Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu chế tạo vật liệu Polybutylene Terephthalate

Vì vậy chúng em thực hiện nghiên cứu này để cải thiện cơ tính của PBT giúp nó có thể được ứng dụng nhiều hơn trong đời sống như công nghiệp sản xuất nội, ngoại thất ô tô; đồ điện gia dụn

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG NGA SVTH: LÊ TẤN CHUNG

ĐẶNG TRUNG NHÂN

LÊ MINH HIẾU

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYBUTYLENE TEREPHTHALATE/POLYAMIDE 6/POLYPROPYLENE

TỪ PHẾ THẢI BÀN CHẢI ĐÁNH RĂNG

BẰNG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nghiên cứu chế tạo vật liệu Polybutylene Terephthalate/Polyamide 6/Polypropylene từ phế thải bàn

chải đánh răng bằng công nghệ ép phun

GVHD : PGS TS PHẠM THỊ HỒNG NGA

SVTH : LÊ TẤN CHUNG MSSV: 19144230

: ĐẶNG TRUNG NHÂN MSSV: 19144285 : LÊ MINH HIẾU MSSV: 19143248 Lớp : 191442A; 191442B; 191431A

Khóa : 2019-2023

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07/2024

Trang 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nghiên cứu chế tạo vật liệu Polybutylene Terephthalate/Polyamide 6/Polypropylene từ phế thải bàn

chải đánh răng bằng công nghệ ép phun

GVHD : PGS TS PHẠM THỊ HỒNG NGA

SVTH : LÊ TẤN CHUNG MSSV: 19144230

: ĐẶNG TRUNG NHÂN MSSV: 19144285 : LÊ MINH HIẾU MSSV: 19143248 Lớp : 191442A; 191442B; 191431A

Khóa : 2019-2023

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07/2024

Trang 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Học kỳ II/ năm học 2023 Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Phạm Thị Hồng Nga

Sinh viên thực hiện:

1 Lê Tấn Chung MSSV: 19144230 Điện thoại: 0857353338

2 Đặng Trung Nhân MSSV: 19144285 Điện thoại: 0946803369

3 Lê Minh Hiếu MSSV: 19143248 Điện thoại: 0814426737

1 Mã số đề tài: CKM-118

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu Polybutylene Terephthalate/Polyamide 6/

Polypropylene từ phế thải bàn chải đánh răng bằng công nghệ ép phun

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Các bài báo liên quan đến lĩnh vực polymer, vật liệu trộn hợp và các bài báo có sử dụng vật liệu nghiên cứu liên quan đến Polypropylene, Polyamide 6 và Polybutylene terephthalate

- Kết quả đo độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, độ cứng và tổ chức tế vi của hỗn hợp Polypropylene/Polybutylene terephthalate/Polyamide 6

3 Nội dung chính của đồ án:

- Nghiên cứu chế tạo vật liệu Polybutylene Terephthalate/Polyamide 6/Polypropylene từ phế thải bàn chải đánh răng bằng công nghệ ép phun

- Đưa ra tỉ lệ phù hợp nhằm mục đích nâng cao cơ tính để ứng dụng hỗn hợp vào đời sống

- Kiểm tra khả năng tương hợp của Polypropylene và hỗn hợp Polybutylene terephthalate/Polyamide 6

4 Các sản phẩm dự kiến

- 02 bài báo nghiên cứu khoa học

- Báo cáo đồ án tốt nghiệp

- Mẫu đo cơ tính

5 Ngày giao đồ án: 19/02/2024

6 Ngày nộp đồ án: 12/07/2024

Trang 5

7 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh   Tiếng Việt 

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

 Được phép bảo vệ ………

(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

Trang 6

- Địa chỉ sinh viên: xã Hòa Xuân Đông, thị xã Đông Hòa, tỉnh Phú Yên

- Số điện thoại liên lạc: 0857353338

- Email: 19144230@student.hcmute.edu.vn

- Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 12/07/2024

- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính

tôi nghiên cứu và thực hiện Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”

TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 07 năm 2024

Ký tên

Lê Tấn Chung

Trang 7

- Địa chỉ sinh viên: phường Lê Lợi, thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định

Ký tên

Đặng Trung Nhân

Trang 8

- Địa chỉ sinh viên: phường Tân Phong, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai

Ký tên

Lê Minh Hiếu

Trang 9

LỜI CẢM ƠN

Để có được như hôm nay chúng em không biết nói gì hơn ngoài bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến các thầy cô Trong suốt chặng đường học tập và làm đồ án tốt nghiệp chúng em đã luôn nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy cô, tổ chức, cá nhân…

Và chúng em đã không thể hoàn thành tốt được nó nếu không có sự chỉ dạy và hướng dẫn tận tình của PGS TS Phạm Thị Hồng Nga và là người đồng hành với chúng em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Chúng em rất cảm ơn PGS.TS Nguyễn Vinh Tiến là người đã hỗ trợ cho chúng em trong quá trình đo độ bền kéo, quá trình chụp tổ chức tế vi và phân tích các mẫu thử

Chúng em xin cảm ơn công ty Đồng Nhân Phát đã hỗ trợ chúng em tốt nhất để chúng em

có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Chúng em cũng xin cảm ơn Trung Tâm Hỗ Trợ Và Phát Triển Doanh Nghiệp Thành phố

đã cung cấp những số liệu, kết quả thử nghiệm của các mẫu thử để chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các quý Thầy Cô trong trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã tận tâm hướng dẫn những kiến thức cơ bản tới nâng cao

để chúng em có được những nền tảng kiến thức để hoàn thành đồ án này và cũng xin gửi lời tri ân dành cho Ban giám hiệu, các Phòng, Khoa, đặc biệt là Khoa Cơ khí Chế tạo máy và các thầy cô trong Bộ môn Hàn & Công nghệ Kim loại luôn tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em học tập, nghiên cứu trong suốt thời gian học tập tại trường

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

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu với kiến thức còn hạn chế, đồ án tốt nghiệp này không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện:

Lê Tấn Chung Đặng Trung Nhân

Lê Minh Hiếu

Trang 10

TÓM TẮT

Với lượng chất thải rắn sinh hoạt thải ra ngoài môi trường thì có nhiều thành phần khó xử

lý và khó tái chế như vải, cao su, nhựa… Polybutylene terephthalate (PBT) là một loại nhựa nhiệt dẻo có hiệu suất cao thuộc họ polyester terephthalate Tuy nhiên, PBT là một loại nhựa

kỹ thuật có cơ tính toàn diện như độ cứng cao, độ bền kéo cao, cách điện tốt… Do PBT còn tồn tại một số hạn chế về đặc tính cơ học nên ít được quan tâm đến Vì vậy việc tái chế PBT không nhiều, trong khi nguồn tài nguyên tái chế rất lớn, ví dụ như lông bàn chải đánh răng

Vì vậy chúng em thực hiện nghiên cứu này để cải thiện cơ tính của PBT giúp nó có thể được ứng dụng nhiều hơn trong đời sống như công nghiệp sản xuất nội, ngoại thất ô tô; đồ điện gia dụng…

Polyamide-6 (PA6) là một loại polymer được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ vào tính chất cơ học của PA6 như kháng hóa chất tốt, độ bền cao, độ cứng cao, khả năng tự bôi trơn vượt trội và chống mài mòn Thực tế, việc trộn hợp các polymer hiện có là phương pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí cao để tạo ra các vật liệu mới và hữu ích mang tính

ưu việt cao hơn so với việc phát triển các polymer mới

Polypropylene (PP) là một loại nhựa nhiệt dẻo có nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp Với độ bền cơ học cao, kháng hóa chất, khả năng chịu nhiệt, và khả năng chống ẩm Nhựa PP được ưa chuộng nhờ vào sự đa dạng trong ứng dụng, tính bền bỉ và khả năng chịu nhiệt tốt, cũng như khả năng tái chế, góp phần bảo vệ môi trường Vì vậy, việc kết hợp cơ tính tốt của PBT, PA6 và PP được cho là một cách khả thi để tạo ra vật liệu mới với cơ tính được cải thiện và giảm chi phí sản xuất Tuy nhiên, khả năng tương thích kém giữa PBT và PA6 vì vậy mà một số cơ tính của hỗn hợp này còn hạn chế

Trong bài nghiên cứu này các mẫu thử được tạo ra bằng phương pháp ép phun Hỗn hợp PBT/PA6 được trộn theo tỉ lệ 50/50 Hỗn hợp PP/PBT/PA6 được trộn theo tỉ lệ lần lượt là: 100/0/0, 90/5/5, 80/10/10, 70/15/15, 0/0/100 Các chỉ tiêu cơ tính được khảo sát bao gồm: độ bền kéo (ASTM D638), độ bền uốn (ASTM D790), độ dai va đập có rãnh V (ASTM D256),

độ cứng (ASTM D2240) Bên cạnh đó chúng em còn phân tích thêm về kết quả chỉ số chảy MFI và kết quả hình chụp tổ chức tế vi

Qua quá trình phân tích và thảo luận của các hỗn hợp PBT/PA6 và PP/PBT/PA6 thì thu được kết quả như sau:

1 Ta thấy sau khi cho thêm PP vào hỗn hợp PBT/PA6, độ bền kéo có xu hướng tăng dần, đạt giá trị cao nhất ở mẫu 90% PP là 31.97 MPa, tăng 2.6% so với mẫu 100%

PP Điều này cho thấy việc thêm PP ở hàm lượng cao, cụ thể là 90% PP, giúp nâng cao ứng suất kéo của hỗn hợp PP/PBT/PA6 so với PP nguyên chất

Trang 11

2 Độ bền uốn giảm dần khi cho thêm PP vào hỗn hợp, giảm từ 41.87 MPa khi thêm 70% PP, xuống 41.40 MPa khi thêm 80% PP Mặt khác, giá trị đo được không giảm liên tục mà có sự biến động khi tỉ lệ PP đạt 90%, tăng lên 42.22 MPa, tăng 14,85%

so với PP nguyên chất

3 Độ dai va đập tăng dần từ 2.83 kJ/m2 ở mẫu 70% PP, lên đến 3.55 kJ/m2 ở mẫu 90%

