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
GIỚI THIỆU
Lý do chọn đề tài
Sự phát triển của thế giới đi kèm với ô nhiễm môi trường từ các nhà máy và khu công nghiệp, đặc biệt là tại các nước đang phát triển như Việt Nam Việc xử lý chất thải từ sản xuất và rác thải sinh hoạt là vấn đề cấp thiết Đặc biệt, việc đốt và xả thải ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường Do đó, tái chế phế liệu trở thành một vấn đề được quan tâm Trong sản xuất bàn chải đánh răng, phần lông thừa chứa sợi Polybutylene terephthalate (PBT) và Polyamide-6 (PA6) cần được phân loại và tái chế Sợi PA6 được ưu tiên tái chế hơn do giá thành cao hơn Nhóm nghiên cứu đã chọn nhựa PA6 và PBT nguyên sinh để thay thế cho sợi PBT trong thí nghiệm nhằm nâng cao hiệu quả tái chế.
Hình 1.1: Phần lông của bàn chải đánh răng
Trong bối cảnh hiện nay, môi trường sống đang đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là từ việc sản xuất và tiêu thụ nhựa trong đời sống hàng ngày Mỗi ngày, hàng nghìn tấn chất thải, trong đó có nhiều loại nhựa, được thải ra môi trường Để giảm thiểu rác thải và tiết kiệm chi phí cho các nhà máy, việc tái chế và sử dụng lại vật liệu nhựa là rất cần thiết Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào việc tái chế hai loại nhựa PBT và PA6, mà còn bổ sung Polypropylene (PP) vào hỗn hợp nhằm nâng cao cơ tính của hỗn hợp PP/PBT/PA6.
2 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 loại nhựa kỹ thuật nhiệt dẻo nổi bật với độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt, ổn định kích thước và kháng hóa chất, lý tưởng cho ngành ô tô, điện tử, điện gia dụng và dệt may Tuy nhiên, PBT có nhược điểm như dễ bị suy giảm tính chất khi tiếp xúc với tia UV, dễ bị thủy phân ở nhiệt độ cao, chi phí sản xuất cao và độ dai va đập thấp hơn một số nhựa khác Ứng dụng phổ biến của PBT bao gồm sản xuất bộ nối điện, vỏ bọc động cơ, chi tiết nhựa trong ngành ô tô, linh kiện điện tử và vải kỹ thuật trong dệt may.
Nhựa PA6 là một loại nhựa kỹ thuật phổ biến, nổi bật với độ bền cơ học cao, độ đàn hồi tốt và khả năng chịu mài mòn cùng kháng hóa chất hiệu quả Mặc dù có nhiều ưu điểm, PA6 cũng gặp phải một số nhược điểm như độ hút ẩm cao, gây ra sự thay đổi kích thước và tính chất cơ học khi tiếp xúc với độ ẩm, cũng như nhiệt độ chịu nhiệt thấp hơn so với một số loại nhựa khác PA6 được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các chi tiết kỹ thuật trong ngành ô tô, như bánh răng và trục, cũng như trong các linh kiện điện tử, đồ gia dụng, và ngành dệt may để sản xuất sợi tổng hợp cho vải và thảm.
Nhựa PP là một loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến với nhiều ưu điểm như độ bền cơ học tốt, khả năng chống hóa chất, bền nhiệt và tái chế cao Nó cũng có tính năng cách điện tốt và trọng lượng nhẹ, giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển Tuy nhiên, nhựa PP dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với tia UV, chịu va đập kém ở nhiệt độ thấp và độ bền kéo không cao bằng một số loại nhựa kỹ thuật khác Ứng dụng của nhựa PP rất đa dạng, bao gồm quần áo, dụng cụ phẫu thuật, mô hình 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
Sự kết hợp giữa PA6 và PBT mang lại những ưu điểm vượt trội, với PA6 có độ dai va đập cao và PBT có độ bền kéo cao, mặc dù chi phí sản xuất vẫn là một yếu tố đáng lưu ý Nghiên cứu đã chỉ ra nhược điểm của hỗn hợp PBT/PA6, và phương pháp trộn hợp được xem là giải pháp phổ biến và tiết kiệm chi phí để cải thiện chúng Mặc dù có nhiều nghiên cứu về hỗn hợp này, nhưng vẫn chưa khai thác đầy đủ các khía cạnh cơ tính Việc sử dụng PA6 cũng giúp giảm trọng lượng của PBT, mang lại lợi ích cho các ứng dụng điện tử Sự kết hợp giữa PP, PA6 và PBT có thể tạo ra vật liệu hiệu suất cao, mở ra nhiều tiềm năng và khả năng sử dụng mới trong tương lai.
Tính cấp thiết của đề tài
Trong bối cảnh nóng lên toàn cầu và ô nhiễm môi trường gia tăng do khí thải và chất thải công nghiệp, việc cải thiện chất lượng sống và sức khỏe con người trở nên cấp thiết Đề tài nghiên cứu của chúng tôi nhằm góp phần vào việc cải thiện môi trường sống Đối với các doanh nghiệp, tái chế phế thải nhựa không chỉ giúp tiết kiệm chi phí xử lý rác thải mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất Trong lĩnh vực khoa học, việc phát triển hỗn hợp polymer mới là nền tảng cho những nghiên cứu tiếp theo Hỗn hợp polymer PP/PBT/PA6 hứa hẹn mang lại hiệu suất cao, mở rộng khả năng ứng dụng của PP trong sản xuất sản phẩm mới với chi phí hợp lý.
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” tập trung vào việc phân tích cơ tính và cấu trúc vi mô của mẫu thử PBT/PA6, PP và các mẫu hỗn hợp PP/PBT/PA6 Nghiên cứu này không chỉ cung cấp nguồn tư liệu tham khảo cho các tác giả trong nước mà còn cho các nghiên cứu quốc tế Việc tìm hiểu ảnh hưởng của PP đến hỗn hợp PP/PBT/PA6 mở ra hướng nghiên cứu mới về việc bổ sung chất thứ ba nhằm cải thiện cơ tính của hỗn hợp Ngoài ra, nghiên cứu còn giải quyết vấn đề xử lý phế phẩm công nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cắt giảm chi phí cho doanh nghiệp, đồng thời giúp sinh viên phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề, tìm kiếm tài liệu và viết bài báo khoa học.
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:
Chúng tôi đã phát triển một loại composite mới với các đặc tính cơ tính vượt trội, bao gồm độ bền kéo, độ bền uốn và khả năng chống va đập được cải thiện đáng kể so với polymer ban đầu.
- Tìm ra tỷ lệ mang nhiều đặc tính tối ưu nhất để ứng dụng vào các sản phẩm thực tế trong đời sống
- Nghiên cứu về sự tương hợp của hỗn hợp PP/PBT/PA6.
