo Đo độ bền uốn và va đập được thực hiện thông qua các máy đo, dụng cụ đo với các điều kiện thí nghiệm tiêu chuẩn tại TRUNG TÂM HỖ TRỢ VÀ PHÁT TRIỂN DOANH NGHIỆP THÀNH PHỐ (CSED) Độ bền uốn của hỗn hợp PBT/PA6/CB đã có cải thiện khi thêm 75PBT_4CB vào hỗn hợp PBT/PA6 cụ thể từ 75PBT_0CB lên 75PBT_4CB đã tăng từ 53.11 MPa lên 56.94 MPa, sau đó độ bền uốn giảm dần khi tăng tỷ lệ CB lên 8 % và 12 %

Các mẫu thử sau khi được kiểm tra độ dai va đập đã được mang đến phòng thí nghiệm của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM để tiến hành quan sát tổ chức tế vi tại vị trí của các mẫu thử Độ dai va đập của mẫu có rãnh V hỗn hợp PBT/PA6/CB giảm dần khi tăng hàm lượng CB trong hỗn hợp PBT/PA6 Cụ thể, độ dai va đập giảm dần từ 3.55 kJ/m 2 ở mẫu 75PBT_0CB xuống 2.72 kJ/m 2 ở mẫu 75PBT_4CB Tương tự độ dai va đập của mẫu thử có rãnh V thì mẫu không có rãnh V cũng giảm độ dai va đập từ 12.85 kJ/m 2 ở tỷ lệ 75PBT_0CB xuống 4.78 kJ/m 2 ở tỷ lệ 75PBT_12CB

Quá trình phân tích nhiệt DSC cho thấy ảnh hưởng tính chất của polyme khi ta thay đổi nhiệt độ Tác động của carbon black đến hỗn hợp nhựa PBT/PA6 khá rõ rệt So với hỗn hợp

63 có chứa 4, 8, 12 % CB thì hỗn hợp PBT/PA6 có nhiệt độ trên đỉnh (peak) cao hơn cụ thể là hỗn hợp PBT/PA6 có đỉnh nhiệt ở 224.5 o C và 3 hỗn hợp có chứa 4, 8, 12 % CB có đỉnh nhiệt giảm dần lần lượt là 223.9, 222.6, 220.5 o C

Tổ chức tế vi được quan sát qua hình ảnh SEM chụp tại bề mặt gãy của các tỉ lệ, có thể thấy sự phân bố không đồng đều về kích thước của các hạt PA6 trong hỗn hợp PBT/PA6 ảnh hưởng đến độ dai va đập của hỗn hợp Qua hình ảnh chụp cho thấy CB đã tạo ra những khoảng rỗng làm cho liên kết giữa PBT và PA6 bị giảm đi khiến hỗn hợp nhựa trở nên giòn hơn, dễ dãy hơn Điều này trùng khớp với kết quả đo độ dai va đập

Kết luận: Dựa vào các kết quả thu được, có thể kết luận được khi sử dụng CB làm chất độn cho hỗn hợp PBT/PA6 đã mang lại cải thiện cơ tính độ bền kéo và độ bền uốn Cụ thể nếu muốn cơ tính về độ bền kéo tốt nhất thì hãy kết hợp với 8CB vào hỗn hợp PBT/PA6, để có cơ tính độ bền uốn tốt nhất tỷ lệ CB khoảng 4 % Lưu ý khi càng tăng tỷ lệ CB thì hỗn hợp PBT/PA6 sẽ càng trở nên giòn hơn Nghiên cứu đã chỉ ra chi tiết những ưu và nhược điểm để có thể áp dụng tùy mục đích sử dụng cũng như yêu cầu kỹ thuật của từng loại sản phầm từ hỗn hợp nhựa PBT/PA6.

Hướng phát triển

Sau khi thực hiện bài nghiên cứu và hoàn thành đồ án thì nhóm đã thêm nhiều kiến thức, kinh nghiệm và trải nghiệm trong ngành nhựa Từ việc đọc tài liệu cho đến trực tiếp xuống xưởng để ép ra sản phẩm Từ đó nhóm đã đưa ra những hướng phát triển trong tương lai Không chỉ dừng lại ở nghiên cứu 2 loại nhựa PBT và PA6 nhóm có thể nghiên cứu thêm nhiều loại polymer khác với nhiều đặc tính khác nhau

Ngoài việc dùng CB làm chất độn để tăng sự tương thích của PBT và PA6 giúp chúng tăng cơ tính tốt hơn Bài nghiên cứu này cũng là tiền đề và là tài liệu để thực hiện những bài nghiên cứu sau này với cách thực hiện tương tự với một chất độn thứ 3 khác

Tiêu đề	Nghiên cứu ảnh hưởng của muội than đến cơ tính và tổ chức của hỗn hợp PBT/PA6
Tác giả	Hứa Phan Hiếu, Ngô Quốc Bảo
Người hướng dẫn	PGS. TS Phạm Thị Hồng Nga
Trường học	Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công nghệ chế tạo máy
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	117
Dung lượng	15,06 MB