PP, thấp hơn 40.13 % so với mẫu PP nguyên chất Kết quả cho thấy việc tăng hàm lượng PP dẫn đến sự tăng độ dai va đập của hỗn hợp PP/PBT/PA6, nhưng không giúp tăng độ dai va đập của PP nguyên chất

4 Ngược lại với độ dai va đập và độ bền kéo tăng dần với các mẫu phía sau khi tăng tỉ

lệ PP trong hỗn hợp PP/PBT/PA6 Với độ cứng được đo theo máy đo độ cứng Shore

D, độ cứng lại giảm khi bắt đầu thêm PP vào hỗn hợp Với 80.2 ở mẫu PBT/PA6 giảm xuống 72.2ở mẫu PP 90%, nhưng vẫn giúp cải thiện độ cứng của PP nguyên chất

5 Tổ chức tế vi được quan sát qua hình ảnh SEM chụp tại bề mặt gãy của các tỉ lệ, có thể thấy việc thêm vào nhựa PP làm xuất hiện các hạt PBT/PA6 trên nền PP, sự phân

bố không đều giữa các hạt trên nền PP ảnh hưởng đến cơ tính của chúng sẽ dễ bị đứt gãy ở chỗ không có hạt tập trung Tuy nhiên, khi thêm PP vào các hạt nhỏ hơn và đều nhau thì độ bám dính ở bề mặt tăng lên, sự phân bố của PBT/PA6 thay đổi, chúng phân bố nhỏ và đều hơn ở tỉ lệ phần trăm PP cao Với sự phân bố này đã cải thiện kết quả của độ bền va đập

Dựa vào các kết quả thu được, có thể kết luận được rằng việc trộn PA6 và PBT mang lại một số cải thiện về cơ tính cho PP nguyên chất, cụ thể là độ bền kéo và độ bền uốn khi thêm

PP ở hàm lượng lớn, cũng như cải thiện độ cứng shore D của hỗn hợp PP/PBT/PA6 Bên cạnh

đó, việc bổ sung nhựa PP vào hỗn hợp PBT/PA6 không mang lại kết quả tốt về độ dai va đập Nghiên cứu này là được coi là tiền đề để mở rộng một số ứng dụng của PP/PBT/PA6 trong các lĩnh vực khác nhau

Trang 12

ABSTRACT

With the amount of solid waste discharged into the environment, there are many components that are difficult to treat and difficult to recycle such as fabric, rubber, plastic, etc Polybutylene terephthalate (PBT) is a high-performance thermoplastic belonging to the polyester terephthalate family However, PBT is an engineering plastic with comprehensive mechanical properties such as high hardness, high tensile strength, good electrical insulation, etc Because PBT still has some limitations in mechanical properties, it has received little attention Therefore, PBT recycling is not much, while the source of recycled resources is very large, such as toothbrush bristles Therefore, we conducted this study to improve the mechanical properties of PBT so that it can be applied more in life such as the industry of manufacturing interiors and exteriors of automobiles; household electrical appliances… Polyamide-6 (PA6) is a polymer that is widely used in many different fields thanks to the mechanical properties of PA6 such as good chemical resistance, high strength, high hardness, excellent self-lubrication and wear resistance In fact, blending existing polymers is a highly efficient and cost-effective method to create new and useful materials with superiority compared to developing new polymers

Polypropylene (PP) is a thermoplastic with many applications in life and industry With high mechanical strength, chemical resistance, heat resistance, and moisture resistance PP plastic is popular due to its diversity in applications, durability and good heat resistance, as well as recyclability, contributing to environmental protection Therefore, combining the good mechanical properties of PBT, PA6 and PP is considered a feasible way to create new materials with improved mechanical properties and reduced production costs However, the poor compatibility between PBT and PA6 limits some mechanical properties of this mixture

In this study, the test samples were produced by injection molding The PBT/PA6 mixture was mixed in a ratio of 50/50 The PP/PBT/PA6 mixture was mixed in the following ratios: 100/0/0, 90/5/5, 80/10/10, 70/15/15, 0/0/100 The mechanical properties investigated included: tensile strength (ASTM D638), flexural strength (ASTM D790), V-notch impact toughness (ASTM D256), hardness (ASTM D2240) In addition, we also analyzed the results

of the MFI flow index and the results of microscopic images

Through the analysis and discussion of the PBT/PA6 and PP/PBT/PA6 blends, the following results were obtained:

1 We can see that after adding PP to the PBT/PA6 blend, the tensile strength tends to increase gradually, reaching the highest value in the 90% PP sample of 31.97 MPa, an increase

of 2.6% compared to the 100% PP sample This shows that adding PP at a high content,

Trang 13

specifically 90% PP, helps increase the tensile stress of the PP/PBT/PA6 blend compared to pure PP

2 The flexural strength gradually decreases when adding PP to the blend, decreasing from 41.87 MPa when adding 70% PP, to 41.40 MPa when adding 80% PP On the other hand, the measured value did not decrease continuously but fluctuated when the PP ratio reached 90%, increasing to 42.22 MPa, an increase of 14.85% compared to pure PP

3 The impact toughness gradually increased from 2.83 kJ/m2 in the 70% PP sample, to 3.55 kJ/m2 in the 90% PP sample, 40.13% lower than that of pure PP The results showed that increasing the PP content led to an increase in the impact toughness of the PP/PBT/PA6 blend, but did not help increase the impact toughness of pure PP

4 In contrast, the impact toughness and tensile strength gradually increased with the following samples when increasing the PP ratio in the PP/PBT/PA6 blend With the hardness measured by Shore D hardness tester, the hardness decreased when PP was added to the blend With 80.2 in PBT/PA6 sample reduced to 72.2 in PP 90% sample, but still helps to improve the hardness of pure PP

5 Microstructure observed through SEM images taken at the fracture surface of the ratios,

it can be seen that adding PP resin causes PBT/PA6 particles to appear on the PP matrix, the uneven distribution between particles on the PP matrix affects their mechanical properties, they will easily break in places where there is no concentrated particle However, when adding

PP to smaller and more uniform particles, the adhesion at the surface increases, the distribution of PBT/PA6 changes, they are distributed smaller and more evenly at high PP percentages With this distribution, the impact resistance results have been improved

Conclusion: Based on the results obtained, it can be concluded that the blending of PA6 and PBT brings some improvements in mechanical properties to pure PP, specifically tensile strength and flexural strength when adding PP at high content, as well as improving the shore

D hardness of PP/PBT/PA6 blends In addition, the addition of PP resin to PBT/PA6 blends does not bring good results in impact toughness This study is considered as a premise to expand some applications of PP/PBT/PA6 in different fields

Trang 14

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỜI CAM KẾT iii

LỜI CẢM ƠN vi

TÓM TẮT vii

ABSTRACT ix

MỤC LỤC xi

DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ xv

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 3

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

1.4 Mục tiêu của đề tài 3

1.5 Nhiệm vụ của nghiên cứu 4

1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

1.7 Phương pháp nghiên cứu 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 5

2.1 Tổng quan về PP 5

2.2 Tổng quan về PBT và PA6 5

2.3 Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 6

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

3.1 Lý thuyết về Polymer 8

3.1.1 Lý thuyết về PP 8

3.1.2 Lý thuyết về PBT 9

3.1.3 Lý thuyết về PA6 11

3.2 Vật liệu trộn hợp Polymer 12

3.2.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính vật liệu trộn hợp polymer 12

3.2.2 Phân loại vật liệu trộn hợp polymer 13

Trang 15

3.2.3 Xác định sự tương hợp hoặc không tương hợp của vật liệu trộn hợp polymer 13

3.2.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu trộn hợp polymer 15

3.2.5 Các phương pháp chế tạo vật liệu trộn hợp polymer 16

3.2.6 Ưu điểm và ứng dụng của vật liệu trộn hợp polymer 17

3.3 Công nghệ tạo hạt nhựa 18

3.4 Công nghệ ép phun và máy ép phun 19

3.5 Các phương pháp đánh giá cơ tính 21

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM 26

4.1 Các tỷ lệ của hỗn hợp nhựa được sử dụng trong thí nghiệm 26

4.2 Chuẩn bị vật liệu 26

4.3 Quá trình ép phun mẫu thử 28

4.4 Đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 32

4.5 Đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790 35

4.6 Đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256 37

4.7 Đo độ cứng theo tiêu chuẩn ASTM D2240 39

4.8 Quan sát tổ chức tế vi 41

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44

5.1 Kết quả sau quá trình ép phun mẫu của các tỉ lệ 44

5.2 Kết quả đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 45

5.2.1 Kết quả đo của mẫu PP0 46

5.2.6 Phân tích kết quả độ bền kéo của các tỉ lệ hỗn hợp 51

5.3 Kết quả đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790 55

Trang 16

5.3.6 Phân tích kết quả độ bền uốn của các tỉ lệ hỗn hợp 61

5.4 Kết quả đo độ dai va đập Izod theo tiêu chuẩn ASTM D256 66

5.5 Kết quả đo độ cứng theo tiêu chuẩn ASTM D2240 69

5.6 Tổ chức tế vi 70

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 78

6.1 Tổng kết 78

6.2 Hướng phát triển 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

PHỤ LỤC 1 83

PHỤ LỤC 2 108

Trang 17

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 4.1: Tỷ lệ hỗn hợp nhựa PP/PBT/PA6 26