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 là những bước quan trọng trong việc đánh giá tính chất cơ học và cấu trúc của các vật liệu này Việc phân tích các chỉ tiêu này giúp xác định khả năng ứng dụng của từng loại hỗn hợp trong thực tế.
- Phân tích, đưa ra lý giải về lý do dẫn đến sự thay đổi ở kết quả thu được.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, độ cứng và tổ chức tế vi của mẫu polypropylene (PP) cùng với hai hỗn hợp PBT/PA6 và PP/PBT/PA6 Mục tiêu là đánh giá các đặc tính cơ học và cấu trúc vi mô của các mẫu vật liệu này.
Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát các mẫu sau quá trình ép phun với nhiệt độ khuôn cố định Các mẫu được phân tích có tỷ lệ từ 0% đến 100% PP trong hỗn hợp PP/PBT/PA6 Cơ tính của các mẫu sẽ được đo trên máy đo chuyên dụng để đánh giá hiệu suất và chất lượng của chúng.
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
TỔNG QUAN
Tổng quan về PP
Nhựa PP có những cơ tính tốt:
PP có độ bền cơ học cao, khả năng chịu va đập và mài mòn tốt, cùng với tính đàn hồi và độ cứng vừa phải, giúp nó không dễ bị biến dạng trong quá trình sử dụng.
- 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 có cơ tính tốt đã được kết hợp với nhiều loại nhựa khác nhau nhằm nâng cao đặc tính của chúng Nghiên cứu của Sankar Das và Arvind Kumar chỉ ra rằng sự kết hợp giữa PP và LDPE làm giảm độ giãn nở của LDPE trong PP, đồng thời cải thiện độ dày, độ đàn hồi, hiệu quả uốn, mô đun linh hoạt và độ cứng Hơn nữa, theo nghiên cứu của Sihama E Salih và các đồng nghiệp, sự kết hợp giữa 80% PP và 20% HDPE mang lại độ bền kéo, độ cứng, tốc độ biến dạng và mô đun biến dạng cao hơn so với tỷ lệ 80% PP và 20% LDPE.
Qua những sự kết hợp này, có thể nhận thấy rằng polypropylene (PP) có khả năng kết hợp với nhiều loại nhựa chất lượng, giúp nâng cao cơ tính của hỗn hợp.
Tổng quan về PBT và PA6
PBT là một loại polymer nổi bật với độ bền, độ cứng cao và khả năng chống va đập tốt, đồng thời nhẹ giúp tiết kiệm chi phí Tuy nhiên, PBT cũng gặp phải nhược điểm như độ co ngót cao và khả năng chống thủy phân kém, điều này hạn chế ứng dụng của nó trong các điều kiện làm việc cụ thể Để khắc phục, nhiều nhà nghiên cứu đã kết hợp PBT với các chất độn như polycarbonate và thủy tinh, nhằm cải thiện tính chất vật liệu Chất ổn định UV như benzotriazole được sử dụng để duy trì màu sắc và ổn định cho PBT Nhờ vào những đặc tính vượt trội, PBT được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, điện - điện tử và y tế, đồng thời có khả năng cách điện tốt và chịu nhiệt cao, phù hợp với các yêu cầu an toàn và ổn định Các nghiên cứu về kỹ thuật composite đã cho thấy tiềm năng nâng cao tính chất cơ học của PBT.
PA6 là nhựa kỹ thuật nổi bật trong các ứng dụng yêu cầu tính chất cơ lý cao, với độ cứng, khả năng chống nứt, va đập và mài mòn tốt, cùng đặc tính cách điện phù hợp Nhờ vào những ưu điểm này, PA6 được ứng dụng rộng rãi trong thiết bị điện, phụ tùng cơ khí, thiết bị vận tải và ngành dệt may Tuy nhiên, PA6 có nhược điểm là khả năng hấp thụ nước đáng kể, ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước và tính chất điện Để khắc phục vấn đề này, nhiều nhà nghiên cứu đã phát triển PA6 thành vật liệu composite, tận dụng tính chất vượt trội ở nhiệt độ cao và chi phí thấp Trong số các phương pháp cải thiện tính chất của polymer, phương pháp trộn được ưa chuộng nhờ hiệu quả cao và chi phí thấp.
Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Sự phát triển của thế giới và nhu cầu gia tăng đã làm cho việc sử dụng nhựa trong nhiều ngành công nghiệp và đời sống trở nên thiết yếu, đặc biệt ở các nước đang phát triển như Việt Nam Quản lý chất thải, đặc biệt là chất thải nhựa, đóng vai trò quan trọng do việc xử lý không đúng cách có thể góp phần vào hiệu ứng nhà kính và nóng lên toàn cầu Các nhà máy và khu công nghiệp cần ưu tiên chiến lược xử lý chất thải hiệu quả, tập trung vào các vật liệu như PBT, PA6 và PP, vốn phổ biến trong cuộc sống hàng ngày và sản phẩm công nghiệp Chất thải nhựa vẫn là mối đe dọa lớn do quá trình phân hủy khó khăn, vì vậy việc kết hợp các vật liệu nhựa có thể giúp giảm lượng rác thải nhựa thải ra môi trường Nghiên cứu này nhằm mục tiêu xem xét khả năng kết hợp ba vật liệu nhựa này.
PP là nhựa nhiệt dẻo phổ biến, nổi bật với tính chất cơ học tốt, khả năng kháng hóa chất và chịu nhiệt độ cao Được tổng hợp từ monome propylene qua quá trình trùng hợp, PP có hai dạng chính: homopolyme và copolyme, mỗi loại mang đặc điểm và ứng dụng riêng Nhựa PP có độ bền kéo, độ cứng và khả năng chống va đập tốt, nhưng trở nên giòn ở nhiệt độ thấp Với khả năng kháng nhiều loại hóa chất như axit và kiềm, PP có điểm nóng chảy cao (khoảng 160-170°C), phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu khả năng chịu nhiệt Nó cũng có khả năng chống lại các yếu tố môi trường như độ ẩm và bức xạ tia cực tím PP được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất bao bì nhựa, bao bì thực phẩm, túi xách, màng, cũng như các bộ phận ô tô như cản xe và bảng điều khiển Trong lĩnh vực y tế, PP được sử dụng để sản xuất ống tiêm, hộp đựng thuốc và các sản phẩm y tế khác, cùng với các sản phẩm gia dụng như đồ chơi, đồ dùng nhà bếp và văn phòng.
PBT là nhựa có cơ tính tốt nhưng độ giòn cao, dẫn đến khả năng chịu va đập thấp Để cải thiện tính chất này, vật liệu trộn hợp PP/PBT/PA6 đã được phát triển Nghiên cứu của L Zare và cộng sự cho thấy, khi kết hợp 70% PP và 30% PBT, cùng với việc điều chỉnh các thông số trong quá trình tạo hạt, độ dai va đập của hỗn hợp PP/PBT được cải thiện đáng kể.
Nghiên cứu của Hongrui Li và cộng sự chỉ ra rằng khả năng tương hợp giữa PBT và PA6 là khá kém Tuy nhiên, khi thêm PP vào hỗn hợp như một chất gia cường, kết quả cho thấy sự cải thiện rõ rệt; cụ thể, cơ tính của hỗn hợp tăng lên khi hàm lượng PP trong đó cao hơn.
Khi kết hợp ba hợp chất PP, PBT và PA6, có thể tạo ra một vật liệu với tính chất cơ học vượt trội, khả năng chịu lực và chịu nhiệt cao, đồng thời vẫn duy trì sự linh hoạt và giảm chi phí sản xuất.
Sự kết hợp giữa PP, PBT và PA6 đã được ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô, điện tử và hàng tiêu dùng nhờ vào hiệu quả giảm chi phí sản xuất Việc phối hợp cả ba loại nhựa này có thể tạo ra hợp chất với khả năng ứng dụng cao hơn cho sản phẩm nhựa Tuy nhiên, hiện chưa có thông tin cụ thể về tỷ lệ tối ưu của PP trong hỗn hợp để đạt được các tính chất cơ học tốt nhất Do đó, thí nghiệm này được thực hiện nhằm đánh giá và xác định tỷ lệ PP tối ưu cần thiết cho hiệu suất cơ học tối ưu trong hỗn hợp.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lý thuyết về Polymer
PP, hay polypropylen, là một loại nhựa nhiệt dẻo polymer có độ cứng, dai và kết tinh, được sản xuất từ monome propene Polypropylen lần đầu tiên được polyme hóa vào năm 1954 bởi nhà hóa học Karl Rehn và Giulio Natta, tạo ra polyme đồng vị kết tinh Với công thức hóa học (C3H6)n, nhựa PP được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
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, khả năng chịu va đập và mài mòn tốt Vật liệu này có tính đàn hồi và độ cứng vừa phải, giúp nó không dễ bị biến dạng trong quá trình sử dụng.
- 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-
120C 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 hiện nay sử dụng polypropylene (PP) phổ biến để sản xuất túi bao bì mềm cho thực phẩm, đồ uống, sản phẩm gia dụng, đồ chơi và hàng tiêu dùng khác Với đặc tính không thấm nước và khả năng chịu mài mòn tốt, PP trở thành lựa chọn hàng đầu trong lĩnh vực đóng gói.
Chai lọ đựng hóa chất được sản xuất từ nhựa PP nhờ vào khả năng chịu hóa chất tốt và độ bền cao với nhiều loại dung môi.
Ngành công nghiệp ô tô sử dụng PP để sản xuất các linh kiện nội thất như cốp xe, ốp cửa, cản trước và cản sau nhờ vào tính chịu va đập tốt và khả năng chịu nhiệt ổn định của vật liệu này.
Ngành y tế sử dụng PP để sản xuất nhiều sản phẩm quan trọng như dụng cụ y tế một lần, chai đựng dược phẩm, vỏ bọc thiết bị y tế và đồ dùng cá nhân Với khả năng không gây dị ứng và chống lại vi khuẩn, PP trở thành lựa chọn hàng đầu trong lĩnh vực này.
Ngành công nghiệp điện tử sử dụng PP để sản xuất linh kiện cho thiết bị điện tử, bao gồm vỏ bọc linh kiện, bộ phận cơ khí chính xác và các bộ phận cách điện nhờ vào tính chịu nhiệt và khả năng cách điện vượt trội của nó.
Polypropylene (PP) là một loại nhựa phổ biến trong đời sống hàng ngày, được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm tiêu dùng như đồ dùng gia đình, bao gồm đồ nhựa trong bếp, hộp đựng và khay xếp Ngoài ra, PP còn được sử dụng trong sản xuất đồ chơi trẻ em, ghế xếp và vỏ máy tính xách tay, mang lại sự tiện lợi và đa dạng cho người tiêu dùng.
PBT, or polybutylene terephthalate, is a thermoplastic crystalline polymer and a type of polyester developed by Britain's Imperial Chemical Industries (ICI) Its chemical formula is (C12H12O4)n, and it is officially known by its IUPAC name, 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 (Polybutylene Terephthalate) sở hữu đặc tính cơ học và khả năng chịu nhiệt tốt, kháng dung môi hiệu quả, độ cứng cao và thời gian chu kỳ ngắn trong quá trình ép phun Do đó, PBT thường được ứng dụng trong các lĩnh vực 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:
PBT sở hữu độ bền cơ học vượt trội với khả năng chịu kéo và độ cứng cao, giúp vật liệu này chống lại các tác động và va đập hiệu quả mà không bị biến dạng hay vỡ.
PBT là một vật liệu cách điện xuất sắc, lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi tính cách điện cao, giúp ngăn chặn hiện tượng dẫn điện và xung điện hiệu quả.
PBT nổi bật với khả năng chống hóa chất tuyệt vời, bao gồm khả năng kháng lại các dung môi và dầu mỡ Ngoài ra, vật liệu này có thể chịu được nhiệt độ cao lên đến 150-200C mà không bị biến dạng, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp.
PBT có khả năng kết hợp tốt với sợi thủy tinh và hạt gia cường, giúp nâng cao tính chất cơ học như độ cứng và độ bền kéo Ngoài ra, PBT cũng dễ dàng gia công qua các phương pháp như ép phun, đùn và đúc.
Nhựa PBT được ứng dụng đa dạng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm ô tô với các linh kiện động cơ và bên ngoài xe, điện tử với vỏ bọc cho linh kiện điện tử, cùng với các sản phẩm tiêu dùng như đồ gia dụng và thiết bị điện.
Vật liệu trộn hợp Polymer
3.2.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính vật liệu trộn hợp polymer
Trộn hợp polymer là sự kết hợp của hai hoặc nhiều polymer và copolymer mà không có liên kết đồng hóa trị Theo nghiên cứu của Rao, trộn hợp polymer bao gồm ít nhất hai polymer, trong đó hàm lượng của polymer thứ hai không được dưới 2%.
Để khắc phục nhược điểm của nhựa PBT, PA6 và các loại polymer khác, phương pháp trộn hai hoặc nhiều loại polymer đã được chứng minh là hiệu quả Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp này tạo ra hỗn hợp polymer với các ưu điểm vượt trội so với các thành phần riêng lẻ.