Bảng 4.2: Tỷ lệ khối lượng các tỷ lệ trộn của hỗn hợp PBT/PA6 29

Bảng 5.1: Kết quả đo chỉ số dòng chảy MFI 44

Bảng 5.2: Kết quả đo độ bền kéo của mẫu PP0 46

Bảng 5.7: Kết quả đo ứng suất kéo của các tỉ lệ 51

Bảng 5.8: Kết quả đo độ biến dạng kéo của các tỉ lệ 53

Bảng 5.9: Modun đàn hồi của các tỉ lệ 54

Bảng 5.10: Kết quả đo độ bền uốn của mẫu PP0 56

Bảng 5.15: Kết quả đo độ bền uốn của tỉ lệ 61

Bảng 5.16: Kết quả đo độ biến dạng uốn của các tỉ lệ 62

Bảng 5.17: Kết quả đo độ đàn hồi của các tỉ lệ 63

Bảng 5.18: Kết quả mô-đun uốn của các tỉ lệ 64

Bảng 5.19: Kết quả đo độ dai va đập Notched Izod của các mẫu 67

Bảng 5.20: Kết quả đo độ cứng của các mẫu 69

Bảng 5.21: Thành phần hóa học của hạt trong mẫu 70PP/15PBT/15PA6 76

Trang 18

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Hình 1.1: Phần lông của bàn chải đánh răng 1

Hình 1.2: Màng nhựa PP, hộp nhựa PP 2

Hình 3.1: Công thức phân tử và hình dạng thực tế của hạt nhựa PP 8

Hình 3.2: Công thức phân tử và hình dạng thực tế của hạt nhựa PBT 9

Hình 3.3: Công thức phân tử và hình dạng thực tế của hạt nhựa PA6 11

Hình 3.4: Máy tạo hạt nhựa (máy ó) 19

Hình 3.5: Máy ép nhựa trục ngang 19

Hình 3.6: Cấu tạo của máy ép nhựa 20

Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động của máy ép nhựa trục ngang 20

Hình 3.8: Máy ép nhựa trục đứng 21

Hình 3.9: Nguyên lý hoạt động của máy đo độ bền kéo 22

Hình 3.10: Mô tả cách tính ứng suất biến dạng uốn 23

Hình 3.11: Nguyên lý hoạt động của máy đo độ bền uốn 24

Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo độ dai va đập 25

Hình 4.1: Hình ảnh thực tế hạt nhựa: a) PBT, b) PA6, c) PP 27

Hình 4.2: a) Bao nhựa PBT, b) PA6, c) PP 27

Hình 4.3: Mô tả quá trình tạo hạt 28

Hình 4.4: a) Máy tạo hạt (máy ó), b) Máy băm 29

Hình 4.5: Trục đứng máy ép phun 30

Hình 4.6: Gá khuôn sử dụng cho việc ép phun 30

Hình 4.7: Khuôn ép mẫu thử độ bền uốn 31

Hình 4.8: Khuôn ép mẫu thử độ bền kéo 31

Hình 4.9: Khuôn ép mẫu thử độ bền va đập có rãnh V 31

Hình 4.10: Bảng điều khiển máy ép phun 32

Hình 4.11: Nhiệt độ cài đặt cho mẫu PP/PBT/PA6 32

Hình 4.12: Kích thước của mẫu đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 33

Hình 4.13: Mẫu chuẩn bị để kiểm tra độ bền kéo 33

Hình 4.14: Máy đo độ bền kéo Testometric 34

Hình 4.15: Hình ảnh các mẫu trước và sau khi đo độ bền kéo 34

Hình 4.16: Kích thước mẫu đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790 35

Hình 4.17: Hình ảnh thực tế mẫu trước khi đo độ bền uốn 35

Trang 19

Hình 4.18: Máy thử sức bền vạn năng Shimadzu Autograph AG-X Plus 35

Hình 4.19: Mẫu được gá đặt lên máy trong quá trình đo độ bền uốn 36

Hình 4.20: Mẫu trước và sau khi đo độ bền uốn 36

Hình 4.21: Kích thước của mẫu đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256 37

Hình 4.22: Hình ảnh thực tế của mẫu trước khi đo độ dai va đập 37

Hình 4.23: Máy đo độ dai va đập Tinius Olsen IT504 38

Hình 4.24: Gá mẫu lên máy đo độ dai va đập 39

Hình 4.25: Mẫu trước và sau khi đo độ dai va đập 39

Hình 4.26: Thiết bị đo độ cứng Shore D 40

Hình 4.27: Bề mặt của mẫu đo va đập sau quá trình đo 41

Hình 4.28: Kính hiển vi điện tử HITACHI TM4000Plus 41

Hình 5.1: Các mẫu sau khi ép phun theo thành phần tỉ lệ a) PBT/PA6, b) PP và PP/PBT/PA6 44

Hình 5.2: Mẫu kéo trước khi đo cơ tính của các tỉ lệ a) PP0, b) PP70, c) PP80, d) PP90, e) PP100 45

Hình 5.3: Mẫu kéo sau khi đo cơ tính của các tỉ lệ: a) PP0, b) PP70, c) PP80, d) PP90, e) PP100 46

Hình 5.4: Biểu đồ ứng suất - biến dạng của mẫu PP0 47

Hình 5.9: Ứng suất kéo trung bình của các tỉ lệ theo hàm lượng PP 52

Hình 5.10: Biến dạng kéo trung bình của các tỉ lệ theo hàm lượng PP 53

Hình 5.11: Mô đun đàn hồi trung bình của các tỉ lệ theo hàm lượng PP 54

Hình 5.12: Biểu đồ ứng suất – biến dạng kéo của các tỉ lệ theo hàm lượng PP 55

Hình 5.13: Mẫu uốn trước khi đo cơ tính của các tỉ lệ a) PP0, b) PP70, c) PP80, d) PP90, e) PP100 55

Hình 5.14: Mẫu uốn sau khi đo cơ tính của các tỉ lệ a) PP0, b) PP70, c) PP80, d) PP90, e) PP100 56

Hình 5.15: Biểu đồ ứng suất - biến dạng uốn của mẫu PP0 57

Trang 20

Hình 5.20: Ứng suất uốn trung bình của các tỉ lệ theo hàm lượng PP 62

Hình 5.21: Độ biến dạng uốn trung bình của các tỉ lệ theo hàm lượng PP 63

Hình 5.22: Độ đàn hồi trung bình của các tỉ lệ theo hàm lượng PP 64

Hình 5.23: Mô-đun uốn trung bình của các tỉ lệ theo hàm lượng PP 65

Hình 5.24: Biểu đồ ứng suất – biến dạng uốn của các tỉ lệ theo hàm lượng PP 65

Hình 5.25: Mẫu va đập có rãnh chữ V trước khi đo của các tỉ lệ a) PP0, b) PP70, c) PP80, d) PP90, e) PP100 66

Hình 5.26: Mẫu va đập có rãnh chữ V sau khi đo của các tỉ lệ a) PP0, b) PP70, c) PP80, d) PP90, e) PP100 67

Hình 5.27: Độ dai va đập trung bình của các mẫu theo tỉ lệ PP 68

Hình 5.28: Độ cứng Shore D theo hàm lượng PP trong hỗn hợp PBT/PA6 69

Hình 5.29: Tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6, PP và PP/PBT/PA6 (độ phóng đại X50) 71 Hình 5.30: Tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6, PP và PP/PBT/PA6 (độ phóng đại X100) 72

Hình 5.31: Tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6, PP và PP/PBT/PA6 (độ phóng đại X300) 73

Hình 5.32: Tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6, PP và PP/PBT/PA6 74

Hình 5.33: Tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6, PP và PP/PBT/PA6 75

Hình 5.34: Phân tích thành phần của mẫu 70PP/15PBT/15PA6 76

Hình 5.35: Tổ chức tế vi của hỗn hợp 70PP/15PA6/15PBT có pha PBT bị ăn mòn khi sử dụng phenol/tetrachloroethane (1/1) 76

Hình 5.36: HDPE/PA6/PBT ternary blends with PBT phase extracted using phenol/tetrachloroethane (1/1) 77

Trang 21

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Lý do chọn đề tài

Với sự phát triển không ngừng của thế giới, bên cạnh đó là nền sản xuất giúp nâng cao chất lượng cuộc sống của mọi người Và đi kèm với đó là sự ô nhiễm môi trường từ các nhà máy, các khu công nghiệp sản xuất Vì vậy, việc xử lý chất thải từ các nhà máy, hay các khu công nghiệp khu dân cư là vấn đề thiết yếu đối với các nước có nền kinh tế đang phát triển như Việt Nam hiện nay Sự ô nhiễm không chỉ từ việc sản xuất trong nền công nghiệp mà còn đến từ rác thải sinh hoạt của người dân hàng ngày Đặc biệt, việc đốt, xả chất thải, phế liệu ảnh hưởng xấu đến môi trường hiện nay Chính vì thế, việc tái chế lại các phế liệu là vấn đề được quan tâm hiện nay Việc sản xuất bàn chải đánh răng, phần lông bàn chải thừa sẽ được cắt bỏ Phần lông bàn chải thừa này có thành phần chính là sợi Polybutylene terephthalate (PBT) và Polyamide-6 (PA6) Bằng một số phương pháp đặc thù người ta đã phân loại được sợi PBT riêng và sợi PA riêng Với giá thành cao nên sợi PA được ưu tiên tái chế hơn so với sợi PBT Để thuận tiện trong quá trình nghiên cứu, nhóm thực hiện đã chọn nhựa PA6 và PBT nguyên sinh để thay thế cho sợi PBT từ lông bàn chải đánh răng trong thí nghiệm này

Hình 1.1: Phần lông của bàn chải đánh răng

Trong thời đại ngày nay, luôn luôn có sự thay đổi trong môi trường sống, bên cạnh đó là việc sản xuất nhựa từ ứng dụng trong công nghiệp, đến ứng dụng trong đời sống sinh hoạt hàng ngày Hàng ngày, có hàng nghìn tấn chất thải có thể được thải ra môi trường sống bên trong đó không ít là chất thải mang nhiều loại vật liệu nhựa Để tiết kiệm chi phí có thể sản xuất, việc sử dụng lại hay tái chế những vật liệu nhựa đã sử dụng là vấn đề cấp bách có thể giúp giảm thiểu số lượng rác thải và còn tiết kiệm chi phí cho các nhà máy, xí nghiệp, … Vì vậy ở nghiên cứu này, ngoài việc tái chế 2 loại nhựa PBT và PA6, thì còn bổ sung vào hỗn hợp này là Polypropylene (PP) nhằm mục đích tăng cường cơ tính của hỗn hợp PP/PBT/PA6,