Nghiên cứu của W.R Hale và cộng sự chỉ ra rằng chất phụ gia và nhựa ABS có ảnh hưởng tích cực đến tính chất của hỗn hợp PBT/ABS, với ABS không chỉ tăng cường độ cứng mà còn cải thiện khả năng tương thích Việc bổ sung các chất phụ gia cũng giúp nâng cao sự phân tán của ABS và giảm nhiệt độ chuyển tiếp dẻo-giòn trong hỗn hợp này.
Nghiên cứu của Hansong Li và cộng sự đã so sánh ba loại mạng dẫn điện được hình thành từ hỗn hợp PA6/PBT có chứa carbon đen Kết quả cho thấy ba mạng dẫn điện này có hiệu quả cao nhờ vào việc nội địa hóa bề mặt của carbon đen (CB).
13 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]
Nghiên cứu của Shulin Sun và các cộng sự chỉ ra rằng SEM cho thấy sự phân tán tốt của các hạt ABS-g-GMA trong hỗn hợp PBT/PC, với kích thước pha phân tán của PC giảm nhờ hiệu ứng tương hợp của ABS-g-GMA Đặc biệt, việc bổ sung 10% trọng lượng ABS-g-GMA đủ để tạo ra hiện tượng siêu bền cho hỗn hợp PBT/PC, đạt cường độ va đập vượt quá 1000 J/m.
Trong nghiên cứu này, nhóm chúng tôi sẽ trộn PP với PBT và PA6, nhằm khảo sát cơ tính của sự pha trộn ba loại polymer này Hiện tại, chưa có nhiều báo cáo về tính thiết thực của hỗn hợp này, và độ chính xác của nó đang được kiểm chứng Khả năng kết hợp của ba loại chất polymer này sẽ được làm 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 của polymer là yếu tố quyết định trong việc hình thành các tổ hợp đồng thể hoặc dị thể dưới những điều kiện nhất định Tính tương hợp giữa các cấu tử thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất của hỗn hợp polymer blend.
Trong một số loại polymer blend, các cấu tử có thể hòa trộn ở mức độ phân tử và duy trì trạng thái cân bằng, được gọi là hệ tương hợp về mặt nhiệt động học Ngược lại, những tổ hợp polymer có sự hiện diện của các pha khác nhau, dù rất nhỏ, được gọi là tổ hợp không tương hợp.
3.2.3 Xác định sự tương hợp hoặc không tương hợp của vật liệu trộn hợp polymer
Để xác định xem hai vật liệu polymer khác nhau có thể trộn lẫn được hay không, cần đánh giá khả năng hòa trộn (miscibility) và khả năng tương hợp (compatibility) của chúng.
Khả năng hòa trộn (miscibility) của các polymer là yếu tố quan trọng trong việc tạo ra hệ vật liệu polymer đồng thể, cho phép các polymer trộn lẫn ở mức độ phân tử Sự phân tán của một polymer trong polymer nền đạt kích thước phân tử hoặc nanomet, ảnh hưởng đến nhiều tính chất và ưu điểm của hỗn hợp polymer Khi các polymer không có khả năng trộn hợp về mặt nhiệt động, hiện tượng tách pha sẽ xảy ra trong hệ thống polymer.
Khả năng tương hợp của các polymer là khả năng trộn lẫn chúng để tạo ra vật liệu polymer mới với các tính chất cải thiện như độ bền cơ lý, nhiệt độ chịu đựng, và tính chất điện môi Để đánh giá khả năng tương hợp, cần xem xét nhiều yếu tố như bề mặt, cấu trúc hình thái học, năng lượng tương tác giữa các polymer, cũng như các tính chất điện, cơ lý, nhiệt, quang và khả năng hòa tan Một số phương pháp phổ biến để đánh giá khả năng tương hợp này bao gồm phân tích bề mặt và đo lường các tính chất vật lý.
+ Phương pháp dựa trên nhiệt độ thủy tinh hóa:
Nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) của polymer là nhiệt độ tại đó polymer chuyển từ trạng thái cứng, giòn sang mềm, dễ uốn Tg phản ánh sự linh động và mềm dẻo của các phân tử polymer Để xác định Tg, người ta thường sử dụng các phương pháp như xác định thể tích riêng, modun đàn hồi, nhiệt lượng vi sai quét (DSC) và phân tích cơ nhiệt động (DMTA).
Xác định nhiệt độ chuyển tiếp kính (Tg) của polymer là yếu tố quan trọng để đánh giá sự tương hợp giữa các polymer khác nhau Nếu trong một hỗn hợp polymer xuất hiện hiện tượng tách biệt, điều này cho thấy các polymer không tương hợp và có hiện tượng tách pha Ngược lại, nếu Tg của hỗn hợp nằm trong khoảng Tg của hai polymer thành phần và sự chênh lệch giữa Tg của chúng không quá lớn, điều này cho thấy sự hòa trộn tốt giữa các polymer.
2 polymer đó tương hợp hoàn toàn
Phương pháp đánh giá sự tương hợp của polymer thông qua việc đo độ nhớt là rất quan trọng, giúp dự đoán khả năng tương hợp giữa các polymer Khi các polymer hòa tan trong một dung môi chung, sự tương tác đẩy có thể dẫn đến việc co rút các bó và cuộn của đại phân tử, làm giảm độ nhớt của hỗn hợp so với độ nhớt của từng polymer thành phần, cho thấy hai polymer không tương hợp Ngược lại, nếu có sự tương tác hóa học và vật lý giữa các đại phân tử, kích thước phân tử và độ nhớt của dung dịch polymer sẽ tăng lên, cho thấy rằng hai polymer có khả năng tương hợp một phần.
+ Phương pháp giản đồ pha:
Xây dựng giản đồ pha của polymer dựa trên tỷ lệ các polymer thành phần là phương pháp hiệu quả để đánh giá khả năng tương hợp của chúng Qua đó, có thể xác định các polymer có mức độ tương hợp tốt, tương hợp một phần hoặc không tương hợp Để thực hiện việc này, người ta thường dựa vào độ đục hoặc độ mờ của hỗn hợp Việc xác định điểm đục hay điểm mờ cho phép vẽ đường cong điểm mờ theo thành phần hỗn hợp polymer.
15 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:
Công nghệ tạo hạt nhựa
Công nghệ chế tạo hạt nhựa là quy trình thiết yếu trong ngành hóa chất và vật liệu, bao gồm nhiều giai đoạn từ sản xuất nguyên liệu thô đến tạo hình và hoàn thiện sản phẩm Quy trình này bao gồm các bước cơ bản như chuẩn bị nguyên liệu, gia nhiệt, tạo hình và kiểm tra chất lượng, đảm bảo sản phẩm hạt nhựa đạt tiêu chuẩn cao.