Trang 22

cũng như thay thế PP nguyên sinh nhằm mục đích giảm giá thành sản xuất, và mở ra nhiều ứng dụng hơn trong công nghiệp thực tiễn

Nhựa PBT là một loại nhựa kỹ thuật nhiệt dẻo với nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm độ bền

cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt, độ ổn định kích thước và kháng hóa chất, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng trong các ngành công nghiệp ô tô, điện tử, điện gia dụng và dệt may Tuy nhiên, PBT cũng có nhược điểm như dễ bị suy giảm tính chất khi tiếp xúc với tia UV, dễ

bị hydrolysis khi tiếp xúc với nước ở nhiệt độ cao, chi phí sản xuất cao và độ dai va đập thấp hơn so với một số loại nhựa khác Các ứng dụng phổ biến của PBT bao gồm sản xuất bộ nối điện, vỏ bọc động cơ, các chi tiết nhựa trong ngành ô tô, linh kiện điện tử và vải kỹ thuật trong ngành dệt may

Nhựa PA6 là một loại nhựa kỹ thuật phổ biến với nhiều ưu điểm, bao gồm độ bền cơ học cao, độ đàn hồi tốt, khả năng chịu mài mòn và kháng hóa chất tốt Tuy nhiên, PA6 cũng có một số nhược điểm như độ hút ẩm cao, dẫn đến sự thay đổi kích thước và tính chất cơ học khi tiếp xúc với độ ẩm, và nhiệt độ chịu nhiệt thấp hơn một số loại nhựa khác Các ứng dụng của PA6 rất đa dạng, bao gồm sản xuất các chi tiết kỹ thuật trong ngành ô tô như bánh răng, trục, các linh kiện điện tử, đồ gia dụng, và thậm chí là trong ngành dệt may để làm sợi tổng hợp cho vải và thảm

Nhựa PP là một loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến với nhiều ưu điểm, bao gồm độ bền cơ học tốt, khả năng chống chịu hóa chất, độ bền nhiệt và khả năng tái chế cao Ngoài ra, PP còn có tính năng cách điện tốt và trọng lượng nhẹ, giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển Tuy nhiên, nhựa PP cũng có nhược điểm như dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với tia UV, khả năng chịu va đập ở nhiệt độ thấp kém và độ bền kéo không cao bằng một số loại nhựa kỹ thuật khác Ứng dụng của PP rất đa dạng, bao gồm như quần áo, dụng cụ và vật tư phẫu thuật, mô hình theo

sở thích, nắp chai, hộp đựng thức ăn, ống hút, túi đựng đồ giòn, ấm đun nước, hộp cơm trưa

và băng keo đóng gói

Hình 1.2: Màng nhựa PP, hộp nhựa PP

Trang 23

Sự kết hợp những ưu điểm của các vật liệu nhựa có các đặc tính có ưu điểm cao PA6 là

độ dai va đập cao cùng với PBT có độ bền kéo cao, tuy nhiên chi phí sản xuất cao Nhiều sự nghiên cứu đã chỉ ra những nhược điểm của hỗn hợp PBT/PA6, có nhiều cách để cải thiện hạn chế đó nhưng cách được sử dụng phổ biến và tiết kiệm chi phí nhất là phương pháp trộn hợp Bên cạnh đó, cũng có một số bài báo nghiên cứu về hỗn hợp PBT/PA6 nhưng chưa khai thác đầy đủ các khía cạnh về mặt cơ tính Ngoài ra việc sử dụng PA6 còn làm giảm trọng lượng của PBT, điều này cũng mang đến nhiều lợi ích tốt cho một số ứng dụng trong mảng thiết bị điện tử Với sự kết hợp của PP, PA6 và PBT đây có thể là vật liệu có hiệu suất cao mang đến nhiều tiềm năng và khả năng sử dụng mới trong tương lai

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Với sự nóng lên toàn cầu như hiện nay, môi trường bị ô nhiễm nhiều hơn vì khí thải và các chất thải công nghiệp Đời sống và sức khỏe của con người được quan tâm nhiều hơn, cần

có những cải thiện để giúp cải thiện môi trường sống xung quanh Chính vì lí do đó mà đề tài của chúng em là cần thiết để góp cải thiện môi trường Đối với các doanh nghiệp, xí nghiệp, việc tái chế phế thải nhựa giúp làm tiết kiệm chi phí xử lý rác thải Đối với các ngành khoa học thì việc tìm ra một loại hỗn hợp polymer mới là tiền đề cho các nghiên cứu sau này Hỗn hợp polymer PP/PBT/PA6 hứa hẹn là một loại vật liệu hiệu suất cao làm đa dạng khả năng ứng dụng của PP trong việc sản xuất sản phẩm mới với việc hạ giá thành sản phẩm

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu Polybutylene Terephthalate/Polyamide 6/ Polypropylene từ phế thải bàn chải đánh răng bằng công nghệ ép phun” nghiên cứu này tập trung về cơ tính và cấu trúc vi mô của mẫu thử PBT/PA6, PP và các mẫu thử hỗn hợp PP/PBT/PA6

Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu này là nguồn tư liệu tham khảo, tiền đề cho các nghiên cứu về sau không chỉ đối với tác giả trong nước mà còn đối với các tác giả quốc tế Việc nghiên cứu về sự ảnh hưởng của PP đến hỗn hợp PP/PBT/PA6 cũng mở ra thêm nhiều hướng mới nghiên cứu về chất thứ ba khi thêm vào để gia cố thêm cơ tính cho hỗn hợp

Ý nghĩa thực tiễn: Giải quyết vấn đề xử lý phế phẩm công nghiệp sau quá trình sản xuất,

từ đó giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giúp cải thiện môi trường sống và cắt giảm chi phí cho doanh nghiệp Bên cạnh đó, việc nghiên cứu giúp sinh viên tăng khả năng giải quyết vấn đề, khả năng tìm kiếm tài liệu, kỹ năng viết bài báo nghiên cứu khoa học,

1.4 Mục tiêu của đề tài

Việc nghiên cứu về sự ảnh hưởng của PP đến cơ tính và tổ chức của hỗn hợp PP/PBT/PA6 nhằm mục đích:

- Tạo ra loại composite mới có đặc điểm cơ tính nổi bật, cụ thể là độ bền kéo, uốn, độ dai

va đập, … được cải thiện so với polymer ban đầu

Trang 24

- Tìm ra tỷ lệ mang nhiều đặc tính tối ưu nhất để ứng dụng vào các sản phẩm thực tế trong đời sống

- Nghiên cứu về sự tương hợp của hỗn hợp PP/PBT/PA6

1.5 Nhiệm vụ của nghiên cứu

Những nhiệm vụ của đề tài:

- Trộn PA6 vào PBT theo những tỷ lệ đã quy định và ép phun mẫu

- Trộn PP vào hỗn hợp gồm có PBT và PA6 theo những tỷ lệ đã quy định và ép phun mẫu

- Đo độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, độ cứng, và chụp tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6, PP và hỗn hợp PP/PBT/PA6

- Phân tích, đưa ra lý giải về lý do dẫn đến sự thay đổi ở kết quả thu được

1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu về độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, độ cứng và

tổ chức tế vi của mẫu PP, các mẫu của hai hỗn hợp PBT/PA6 và PP/PBT/PA6

- Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các mẫu sau quá trình ép phun với nhiệt độ khuôn cố định, khảo sát cơ tính trên máy đo của các mẫu từ tỷ lệ 0% PP đến 100% PP đối với hỗn hợp PP/PBT/PA6

1.7 Phương pháp nghiên cứu

Một số phương pháp được sử dụng trong đề tài:

- 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

Trang 25

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về PP

Nhựa PP có những cơ tính tốt:

- PP có độ bền cơ học cao, chịu được va đập và mài mòn tốt Nó có tính đàn hồi và độ

cứng vừa phải, không dễ bị biến dạng khi sử dụng [24]

- PP có khả năng chống hóa chất tốt, không bị ăn mòn bởi nhiều loại dung môi hữu cơ,

axit và kiềm, …

- PP có khả năng chịu nhiệt tương đối tốt, có thể chịu được nhiệt độ lên đến khoảng

100-120 độ C Ngoài ra, nó có tính cách điện tốt, giúp ngăn ngừa dẫn điện và xung điện [25]

PP với cơ tính tốt đã kết hợp với nhiều chất khác nhau giúp tăng cơ tính của chúng Sankar Das và Arvind Kumar đã kết hợp PP với LDPE, 2 loại nhựa được sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày Qua quá trình kết hợp, sự giãn nở của LDPE thành PP đã giảm, với độ dày,

độ đàn hồi, hiệu quả uốn, mô đun linh hoạt và độ cứng được cải thiện [38] Bên cạnh đó, theo nghiên cứu của Sihama E Salih và các đồng nghiệp, PP kết hợp với HDPE với tỉ lệ 80% PP

và 20% HDPE cho các giá trị cao hơn về độ bền kéo, độ cứng, tốc độ biến dạng và mô đun biến dạng so với 80% PP và 20% LDPE [39]

Qua những việc kết hợp trên có thể thấy PP có thể kết hợp được với những loại nhựa tốt

và dường như cơ tính của hỗn hợp mang lại trong hỗn hợp tăng lên

2.2 Tổng quan về PBT và PA6

PBT là một loại polymer có các đặc tính cơ học ngắn hạn tuyệt vời như độ bền, độ cứng cao và khả năng chống va đập tốt [1] Ngoài ra, PBT là vật liệu nhẹ giúp giảm trọng lượng và tiết kiệm chi phí Với những ưu điểm trên, PBT được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như ô

tô, điện - điện tử, y tế [2] Ngoài ra, PBT còn có nhược điểm như độ co ngót cao, khả năng chống thủy phân kém và độ bền va đập thấp Những nhược điểm này hạn chế việc áp dụng PBT vào các điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật cụ thể [3-4] Để cải thiện nhược điểm đó, nhiều nhà nghiên cứu đã trộn PBT với các chất độn khác như polycarbonate, acrylonitrile–butadiene–styrene and glass-fiber … [5] Bằng cách kết hợp chất độn, vật liệu gia cố và phụ gia trong quá trình kết hợp, tính chất vật liệu có thể được điều chỉnh theo yêu cầu [23] Chất

ổn định UV (benzotriazole) thường được sử dụng với PBT vì nó ít có màu và mang lại sự ổn định màu sắc tốt [19] PBT được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và ứng dụng khác nhau nhờ vào các tính chất và đặc điểm của nó như độ bền, tính cơ học tốt và khả năng gia công dễ dàng Nhựa PBT có khả năng cách điện tốt và chịu được nhiệt độ cao, làm cho

nó trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng yêu cầu tính an toàn và ổn định [21] Một

số nhà nghiên cứu đã ứng dụng kỹ thuật composite để tăng cường tính chất cơ học và cho kết quả khả quan [7-8]

Trang 26

PA6 là loại nhựa kỹ thuật được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng kỹ thuật đòi hỏi tính chất cơ lý PA6 có độ cứng và khả năng chống nứt, chống va đập cao, chống mài mòn cao và

có đặc tính cách điện thích hợp… Vì PA6 có những đặc tính trên nên được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện, phụ tùng cơ khí, thiết bị vận tải, dệt may… Ngoài ra, PA6 có nhược điểm là hấp thụ nước đáng kể, ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước và tính chất điện Vì vậy,

để cải thiện điểm yếu của PA6, nhiều nhà nghiên cứu đã sử dụng PA6 làm vật liệu composite

vì PA6 có những đặc tính thuận lợi ở nhiệt độ cao và giá thành thấp [6-7] Nhiều phương pháp được sử dụng để cải thiện tính chất của polyme nhưng phương pháp trộn được sử dụng rộng

rãi vì hiệu quả cao và chi phí thấp nhất

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

Khi thế giới phát triển và nhu cầu của con người ngày càng tăng thì việc sử dụng nhựa trong nhiều ngành công nghiệp và đời sống hàng ngày trở nên cần thiết Vì vậy, quản lý chất thải, đặc biệt ở các nước đang phát triển như Việt Nam, đóng vai trò quan trọng Việc xử lý chất thải không đúng cách, chẳng hạn như đốt hoặc xử lý vật liệu làm từ nhựa, có thể góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính và sau đó là hiện tượng nóng lên toàn cầu Điều này nhấn mạnh các nhà máy, khu công nghiệp cần ưu tiên chiến lược xử lý chất thải hiệu quả, đặc biệt tập trung vào các loại vật liệu như PBT, PA6 và PP Những vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong cả cuộc sống hàng ngày và các sản phẩm công nghiệp Chất thải nhựa vẫn là mối đe dọa

vì quá trình phân hủy khó khăn của chúng Vì vậy, việc kết hợp các vật liệu nhựa lại với nhau

có thể làm giảm lượng rác thải nhựa thải ra môi trường mỗi ngày Mục tiêu của nghiên cứu này là liệu ba vật liệu này có thể được kết hợp với nhau hay không

PP là một loại nhựa nhiệt dẻo được sử dụng rộng rãi, được biết đến với các tính chất cơ học tốt, khả năng kháng hóa chất và khả năng chịu nhiệt độ cao PP được tổng hợp từ monome propylene thông qua quá trình trùng hợp PP có hai dạng chính: homopolyme và copolyme, mỗi loại có đặc điểm và ứng dụng riêng biệt Nhựa PP có độ bền kéo, độ cứng và khả năng chống va đập tốt Tuy nhiên, nó trở nên giòn ở nhiệt độ thấp PP có khả năng kháng nhiều loại hóa chất, bao gồm axit và kiềm Nó có điểm nóng chảy cao, khoảng 160-170°C, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu khả năng chịu nhiệt PP có thể chịu được các yếu tố môi trường, bao gồm độ ẩm và bức xạ tia cực tím (có bổ sung chất ổn định tia cực tím) PP được sử dụng trong sản xuất bao bì nhựa, bao bì thực phẩm, túi xách, màng [10] Nó cũng được sử dụng trong sản xuất các bộ phận ô tô như cản xe, bảng điều khiển và các bộ phận nội thất Trong lĩnh vực y tế, PP được sử dụng để làm ống tiêm, hộp đựng thuốc và các sản phẩm y tế khác Ngoài ra, PP còn được sử dụng trong các sản phẩm gia dụng như đồ chơi, đồ dùng nhà bếp

và đồ dùng văn phòng

Trang 27

PBT là nhựa có cơ tính tốt tuy nhiên nó khá giòn đồng nghĩa với độ dai va đập thấp Vật liệu trộn hợp PP/PBT/PA6 được tạo ra nhằm mục đích cải thiện độ dai va đập cho PBT Điều này cũng đã được một số nghiên cứu chứng minh là có hiệu quả Trong một bài nghiên cứu của L Zare và cộng sự đã cho ra kết quả cho thấy khi kết hợp 70 % PP và 30% PBT, nhờ điều chỉnh các thông số trong quá trình tạo hạt làm độ dai va đập của hỗn hợp PP/PBT tăng [9] Một số nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng khả năng tương hợp của PBT và PA6 khá kém điển hình như nghiên cứu của Hongrui Li và cộng sự Tuy nhiên khi bổ sung PP như chất gia cường thì kết quả cho ra lại rất khả quan khi hàm lượng PP có trong hỗn hợp càng cao thì cơ tính của hỗn hợp càng được cải thiện [37]

Khi kết hợp 3 hợp chất PP, PBT, PA6, có khả năng chúng tạo ra một vật liệu có tính chất

cơ học ưu việt, khả năng chịu lực và chịu nhiệt cao, đồng thời duy trì được sự linh hoạt và giảm chi phí sản xuất

Trước đây, sự kết hợp giữa PP và PBT hay PP và PA6 đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như công nghiệp ô tô, điện tử và hàng tiêu dùng PP, PBT, PA6 đều là những nguyên liệu có hiệu quả, thường giúp giảm chi phí sản xuất Vì vậy, việc mở rộng bằng cách kết hợp

cả ba loại nhựa này có khả năng tạo ra một hợp chất có khả năng ứng dụng nâng cao cho các sản phẩm nhựa Tuy nhiên, chưa có lời giải thích nào về tỷ lệ cụ thể của PP trong hỗn hợp mang lại các tính chất cơ học tốt nhất Vì vậy, thí nghiệm này nhằm mục đích đánh giá và xác định tỷ lệ PP tối ưu cần được sử dụng rộng rãi trong hỗn hợp này để đạt được hiệu suất cơ học tốt nhất

Trang 28

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Lý thuyết về Polymer

3.1.1 Lý thuyết về PP

PP là một loại nhựa nhiệt dẻo polymer có độ cứng, dai và kết tinh được sản xuất từ monome propene (hoặc propylene) Polypropylen lần đầu tiên được polyme hóa bởi nhà hóa học người Đức tên là Karl Rehn và nhà hóa học người Ý tên là Giulio Natta thành polyme đồng vị kết tinh vào năm 1954 Nhựa PP có công thức hoá học là (C3H6)n, là một loại nhựa nhiệt dẻo được

sử dụng trong nhiều ứng dụng

Hình 3.1: Công thức phân tử và hình dạng thực tế của hạt nhựa PP

Nhựa PP có những cơ tính tốt:

- PP có độ bền cơ học cao, chịu được va đập và mài mòn tốt Nó có tính đàn hồi và độ

cứng vừa phải, không dễ bị biến dạng khi sử dụng [24]

- PP có khả năng chống hóa chất tốt, không bị ăn mòn bởi nhiều loại dung môi hữu cơ,

axit và kiềm, …

- PP có khả năng chịu nhiệt tương đối tốt, có thể chịu được nhiệt độ lên đến khoảng

100-120C Ngoài ra, nó có tính cách điện tốt, giúp ngăn ngừa dẫn điện và xung điện [25]

Vì có những đặc điểm trên nên nhựa PP được ứng dụng vào các lĩnh vực như:

- Ngành đóng gói và bao bì: PP được sử dụng rộng rãi để sản xuất túi bao bì mềm cho thực phẩm, đồ uống, sản phẩm gia dụng, đồ chơi, và hàng tiêu dùng khác Vì tính chất không thấm nước và khả năng chịu mài mòn tốt, PP là lựa chọn phổ biến trong ngành đóng gói

- Chai và lọ đựng hóa chất: PP cũng được sử dụng để sản xuất chai lọ đựng hóa chất do khả năng chịu hóa chất tốt và tính bền với nhiều loại dung môi

- Ngành công nghiệp ô tô: PP được sử dụng trong sản xuất các linh kiện nội thất ô tô như cốp xe, ốp cửa, cản trước và cản sau vì tính chịu va đập tốt và khả năng chịu nhiệt ổn định

- Ngành y tế: PP được sử dụng trong ngành y tế để sản xuất các sản phẩm như dụng cụ y

tế một lần sử dụng, chai đựng dược phẩm, phần vỏ bọc thiết bị y tế và đồ dùng cá nhân do khả năng không gây dị ứng và chống lại vi khuẩn

Trang 29

- Ngành công nghiệp điện tử: PP được sử dụng để sản xuất các linh kiện trong thiết bị điện

tử như vỏ bọc cho các linh kiện điện tử, bộ phận cơ khí chính xác và các bộ phận cách điện

do tính chịu nhiệt và tính cách điện tốt

- Ứng dụng trong đời sống hàng ngày: PP cũng được sử dụng trong nhiều sản phẩm tiêu dùng như đồ dùng gia đình (đồ dùng nhựa trong nhà bếp, hộp đựng, khay xếp, v.v.), đồ chơi trẻ em, và các sản phẩm khác như ghế xếp, vỏ máy tính xách tay, vv