Chuẩn bị nguyên liệu là bước quan trọng trong quá trình sản xuất, trong đó các nguyên liệu thô như dầu mỏ và khí thiên nhiên được chuyển đổi thành các monomer thông qua quá trình cracking.
Polymer hóa là quá trình biến đổi các monomer thành polymer thông qua nhiều phương pháp khác nhau Các phương pháp này bao gồm polymer hóa nhiệt, polymer hóa xúc tác và polymer hóa gốc tự do, mỗi phương pháp có những đặc điểm và ứng dụng riêng.
Quá trình tạo hạt nhựa bắt đầu khi polymer được hình thành và chuyển qua máy đùn để tạo thành các sợi nhựa Sau đó, các sợi nhựa này được làm nguội và cắt thành những hạt nhỏ, thường được biết đến với tên gọi hạt nhựa nguyên sinh.
Trong quá trình sản xuất hạt nhựa, việc sử dụng các chất phụ gia như chất tạo màu, chất ổn định nhiệt, chất chống oxy hóa và chất làm dẻo là rất quan trọng Những chất này không chỉ giúp cải thiện các tính chất cơ học mà còn nâng cao các đặc tính hóa học của hạt nhựa, từ đó tăng cường hiệu suất và độ bền của sản phẩm cuối cùng.
Hạt nhựa sau khi sản xuất sẽ trải qua quy trình sàng lọc và kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt, sau đó được đóng gói cẩn thận để sẵn sàng cho việc vận chuyển và ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Hình 3.4: Máy tạo hạt nhựa (máy ó)
Công nghệ sản xuất hạt nhựa đang không ngừng được cải tiến để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí sản xuất Xu hướng sử dụng nguyên liệu tái chế và phát triển nhựa sinh học ngày càng trở nên quan trọng, giúp giảm thiểu tác động môi trường của ngành công nghiệp nhựa.
Công nghệ ép phun và máy ép phun
Máy ép nhựa, còn gọi là máy ép phun hay máy ép keo, là thiết bị quan trọng trong công nghệ ép phun Máy này có chức năng cố định khuôn trong quá trình phun nhựa nóng chảy vào lõi khuôn dưới áp lực Khi nhựa lấp đầy lòng khuôn và được làm nguội, sản phẩm cuối cùng sẽ được đẩy ra ngoài qua hệ thống lõi.
Hình 3.5: Máy ép nhựa trục ngang
Máy ép nhựa hoạt động giống như một kim tiêm, bắt đầu với việc đưa nhựa dạng bột hoặc hạt vào phễu chứa Sau đó, nhựa sẽ được làm nóng chảy nhờ các thanh gia nhiệt.
Quá trình sản xuất nhựa bắt đầu khi nhựa được gia nhiệt và chuyển thành thể lỏng, sau đó được dẫn lên phía trước nhờ trục vít Trục vít lùi lại để tạo khoảng trống cho nhựa chảy vào đầu phun, và nhờ áp lực đẩy của trục vít, nhựa nóng chảy được bơm vào khuôn Khi khuôn đầy nhựa, hệ thống làm mát sẽ chuyển nhựa từ thể lỏng sang thể rắn và làm nguội sản phẩm Cuối cùng, phần kẹp khuôn di động mở khuôn 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
Máy ép nhựa trục đứng hoạt động tương tự như máy ép nhựa trục ngang, nhưng ngày càng được ưa chuộng hơn nhờ khả năng tối ưu hóa không gian sản xuất và hiệu quả vận hành cao Thiết bị này mang lại lợi ích đáng kể trong việc sản xuất sản phẩm nhựa chất lượng cao, đồng thời đảm bảo tính năng động và linh hoạt cho các doanh nghiệp trong ngành công nghiệp hiện đại.
Máy ép nhựa trục đứng là thiết bị chuyên dụng với thiết kế cho phép các bộ phận khuôn và vòi phun sắp xếp dọc theo trục trung tâm Loại máy này thường được sử dụng phổ biến trong quy trình sản xuất các sản phẩm nhựa.
21 sản phẩm nhựa kết hợp với insert kim loại, bao gồm phích cắm, bàn chải, linh kiện nhựa kỹ thuật và các sản phẩm khác như silicon, bakelit, đế giày Máy được thiết kế nhỏ gọn và dễ sử dụng, phù hợp với nhiều không gian sản xuất khác nhau.
Hình 3.8: Máy ép nhựa trục đứng
- Hiệu quả: Máy cho phép sản xuất chính xác với ít lỗi, đồng thời tiết kiệm nguyên liệu và năng lượng
- Đa năng: Có thể sử dụng cho nhiều loại nhựa và mẫu mã sản phẩm khác nhau
- Tiết kiệm không gian: Do thiết kế dọc giúp tiết kiệm không gian lắp đặt
- Dễ dàng bảo trì và vận hành,
Các phương pháp đánh giá cơ tính
Trong nghiên cứu này sử dụng 04 phương pháp dùng để đánh giá cơ tính của hỗn hợp PP/PBT/PA6 như sau [35]:
Đo độ bền kéo là quá trình xác định khả năng chịu lực kéo của vật liệu thông qua việc tạo ra mẫu thử theo tiêu chuẩn quy định Hai loại tiết diện phổ biến trong đo độ bền kéo là tiết diện tròn và tiết diện hình chữ nhật Khi thực hiện thí nghiệm, chiều dài mẫu sẽ tăng dần trong khi tiết diện ngang giảm, cho đến khi đạt đến giới hạn nhất định, tại đó ứng suất và lực kéo đạt giá trị tối đa Sau giai đoạn này, mẫu có thể bị đứt gãy hoặc kéo dãn Ứng suất kéo được tính theo công thức cụ thể để đánh giá độ bền của vật liệu.
F: lực kéo lớn nhất ứng với lúc mẫu bị thắt (N)
A0: diện tích tiết diện chỗ thắt (mm 2 ) σ: giới hạn ứng suất Độ biến dạng tỉ đối được xác định bằng công thức: ε =|l − l 0 | l 0 =∆l l 0
Trong đó: l: chiều dài thanh sau kéo (mm) l 0 : chiều dài thanh ban đầu (mm) ε: độ biến dạng tỉ đối
Mô-đun Young được xác định bằng công thức:
Trong đó: σ: giới hạn ứng suất (N mm⁄ 2 ) ε: độ biến dạng tỉ đối
Hình 3.9: Nguyên lý hoạt động của máy đo độ bền kéo
Độ bền uốn là khả năng của vật liệu chống lại biến dạng khi chịu tải, được đánh giá qua các tiêu chuẩn như ISO 178 và ASTM D970 Công thức tính ứng suất uốn được xác định là: σ f = 3FL.
F: Lực phương thẳng đứng tại điểm gãy (N)
L: chiều dài dầm (mm) b: chiều rộng của mẫu (mm) d: độ dày của mẫu (mm)
Hình 3.10: Mô tả cách tính ứng suất biến dạng uốn
Mô-đun uốn được xác định bằng công thức:
F: Lực phương thẳng đứng tại điểm gãy (N) b: chiều rộng của mẫu (mm) d: độ dày của mẫu (mm) δ: độ lệch (mm)
Biến dạng uốn được xác định bằng công thức: ε f =6δd
L: chiều dài dầm (mm) d: độ dày của mẫu (mm) δ: độ lệch (mm)
Hình 3.11: Nguyên lý hoạt động của máy đo độ bền uốn
* Đo độ dai va đập: Đối với độ dai va đập thì kích thước mẫu và phương pháp được thống nhất như sau:
- Mẫu Charpy dùng kích thước mẫu 10x10x55 mm và khi thử phải ngàm 2 đầu mẫu trên máy
Mẫu Izod được thiết kế với kích thước 10x10x75 mm và có rãnh chữ V sâu 2 mm, với khoảng cách 28 mm từ một đầu và được gắn cố định tại đầu này trên máy Độ dai va đập của mẫu được xác định thông qua công thức: a k = A.
A: là công để phá hỏng mẫu (N.m)
F: là diện tích mặt cắt ngang của mẫu tại chỗ xẻ rãnh V (m 2 )
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo độ dai va đập
Đo độ cứng là quá trình so sánh độ cứng của vật liệu thử nghiệm với một vật liệu tiêu chuẩn Có nhiều phương pháp đo độ cứng khác nhau, mỗi phương pháp phù hợp với từng loại vật liệu cụ thể Một số phương pháp phổ biến bao gồm phương pháp đo độ cứng Vickers, Brinell và Rockwell.
PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM
Các tỷ lệ của hỗn hợp nhựa được sử dụng trong thí nghiệm
Hỗn hợp hạt nhựa PBT/PA6 và PP/PBT/PA6 sử dụng phương pháp tạo hạt được trộn theo tỷ lệ như bảng 4.1
Bảng 4.1: Tỷ lệ hỗn hợp nhựa PP/PBT/PA6
Tên mẫu PP (wt.%) PBT (wt.%) PA6 (wt.%)
Nhóm chọn tỷ lệ này để nghiên cứu sự ảnh hưởng của PP đến hỗn hợp PBT/PA6 là do:
PBT/PA6 nổi bật với độ bền, độ cứng tương đối cao, khả năng chịu nhiệt và hóa chất tốt, cùng với khả năng tạo hình dễ dàng Những đặc điểm này giúp cải thiện cơ tính, mang lại các đặc tính mong muốn cho sản phẩm.
Trong nghiên cứu của Baolong Wang và cộng sự, các tỷ lệ gần tương tự đã được áp dụng để khảo sát đặc tính cơ học và dòng chảy của HDPE (High-Density Polyethylene) thông qua phương pháp tạo hạt và ép phun Kết quả cho thấy khả năng cải thiện cơ tính cho hỗn hợp HDPE/PBT/PA6, cho thấy việc sử dụng các tỷ lệ như trong bảng 4.1 là hoàn toàn khả thi cho nghiên cứu về cơ tính của hỗn hợp này.
Chuẩn bị vật liệu
Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm:
- PBT được cung cấp từ công ty Tacoma với mã nhựa là PBT – TC BN60 có xuất xứ từ Việt Nam của hãng nhựa Bình An (Việt Nam)
- Nhựa PP được nhà cung cấp nhựa Trường Thông mua, với mã nhựa là PP-5704 PR, do công ty Sabic ở Ả Rập Saudi sản xuất
- PA6 được cung cấp từ công ty TNHH MoSuCo với mã nhựa là PA6-N140 có xuất xứ từ Hồng Kong của hãng nhựa LiBoLon (Đức)
Hình 4.1: Hình ảnh thực tế hạt nhựa: a) PBT, b) PA6, c) PP a) b) c)
Hình 4.2: a) Bao nhựa PBT, b) PA6, c) PP
Quá trình ép phun mẫu thử
Bước 1: Tạo hạt nhựa PBT-PA6
- Trộn bằng tay hỗn hợp nhựa PBT-PA6 với tỉ lệ 50/50
- Đưa hỗn hợp đã trộn vào máy trộn
- Đợi sản phẩm từ máy trộn nguội sau đó đưa vào máy băm để tạo hạt
Hình 4.4: a) Máy tạo hạt (máy ó), b) Máy băm
Bước 2: Trộn nhựa theo tỷ lệ như bảng 4.2 và sấy nhựa
- Phơi nhựa PP nguyên sinh ngoài trời ở nhiệt độ khoảng 39 °C trong khoảng 4 giờ
- Phơi hỗn hợp nhựa PBT-PA6 ngoài trời ở nhiệt độ khoảng 39 °C trong khoảng 3 giờ
- Nhựa sau quá trình sấy phải đảm bảo độ ẩm nhỏ hơn hoặc bằng 0.02 %
Bảng 4.2: Tỷ lệ khối lượng các tỷ lệ trộn của hỗn hợp PBT/PA6
Tỷ lệ (%) Khối lượng (g) Tổng khối lượng (g)
PP PBT/PA6 PP PBT/PA6
Hình 4.5: Trục đứng máy ép phun
Hình 4.6: Gá khuôn sử dụng cho việc ép phun
Hình 4.7: Khuôn ép mẫu thử độ bền uốn
Hình 4.8: Khuôn ép mẫu thử độ bền kéo
Hình 4.9: Khuôn ép mẫu thử độ bền va đập có rãnh V
Bước 4: Tiến hành ép phun
- Ép phun mẫu PBT/PA6 ở nhiệt độ 255 °C (do nhiệt độ nóng chảy của nhựa PBT và PA6 là 220℃ - 250 ℃)
- Ép phun các của hỗn hợp PP/PBT/PA6 ở 219 °C (do nhiệt độ nóng chảy của nhựa PP là 160℃ - 240℃)
Hình 4.10: Bảng điều khiển máy ép phun
Đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638
ASTM là viết tắt của "American Society for Testing and Materials", hiện nay được gọi là
ASTM International là một tổ chức tiêu chuẩn quốc tế có trụ sở tại Mỹ, chuyên phát triển và công bố các tiêu chuẩn kỹ thuật cho nhiều ngành khác nhau.
ASTM quản lý hơn 12,000 tiêu chuẩn toàn cầu, đảm bảo chất lượng, độ an toàn và sự tương thích cho các sản phẩm và quy trình sản xuất Các tiêu chuẩn này được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm vật liệu xây dựng, hóa chất, dầu khí, y tế và điện tử Trong số đó, các phương pháp thử kéo là một trong những phương pháp quan trọng được sử dụng để đánh giá tính chất của vật liệu.