3.1.2 Lý thuyết về PBT

PBT là một polymer tinh thể nhiệt dẻo đồng thời là một loại polyester PBT được nghiên cứu phát triển bởi Britain’s Imperial Chemical Industries (ICI) Công thức hóa học (C12H12O4)n với tên IUPAC là Poly (oxy-1,4-butanediyloxycarbonyl-1,4-phenylenecarbonyl)

Hình 3.2: Công thức phân tử và hình dạng thực tế của hạt nhựa PBT

PBT có tính chất cơ học và nhiệt độ cao, kháng dung môi tốt, độ cứng cao và thời gian chu kỳ ngắn trong quá trình ép phun nên thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu khả năng chịu nhiệt, cơ học và điện

Nhựa PBT có nhiều ưu điểm lớn khi được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và tiêu dùng, bao gồm:

- Độ bền cơ học cao: PBT có độ bền kéo và độ cứng tốt, giúp nó chịu được các tác động

và va đập mà không bị biến dạng hay vỡ

- Tính cách điện tốt: Là một vật liệu cách điện tốt, PBT thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu tính cách điện cao, giúp ngăn ngừa sự dẫn điện và xung điện

- Khả năng chống hóa chất và nhiệt độ ổn định: PBT có khả năng chống hóa chất tốt, bao gồm các dung môi và dầu mỡ, đồng thời có thể chịu nhiệt độ cao lên đến khoảng 150-200C

mà không bị biến dạng

- Tính kết hợp và gia công tốt: PBT dễ dàng kết hợp với các sợi thủy tinh hoặc các hạt gia cường để cải thiện tính chất cơ học, đặc biệt là độ cứng và độ bền kéo Ngoài ra, nó cũng dễ dàng gia công bằng các phương pháp như ép phun, đùn hoặc đúc

- Ứng dụng đa dạng: Nhựa PBT được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như

ô tô (bao gồm các linh kiện trong động cơ, bên ngoài xe), điện tử (vỏ bọc cho các linh kiện điện tử), và các ứng dụng tiêu dùng khác như đồ gia dụng, thiết bị điện

Trang 30

- Tính năng gia công tốt: PBT có khả năng chế tạo sản phẩm có độ bóng cao và tinh xảo,

là lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm cần tính thẩm mỹ cao

Bằng cách kết hợp chất độn, vật liệu gia cố và phụ gia trong quá trình kết hợp, tính chất vật liệu có thể được điều chỉnh theo yêu cầu [23] Chất ổn định UV thường được sử dụng với PBT vì nó ít có màu và mang lại sự ổn định màu sắc tốt [19]

Mặc dù nhựa PBT có nhiều ưu điểm, nhưng cũng có một số nhược điểm cần được lưu ý:

- Dễ bị ảnh hưởng bởi ánh sáng UV: PBT không có khả năng chống UV tốt, do đó nếu được sử dụng ngoài trời hoặc dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp, nó có thể bị phai màu và giảm

đi tính bền màu [19]

- Khả năng co ngót và hút ẩm: PBT có khả năng co ngót khi tiếp xúc với nhiệt độ và ẩm

độ cao Điều này có thể dẫn đến biến dạng hoặc các vấn đề khác trong quá trình sử dụng, đặc biệt là ở các môi trường có nhiệt độ biến thiên lớn

- Độ dẻo hạn chế: So với một số loại nhựa khác như ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), PBT có độ dẻo hạn chế hơn, điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng chịu va đập của các sản phẩm sử dụng PBT [20]

Nhựa PBT được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và ứng dụng khác nhau nhờ vào các tính chất và đặc điểm của nó như độ bền, tính cơ học tốt và khả năng gia công dễ dàng Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của nhựa PBT [22]:

- Ứng dụng trong ngành điện tử: PBT được sử dụng nhiều trong lĩnh vực điện tử để làm

vỏ bọc cho các linh kiện điện tử như bộ nguồn, mạch in, bộ chuyển đổi, ổ cắm, bộ điều khiển, v.v Nhựa PBT có khả năng cách điện tốt và chịu được nhiệt độ cao, làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng yêu cầu tính an toàn và ổn định [21]

- Ứng dụng trong ngành ô tô: PBT được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô để sản xuất các linh kiện nội thất và ngoại thất như vỏ bọc, cấu trúc khung, ốp lưng ghế, tấm che nắng,

bộ điều khiển nhiệt độ, v.v Với tính năng chống hóa chất tốt và khả năng chịu va đập, PBT giúp tăng tính bền bỉ và thẩm mỹ của các phần tử trong xe hơi

- Ứng dụng trong ngành y tế: Trong lĩnh vực y tế, nhựa PBT được sử dụng để sản xuất các thiết bị y tế như vỏ bọc máy móc y tế, thiết bị y tế tiêu dùng, vỏ bọc sensor và thiết bị y tế di động Với khả năng kháng khuẩn và chịu nhiệt tốt, PBT là vật liệu lý tưởng cho các thiết bị y

tế cần độ tin cậy và sự an toàn cao

- Ứng dụng trong ngành công nghiệp gia dụng: PBT được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm gia dụng như các linh kiện trong đồ gia dụng, vỏ bọc thiết bị điện gia dụng, các phần

tử bên trong máy giặt, tủ lạnh, lò nướng, v.v Với khả năng chống hóa chất và bền bỉ, nhựa PBT giúp gia tăng tuổi thọ và hiệu suất của các sản phẩm gia dụng

Trang 31

- Ứng dụng trong công nghiệp khác: Ngoài các ngành công nghiệp chính như điện tử, ô

tô, y tế và gia dụng, PBT cũng được sử dụng trong các ứng dụng khác như sản xuất thiết bị chiếu sáng, linh kiện điện tử tiêu dùng, đồ chơi và các sản phẩm tiêu dùng khác

3.1.3 Lý thuyết về PA6

PA6 hay Polycaprolactam là loại polymer được phát triển bởi Paul Schlack và là một dạng polyamide bán kết tinh Không như những nylon khác, nylon 6 không hình thành từ quá trình ngưng tự polymer mà từ quá trình polymer hóa mở vòng Cùng với nylon 6,6; nylon 6 đóng góp một phần quan trọng trong công nghiệp sợi tổng hợp Công thức hóa học (C6H11NO)n với tên danh pháp Poly(hexano-6-lactam)

Hình 3.3: Công thức phân tử và hình dạng thực tế của hạt nhựa PA6

PA6 có nhiều tính chất vật lý tốt như:

- Độ bền cơ học cao: PA6 có độ bền kéo và độ cứng tốt, đồng thời cũng có khả năng chịu

va đập và mài mòn tốt, giúp nó phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tính chịu lực cao

- Khả năng chịu nhiệt và bền ngoài trời: Nylon 6 có thể chịu được nhiệt độ lên đến khoảng 120-150 C trong điều kiện lâu dài và có khả năng chống lại tác động của ánh sáng UV, làm cho nó thích hợp cho các ứng dụng ngoài trời

- Tính chất cách điện và khả năng chống hóa chất: PA6 có tính cách điện tốt và khả năng chống hóa chất vượt trội, không bị ăn mòn bởi nhiều dung môi và hóa chất hữu cơ

- Khả năng gia công và tạo hình: Nylon 6 dễ gia công và có thể được đúc ép, ép phun, ép trượt và thổi khuôn để tạo ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp và chi tiết nhỏ

- Tính linh hoạt và đa dạng ứng dụng: PA6 được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như ô tô (vỏ xe, linh kiện động cơ), công nghiệp điện tử (bộ phận nội dung máy tính, vỏ bọc thiết bị điện tử), công nghiệp gia dụng (dụng cụ nhà bếp, dụng cụ máy móc), y tế (linh kiện y tế), và trong các ứng dụng công nghiệp khác

- Khả năng tái chế: Nylon 6 có khả năng tái chế tương đối tốt, giúp giảm thiểu tác động đến môi trường và tài nguyên tự nhiên

Nhược điểm của nhựa PA6:

- Hấp thụ nước: PA6 có khả năng hấp thụ nước cao, điều này có thể làm giảm tính ổn định kích thước và tính chất cơ học của vật liệu trong môi trường có độ ẩm cao

Trang 32

- Độ bóng và màu sắc: PA6 tự nhiên không có độ bóng cao và có thể mất màu khi tiếp xúc với ánh sáng UV mà không được bảo vệ

Từ những đặc tính trên PA6 được ứng dụng vào nhiều ngành nghề như:

- Ngành công nghiệp ô tô: Vỏ bọc động cơ và phần ngoài của xe ô tô Linh kiện bên trong

xe như khung gầm, bộ phận nội thất, bộ điều khiển nhiệt độ Bộ phận của hệ thống truyền động và hệ thống treo

- Ngành công nghiệp điện tử: Vỏ bọc và linh kiện cho thiết bị điện tử như máy tính, máy

in, thiết bị điện tử tiêu dùng Bộ phận cơ khí chính xác trong các thiết bị điện tử

- Ngành công nghiệp gia dụng: Dụng cụ nhà bếp như lưỡi dao, khay nướng, bát đĩa Dụng

cụ máy móc gia dụng như máy xay sinh tố, máy cắt cỏ Linh kiện nội thất gia đình như khung rèm cửa, các chi tiết ghế sofa

- Ngành công nghiệp y tế: Linh kiện y tế như vỏ bọc máy móc y tế, dụng cụ y tế nhựa Thiết bị và linh kiện y tế di động như các phần tử của thiết bị chẩn đoán

- Ứng dụng trong công nghiệp hàng không và hàng không vũ trụ: Linh kiện trong các thiết

bị điện tử, máy móc và cơ cấu chính xác Vật liệu chịu nhiệt và kháng hóa chất trong môi trường khắc nghiệt