● ASTM-D638 - Phương pháp thử tiêu chuẩn đối với các đặc tính của nhựa
● ASTM-D412 - Phương pháp tiêu chuẩn cho cao su lưu hóa và chất đàn hồi
Phương pháp ASTM-D882 là tiêu chuẩn kiểm tra tính chất kéo của tấm nhựa mỏng, trong khi ISO-1421 xác định độ bền kéo và độ giãn dài của vải bọc cao su hoặc plastic Cả hai tiêu chuẩn này đều đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng vật liệu, đảm bảo tính bền vững và hiệu suất trong ứng dụng thực tế.
● ISO-37 - Cao su lưu hóa hoặc nhựa nhiệt dẻo - Xác định tính căng của ứng suất
Hình 4.12: Kích thước của mẫu đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638
Hình 4.13: Mẫu chuẩn bị để kiểm tra độ bền kéo
Theo tiêu chuẩn ASTM D638, mỗi tỷ lệ yêu cầu 5 mẫu, dẫn đến tổng cộng 25 mẫu cần đo Trước khi tiến hành đo, các mẫu cần được làm sạch và được đo trong môi trường có nhiệt độ 23 ± 2 °C và độ ẩm 50 ± 5%.
Máy đo độ bền kéo Testometric:
Hình 4.14: Máy đo độ bền kéo Testometric
Thiết bị đo độ bền kéo của vật liệu là sản phẩm nổi bật của Testometric Company Ltd., một nhà sản xuất hàng đầu chuyên cung cấp các giải pháp kiểm tra vật liệu và thử nghiệm độ bền kéo.
Máy đo độ bền kéo Testometric là thiết bị phổ biến trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển sản phẩm, cũng như kiểm tra chất lượng Nó được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không, xây dựng và sản xuất vật liệu.
Các bước tiến hành thí nghiệm:
Bước 1: Thiết lập các thông số máy trước khi kiểm tra độ bền kéo
Bước 2: Đặt mẫu vào hàm kẹp và kẹp chặt mẫu lại bằng hệ thống khí nén
Bước 4: Ghi nhận kết quả
Bước 5: Gỡ mẫu ra khỏi ngàm kẹp
Hình 4.15: Hình ảnh các mẫu trước và sau khi đo độ bền kéo
Đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790
Hình 4.16: Kích thước mẫu đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790
Hình 4.17: Hình ảnh thực tế mẫu trước khi đo độ bền uốn
Theo tiêu chuẩn ASTM D790, để đảm bảo độ chính xác cao, cần kiểm tra ít nhất 5 mẫu cho mỗi tỷ lệ, tổng cộng là 30 mẫu cho 6 tỷ lệ Trước khi tiến hành đo, các mẫu cần được làm sạch và được đo trong môi trường có nhiệt độ 23 ± 2 °C và độ ẩm 50 ± 5 %.
Máy đo độ bền uốn:
Hình 4.18: Máy thử sức bền vạn năng Shimadzu Autograph AG-X Plus
Máy thử sức bền vạn năng Shimadzu Autograph AG-X Plus, do Shimadzu Corporation sản xuất, là thiết bị hàng đầu trong lĩnh vực thử nghiệm vật liệu Đây là một trong những dòng máy nổi tiếng của Shimadzu, được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và công nghiệp để đo lường độ bền, độ dẻo và các tính chất cơ học của vật liệu.
Máy thử sức bền vạn năng Shimadzu Autograph AG-X Plus được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như ô tô, hàng không, sản xuất vật liệu, y tế, điện tử và nghiên cứu khoa học Sản phẩm này giúp đảm bảo chất lượng và phát triển vật liệu mới hiệu quả.
Các bước tiến hành thí nghiệm:
Bước 1: Đặt chi tiết lên máy
Hình 4.19: Mẫu được gá đặt lên máy trong quá trình đo độ bền uốn
Bước 3: Ghi nhận kết quả
Bước 4: Lấy mẫu ra khỏi máy
Hình 4.20: Mẫu trước và sau khi đo độ bền uốn
Đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256
Hình 4.21: Kích thước của mẫu đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256
Hình 4.22: Hình ảnh thực tế của mẫu trước khi đo độ dai va đập
Theo tiêu chuẩn ASTM D256, để đảm bảo độ chính xác cao, cần kiểm tra ít nhất 5 mẫu ở mỗi tỷ lệ, tổng cộng là 25 mẫu cho 5 tỷ lệ Trước khi tiến hành đo, mẫu cần được làm sạch và thực hiện trong môi trường có nhiệt độ 23 ± 2 °C và độ ẩm 50 ± 5 %.
Máy đo độ dai va đập:
Hình 4.23: Máy đo độ dai va đập Tinius Olsen IT504
Máy đo độ dai và độ va đập Tinius Olsen IT504 là thiết bị chuyên dụng để kiểm tra độ bền và tính chất cơ học của vật liệu Tinius Olsen, một trong những nhà sản xuất hàng đầu thế giới về thiết bị thử nghiệm vật liệu, cung cấp sản phẩm IT504 nhằm đáp ứng nhu cầu kiểm tra độ dai và độ va đập.
Máy đo độ dai và độ va đập Tinius Olsen IT504 là thiết bị thiết yếu trong việc kiểm tra chất lượng và phát triển vật liệu mới, góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy cho các sản phẩm công nghiệp.
Các bước tiến hành thí nghiệm:
Bước 1: Gá mẫu vào ngàm kẹp sau đó kẹp chặt
Hình 4.24: Gá mẫu lên máy đo độ dai va đập
Bước 3: Ghi nhận kết quả
Bước 4: Gỡ mẫu ra khỏi máy
Đo độ cứng theo tiêu chuẩn ASTM D2240
Sử dụng mẫu đo độ uốn để đo độ cứng
Mẫu trước khi đo cần làm sạch và đo ở môi trường có nhiệt độ 23 ± 2 °C, độ ẩm 50±5 % Đồng hồ đo độ cứng:
Hình 4.26: Thiết bị đo độ cứng Shore D
Thiết bị đo độ cứng Shore D được thiết kế cho các vật liệu cứng như nhựa và ebonite, tuân theo tiêu chuẩn ASTM D2240 và ISO 868 Shore D được phân loại thành hai loại, tương tự như thang đo Shore A.
- Loại A được sử dụng cho các vật liệu mềm hơn
- Loại D được sử dụng cho các vật liệu cứng hơn
Khi kiểm tra độ cứng durometer cho Shore D, cần sử dụng thanh thép cứng với đầu nhọn hình nón 30° và bán kính 0,1 mm, khác với thử nghiệm Shore A sử dụng hình nón 35° cắt ngắn có đường kính 0,79 mm Sự khác biệt này liên quan đến kích thước vết lõm, phụ thuộc vào lực cần thiết để xuyên qua vật liệu Vật liệu Shore A mềm hơn và yêu cầu ít điểm cấu trúc hơn để thụt vào so với vật liệu Shore D.
Các bước tiến hành thí nghiệm:
Để đo độ cứng, đầu tiên đặt mẫu thử lên bề mặt phẳng, cứng và nằm ngang Tiếp theo, giữ thiết bị đo ở vị trí thẳng đứng và áp đế ép lên mẫu thử một cách nhanh chóng nhưng không đột ngột, đảm bảo đế ép song song với bề mặt mẫu Cuối cùng, tạo áp lực vừa đủ để đảm bảo sự tiếp xúc chắc chắn giữa đế ép và mẫu thử.
Bước 2: Sau vài giây đọc thang đo của thiết bị hiển thị
Bước 3: Thực hiện 10 phép đo độ cứng trên mẫu thử tại các vị trí khác nhau cách nhau ít nhất 6 mm và tính giá trị trung bình
Quan sát tổ chức tế vi
Quan sát tổ chức tế vi trên bề mặt đứt gãy của mẫu đo va đập sau quá trình đo
Hình 4.27: Bề mặt của mẫu đo va đập sau quá trình đo
Thiết bị được sử dụng để quan sát tổ chức tế vi là kính hiển vi điện tử HITACHI TM4000Plus
Hình 4.28: Kính hiển vi điện tử HITACHI TM4000Plus
HITACHI TM4000Plus là thiết bị tiên tiến, dễ sử dụng, với độ phân giải và độ tương phản cao, mang lại hình ảnh sắc nét và độ sâu tiêu cự lớn Thiết bị này cho phép xác định nhanh chóng sự phân bố của các nguyên tố, đồng thời giảm thiểu thời gian chuẩn bị mẫu.
- Độ phóng đại: 10x-100.000x (photographic magnification) và 25x-250.000x (monitor display magnification)
- Gia tốc điện áp: 5 kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV
- Tín hiệu hình ảnh: Electron tán xạ ngược, Electron thứ cấp, Hỗn hợp (Electron tán xạ ngược + Electron thứ cấp)
- Sample stage traverse: X: 40 mm, Y: 35 mm
- Cỡ mẫu tối đa: 80 mm (đường kính), 50 mm (độ dày) a)PP0 b)PP70 c)PP80 d)PP90 e)PP100
- Hệ thống phát tín hiệu: Máy dò BSE 4 đoạn có độ nhạy cao, Máy dò SE chân không độ nhạy cao (UVD)
- Bơm chân không: Bơm phân tử Turbo: 67 L/s×1 đơn vị, Bơm màng: 20 L/phút×1 đơn vị
Một số khả năng của HITACHI TM4000Plus:
- Hình ảnh có độ phân giải cao và độ phóng đại từ 25x đến 250.000x
- Tối ưu kết quả bằng cách điều chỉnh dòng điện đầu dò và điều chỉnh điện áp (lên đến 20kV)
- Quan sát độ tương phản rõ ràng với máy dò Electron thứ cấp (SE) chuyên dụng
- Xác định sự thay đổi thành phần trong mẫu vật bằng máy đo điện tử tán xạ ngược (BSE)
- Kiểm tra các mẫu lớn hoặc nhiều mẫu nhờ bàn và buồng lớn (mẫu có đường kính lên tới 80mm và chiều cao 50mm)
- Nhanh chóng điều hướng mẫu bằng camera điều hướng tích hợp và bàn cân có động cơ
- Quan sát rõ hơn về cấu trúc hóa học với khả năng vi phân tích tia X (EDX), bao gồm lập bản đồ nhanh
- Tự động hóa kính hiển vi và phân tích dữ liệu với các tùy chọn thu nhận đa trường và phân tích hạt và phân tích pha tự động
- Thêm khả năng phát hiện nâng cao như STEM hoặc Cathodoluminescence
4.9 Xác định chỉ số nóng chảy MFI
Chỉ số nóng chảy MFI (Melt Flow Index) là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ nhớt của nhựa nóng chảy, thường được áp dụng để xác định khả năng chế biến của nhựa trong các quy trình như ép phun.
MFI, hay chỉ số nóng chảy của nhựa, thường được biểu thị bằng số như "MFI 10 g/10 min" Chỉ số này cho biết số gram nhựa có thể chảy qua một lỗ kim có đường kính chuẩn trong khoảng thời gian 10 phút, ở nhiệt độ tiêu chuẩn 190 °C.
MFI, hay chỉ số nóng chảy, là một chỉ số quan trọng để xác định khả năng chảy của nhựa qua khuôn ép trong quy trình sản xuất Việc hiểu rõ MFI giúp lựa chọn vật liệu phù hợp và điều chỉnh quy trình sản xuất nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng Để đo lường MFI, người ta sử dụng máy đo chỉ số dòng chảy nóng chảy, bao gồm một thùng được làm nóng, khuôn ở một đầu và piston để tác động lên mẫu vật liệu.
Quá trình đo Melt Flow Index (MFI) bắt đầu bằng việc đặt một khối nhựa đã biết vào thùng và đun nóng đến nhiệt độ cụ thể Tiếp theo, một tải trọng không đổi được áp dụng lên piston để ép nhựa nóng chảy qua khuôn Lượng nhựa chảy ra trong khoảng 10 phút sẽ được ghi nhận là giá trị MFI Các điều kiện thử nghiệm như nhiệt độ, tải trọng và đường kính khuôn có thể thay đổi tùy thuộc vào loại và tính chất của nhựa MFI có thể được đo bằng cách sử dụng phương pháp Melt Flow Rate.
(MFR) hoặc Melt Volume Rate (MVR) Các tiêu chuẩn phổ biến nhất được sử dụng là ISO
MFR và MVR là hai chỉ số quan trọng trong việc đo độ nhớt của polymer, với MFR được biểu thị bằng gam trên 10 phút (g/10 phút) và MVR bằng centimet khối trên 10 phút (cm3/10 phút) Giá trị MFI cao cho thấy polymer có độ nhớt và trọng lượng phân tử thấp.
Hình 4.29: Quy trình đo chỉ số lưu lượng MFI
Chuẩn bị 300-400 gram nhựa mẫu PP80 theo tiêu chuẩn ASTM D1238-23, thực hiện đo ở nhiệt độ 230℃ với tải trọng 2.16 Kg bằng máy LR-A001-A Trước khi tiến hành, cần đảm bảo môi trường đo có nhiệt độ ổn định ở mức 23±2 °C và độ ẩm tương đối từ 50-55%.