- Ngành công nghiệp khác: Linh kiện và thiết bị trong các hệ thống cấp nước và xử lý nước Linh kiện trong thiết bị thể thao và vận động

3.2 Vật liệu trộn hợp Polymer

3.2.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính vật liệu trộn hợp polymer

Trộn hợp polymer có thể được định nghĩa là một hỗn hợp của hai hoặc nhiều polymer, copolymer và giữa các polymer, copolymer đó không có liên kết đồng hóa trị [27] Trong một nghiên cứu của Rao, trộn hợp polymer là một hỗn hợp của hai hay nhiều polymer, trong đó hàm lượng của polymer thứ 2 không nhỏ hơn 2% [33]

Nhằm mục đích cải thiện những yếu điểm của nhựa PBT hay PA6 cũng như nhiều loại polymer khác thì phương pháp được sử dụng phổ biến và cũng được chứng minh đó là trộn hai hay nhiều loại polymer lại với nhau nhằm tạo ra một hỗn hợp có ưu điểm so với các polymer thành phần Đã có nhiều nghiên cứu chứng minh điều này

Trong nghiên cứu của W.R Hale và cộng sự về ảnh hưởng chất phụ gia và nhựa ABS đến tính chất của hỗn hợp PBT/ABS cho thấy ABS có khả năng tương thích và làm tăng độ cứng của hỗn hợp PBT/ABS Bên cạnh đó việc bổ sung các chất phụ gia giúp cải thiện sự phân tán ABS và làm giảm nhiệt độ chuyển tiếp dẻo-giòn cho hỗn hợp PBT/ABS [28]

Trong một nghiên cứu khác của Hansong Li và cộng sự về so sánh ba mạng dẫn điện giữa các bề mặt được hình thành từ hỗn hợp PA6/PBT chứa carbon đen Đã cho thấy ba loại mạng dẫn điện hiệu quả cao được hình thành trên cơ sở nội địa hóa bề mặt của carbon đen (CB)

Trang 33

trong hỗn hợp polyamide 6 (PA6/PBT) Bên cạnh đó vật liệu tổng hợp PA6/PBT-6 % thể tích

CB đều cho thấy độ bền kéo được cải thiện so với hỗn hợp PA6/PBT [29]

Trong bài nghiên cứu của Shulin Sun và các cộng sự, SEM cho thấy sự phân tán rất tốt của các hạt ABS-g-GMA trong hỗn hợp PBT/PC và kích thước pha phân tán của PC giảm do hiệu ứng tương hợp của ABS-g-GMA Các đặc tính cơ học cho thấy rằng việc bổ sung 10% trọng lượng ABS-g-GMA là đủ để tạo ra hiện tượng siêu bền đối với hỗn hợp PBT/PC và đạt được cường độ va đập hơn 1000 J/m [30]

Tuy nhiên, trong bài nghiên cứu này, nhóm chúng em sẽ tiến hành trộn PP với PBT/PA6, những cơ tính về sự pha trộn của ba loại chất này chưa có tính thiết thực và cũng chưa có nhiều báo cáo, và tính chính xác của hỗn hợp này đang được chứng minh Khả năng kết hợp của ba loại chất polymer này đang được chứng minh và sẽ xác định được rõ trong tương lai

3.2.2 Phân loại vật liệu trộn hợp polymer

Dưới đây là một số yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu polymer:

- Cấu trúc hình thái (thể hiện cấu trúc trên phân tử của vật liệu)

- Tính tương hợp (liên quan đến sự tạo thành pha tổ hợp ổn định và đồng thể từ hai hay nhiều loại polymer thành phần)

- Khả năng trộn hợp (liên quan đến khả năng trộn lẫn polymer thành phần trong những điều kiện nhất định tạo thành những tổ hợp đồng thể hoặc dị thể) Trong đó, tính tương hợp của các cấu tử thành phần có vai trò quan trọng trong việc quyết định tính chất của hỗn hợp polymer blend

- Ở một số loại polymer blend, các cấu tử có thể tự hòa trộn vào nhau tới mức độ phân tử

và cấu trúc này tồn tại ở trạng thái cân bằng, người ta gọi những hệ này là những hệ tương hợp về mặt nhiệt động học Những tổ hợp polymer trong đó tồn tại những pha khác nhau dù rất nhỏ (micro) gọi là tổ hợp không tương hợp

3.2.3 Xác định sự tương hợp hoặc không tương hợp của vật liệu trộn hợp polymer

Việc làm sao để biết 2 vật liệu polymer khác nhau có trộn hợp được với nhau hay không được đánh giá dựa trên khả năng hòa trộn (miscibility) và khả năng tương hợp (compatibility) của các polymer

Khả năng hòa trộn (miscibility) của các polymer thể hiện sự trộn hợp của các polymer ở mức độ phân tử và tạo thành hệ vật liệu polymer đồng thể, một pha [31] Khi đó, mức độ phân tán của một polymer trong polymer nền đạt kích thước phân tử hay kích thước nanomet Nhiều tính chất quan trọng và ưu điểm nổi trội của hỗn hợp polymer liên quan với đặc tính này của

hệ Khi các polymer thành phần không có khả năng trộn hợp về mặt nhiệt động, hệ các polymer sẽ xảy ra hiện tượng tách pha

Trang 34

Khả năng tương hợp (compatibility) của các polymer thể hiện khả năng trộn các polymer vào nhau bằng một biện pháp kỹ thuật hay công nghệ nào đó để tạo thành một hệ vật liệu polymer mới đáp ứng các chỉ tiêu đề ra như tăng cường các tính chất cơ lý, độ bền nhiệt, tính chất điện môi, độ bền dung môi…

Để đánh giá khả năng tương hợp của một hỗn hợp polymer thường được căn cứ vào các thông tin được tổng hợp từ nhiều phương diện khác nhau như quan sát bề mặt, cấu trúc hình thái học, năng lượng tương tác tự do giữa các polymer, tính chất điện, tính chất cơ lý, tính chất nhiệt, tính chất quang, khả năng hòa tan Dưới đây là một số phương pháp được sử dụng phổ biến [12]:

+ 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 polymer:

Để đánh giá sự tương hợp của các polymer, đo độ nhớt của 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 hỗn hợp polymer

so với độ nhớt của polymer thành phần Trong trường hợp này, hai polymer không có khả năng tương hợp Ngược lại, khi các đại phân tử của hai polymer có tương tác hóa học và vật

lý, kích thước phân tử cũng như độ nhớt của dung dịch polymer tăng lên Trong trường hợp này, hai polymer có khả năng tương hợp một phần

+ 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 độ đục/độ mờ Nhờ xác định điểm đục hay điểm mờ của hỗn hợp polymer có thể vẽ được đường cong điểm mờ theo thành phần hỗn

Trang 35

hợp polymer Điểm mờ chính là nhiệt độ mà ở đó cường độ tán xạ ánh sáng thay đổi bất ngờ

Sự mờ hay đục chính là kết quả của tán xạ ánh sáng do sự tách pha của polymer

+ Phương pháp dựa vào hình ảnh tổ chức tế vi quan sát từ kính hiển vi điện tử:

Phương pháp ảnh hiển vi điện tử rất thích hợp để nghiên cứu hình thái cấu trúc của polymer blend Nó là công cụ quan trọng để xác định mức độ tương hợp của các polymer trong polymer blend Dựa vào ảnh tổ chức tế vi của hỗn hợp Polymer, 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 polymer trong polymer blend Các phương pháp phổ biến để xác định hình thái cấu trúc của polymer blend là phương pháp quét bằng kính hiển vi điện tử (SEM), hiển vi điện tử truyền qua (TEM)…

+ Phương pháp dựa vào momen xoắn của polymer 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 nhiệt độ nóng chảy:

Nếu hỗn hợp polymer thu được giữ nguyên nhiệt độ nóng chảy của các polymer thành phần thì các polymer này không tương hợp Nếu hỗn hợp polymer thu được có nhiệt độ nóng chảy chuyển dịch so với các nhiệt độ nóng chảy của các polymer ban đầu thì sự tương hợp không hoàn toàn Nếu hỗn hợp polymer chỉ có một nhiệt độ nóng chảy nhất định là sự tương hợp hoàn toàn

+ Phương pháp quan sát hình dạng bên ngoài của sản phẩm thu được ở trạng thái nóng chảy:

Nếu các tấm mỏng thu được bị mờ thì các polymer không tương hợp Nếu tấm mỏng thu được trong suốt thì các polymer có thể tương hợp

+ Phương pháp dựa vào chiều dày bề mặt tiếp xúc giữa hai pha polymer:

Khi đặt các màng polymer lên nhau và gia nhiệt tới nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của chúng, nếu hai polymer tương hợp thì chiều dày bề mặt tiếp xúc hai pha sẽ giảm theo thời gian

3.2.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu trộn hợp polymer

Những tính chất của vật liệu trộn hợp Polymer được quyết định bởi sự tương hợp của các polymer thành phần trong hỗn hợp polymer Từ những kết quả nghiên cứu được người ta đã đưa ra những nguyên nhân làm ảnh hưởng đến khả năng tương hợp của hỗn hợp polymer như sau [32]:

Trang 36

+ Bản chất hóa học và cấu trúc phân tử của các polymer

+ Khối lượng phân tử và sự phân bố của khối lượng phân tử

3.2.5 Các phương pháp chế tạo vật liệu trộn hợp polymer

Việc tạo ra các vật liệu trộn hợp polymer, ngoài việc tạo ra loại vật liệu có tính chất mới thì ngoài ra còn cần các lý do đến từ thực tiễn như là yêu cầu kĩ thuật, cơ tính của sản phẩm, giá thành vật liệu tạo ra

Đối với các polymer có bản chất hóa học giống nhau sẽ dễ phối hợp với nhau còn những polymer khác nhau về cấu tạo hóa học cũng như độ phân cực sẽ khó trộn hợp với nhau Trong trường hợp này ta phải dùng các chất làm tương hợp Mặt khác, trong vật liệu tổ hợp, cấu tử kết tinh một phần làm tăng độ bền hóa chất, độ bền hình dạng dưới nhiệt độ và độ bền mài mòn Phần vô định hình làm tăng độ ổn định kích thước cũng như độ bền nhiệt với tải trọng Một số phương pháp chế tạo vật liệu trộn hợp polymer:

* Chế tạo vật liệu trộn hợp polymer ở trạng thái nóng chảy:

Phương pháp này kết hợp các yếu tố cơ – nhiệt, cơ – hóa và tác động cưỡng bức lên các polymer thành phần, phụ gia Thiết bị trộn hợp (blend hóa) các polymer ở trạng thái nóng chảy là các thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo (máy ép đùn, máy ép phun…) Để tạo được polymer blend có tính chất mong muốn người ta thường tối ưu hóa các thông số công nghệ như thời gian sấy nguyên liệu trước khi trộn, nhiệt độ, tốc độ, thời gian trộn… sản phẩm thu được từ phương pháp này thường tồn tại ứng suất dư, là cho sản phẩm có xu hướng tự tách pha, chống lại sự cưỡng bức của quá trình gia công Do vậy cần có thời gian để vật liệu “tự điều chỉnh” trạng thái [33]

* Chế tạo vật liệu trộn hợp polymer từ dung dịch trộn hợp polymer:

Yêu cầu của phương pháp này là các polymer thành phần phải hòa tan tốt với nhau trong cùng một dung môi hoặc trong các dung môi có khả năng trộn lẫn với nhau Có thể kèm theo quá trình khuấy ở nhiệt độ cao và gia nhiệt trong thời gian dài để tạo điều kiện cho các polymer

Trang 37

phân tán vào nhau tốt hơn Sau khi thu được màng polymer blend cần phải đuổi hết dung môi bằng các phương pháp khác nhau (sấy ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp) tránh để màng bị rạn nứt, bị phân hủy nhiệt hay phân hủy oxy hóa nhiệt [28]

* Chế tạo vật liệu trộn hợp polymer từ hỗn hợp latex polymer:

Phần lớn các sản phẩm polymer trùng hợp trong nhũ tương tồn tại dưới dạng latex có môi trường phân tán là nước Quá trình trộn các latex dễ dàng và polymer thu được có hạt phân tán đều vào nhau [34]

Nhược điểm của phương pháp này là khó tách hết các chất nhũ hóa, các phụ gia như nước

ra khỏi polymer blend Vì vậy các tính chất cơ, lý, hóa, nhiệt, điện của polymer blend giảm

đi [34]

3.2.6 Ưu điểm và ứng dụng của vật liệu trộn hợp polymer

* Một số ưu điểm của vật liệu trộn hợp polymer:

- Tạo ra được vật liệu có tính chất mới một cách nhanh chóng, tiết kiệm được kinh phí, thời gian so với việc nghiên cứu để tạo ra một vật liệu mới vì có thể sử dụng những vật liệu

đã được tạo ra trước đó

- Vật liệu trộn hợp polymer hội tụ các tính chất nổi bật hoặc nâng cao các tính chất có sẵn

ở các polymer thành phần do đó mà nó đáp ứng được những yêu cầu kĩ thuật và cơ tính của hầu như tất các sản phẩm của các ngành công nghiệp khác nhau

- Vật liệu trộn hợp polymer được tạo ra giúp giảm giá thành của vật liệu, cải thiện tính chất của polymer thành phần nhờ vậy mà các sản phẩm được tạo ra sẽ có giá thành rẻ hơn và

cơ tính, tính chất tốt hơn

* Một số ứng dụng:

Vật liệu trộn hợp polymer được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật trong đời sống hằng ngày Tùy vào yêu cầu kỹ thuật, hay đặc tính của sản phẩm mà yêu cầu mỗi loại polime hay hỗn hợp polymer khác nhau từ đó mà yêu cầu về các vật liệu trộn hợp mới ngày càng cao Từ những đặc trưng riêng của từng loại polymer mà được ứng dụng vào nhiều mặt khác nhau trong đời sống:

- PPS/PTFE có khả năng chống chịu hóa chất được ứng dụng trong sản xuất van, lớp lót

- PBT/Elastome có tính bền và chống hóa chất được sử dụng trong các chi tiết bên ngoài

xe, dụng cụ thể thao

- PA/PE bền hóa chất, bền ở nhiệt độ cao, trơn được ứng dụng trong sản xuất bình xăng

xe, bình chứa, ổ bánh xe, then cài cửa nhanh

- ABS/PA bền hóa chất, bền hình dạng, tính bền được ứng dụng trong phụ tùng ngoài ô

tô, bộ phận nối

Trang 38

- POM/Elastome có tính bền và bền hóa chất được ứng dụng trong sản xuất bánh răng, bộ truyền động của cơ cấu mở cửa xe

- Poly metyl acrilat và poly metyl metacrilat là những polymer rắn, không màu được điều chế bằng cách trùng hợp các este tương ứng Chúng thường được dùng để sản xuất các tấm, màng, làm keo dán, da nhân tạo…

3.3 Công nghệ tạo hạt nhựa

Công nghệ chế tạo hạt nhựa là một quy trình quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất

và vật liệu, bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau từ sản xuất nguyên liệu thô đến tạo hình và hoàn thiện sản phẩm Dưới đây là mô tả tổng quan về các bước cơ bản trong quy trình chế tạo hạt nhựa:

- Chuẩn bị nguyên liệu: Các nguyên liệu thô, chủ yếu là dầu mỏ và khí thiên nhiên, được chuyển đổi thành các monomer (các phân tử nhỏ) thông qua quá trình cracking

- Polymer hóa: Các monomer sau đó được polymer hóa để tạo thành polymer Quá trình này có thể được thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau như polymer hóa nhiệt, polymer hóa xúc tác, và polymer hóa gốc tự do

- Tạo hạt nhựa: Polymer sau khi được hình thành sẽ được chuyển qua các máy đùn để tạo thành các sợi nhựa Sau đó, sợi nhựa này được làm nguội và cắt thành các hạt nhỏ, thường được gọi là hạt nhựa nguyên sinh

- Chất phụ gia: Trong quá trình tạo hạt, các chất phụ gia như chất tạo màu, chất ổn định nhiệt, chất chống oxy hóa, và các chất làm dẻo có thể được thêm vào để cải thiện các tính chất

cơ học và hóa học của hạt nhựa

- Hoàn thiện và đóng gói: Hạt nhựa sau khi được tạo ra sẽ được sàng lọc, kiểm tra chất lượng, và đóng gói để chuẩn bị cho quá trình vận chuyển và sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau

Trang 39

Hình 3.4: Máy tạo hạt nhựa (máy ó)

Công nghệ chế tạo hạt nhựa liên tục được cải tiến để nâng cao hiệu quả, giảm chi phí sản xuất, và tối ưu hóa các tính chất của sản phẩm cuối cùng Việc sử dụng các chất liệu tái chế

và phát triển các loại nhựa sinh học cũng đang là xu hướng quan trọng nhằm giảm tác động môi trường của ngành công nghiệp này

3.4 Công nghệ ép phun và máy ép phun

Máy ép nhựa (Injection molding machine) hay còn được gọi là máy ép phun, máy ép keo

là loại máy được sử dụng phổ biến trong các dây chuyền ứng dụng công nghệ ép phun Máy

có tác dụng cố định khuôn đóng trong suốt quá trình đẩy nhựa nóng chảy bằng áp lực phun vào lõi khuôn Lúc này, nhựa sẽ lấp đầy lòng khuôn và sau khi được làm nguội, sản phẩm sẽ được đẩy ra ngoài thông qua hệ thống lõi

Hình 3.5: Máy ép nhựa trục ngang

Máy ép nhựa hoạt động giống như một kim tiêm Đầu tiên, nhựa (dạng bột hoặc dạng hạt)

sẽ được đưa vào phễu chứa Tiếp theo, nhựa sẽ được làm nóng chảy bởi các thanh gia nhiệt

Trang 40

và chuyển thành thể lỏng Lúc này, toàn bộ nhựa lỏng sẽ được dẫn lên phía trước nhờ trục vít Đồng thời, trục vít sẽ lùi về sau để tạo ra khoảng trống cho nhựa chảy vào phía trước đầu phun Nhờ áp lực đẩy của trục vít (không xoay), nhựa nóng chảy sẽ được bơm vào khuôn Sau khi khuôn đã chứa đầy nhựa, hệ thống làm mát sẽ chuyển nhựa từ thể lỏng sang thể rắn

và làm nguội sản phẩm Phần kẹp khuôn di động sẽ mở khuôn ra một khoảng và đẩy sản phẩm

ra ngoài

Hình 3.6: Cấu tạo của máy ép nhựa

Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động của máy ép nhựa trục ngang

Tương tự máy ép nhựa trục ngang, máy ép nhựa trục đứng có nguyên lý hoạt động như máy ép nhựa trục ngang Máy ép nhựa trục đứng ngày càng được ưa chuộng bởi khả năng tối

ưu hóa không gian sản xuất và hiệu quả vận hành cao Thiết bị này không chỉ mang lại lợi ích đáng kể trong việc sản xuất các sản phẩm nhựa chất lượng cao mà còn đảm bảo tính năng động và linh hoạt cho các doanh nghiệp trong ngành công nghiệp hiện đại

Máy ép nhựa trục đứng là một loại máy ép nhựa được thiết kế để các bộ phận khuôn và vòi phun nằm dọc theo trục trung tâm Kiểu máy này thường được sử dụng trong sản xuất các

Tiêu đề	Nghiên Cứu Chế Tạo Vật Liệu Polybutylene Terephthalate/Polyamide 6/Polypropylene Từ Phế Thải Bàn Chải Đánh Răng Bằng Công Nghệ Ép Phun
Tác giả	Lê Tấn Chung, Đặng Trung Nhân, Lê Minh Hiếu
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	139
Dung lượng	16,45 MB