Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh có độ bền va đập cao và trong suốt điện từ ứng dụng cho hệ thống bay không người lái

B GIÁO DO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ MẠNH CƢỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT EPOXY GIA CƢỜNG BẰNG SỢI THỦY TINH CÓ ĐỘ BỀN VA ĐẬP CAO VÀ TRONG SUỐT ĐIỆN TỪ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG BAY KHÔNG NGƢỜI LÁI LUN ÁN TI THUT HOÁ HC Hà Nội-2015 B GIÁO DO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Mạnh Cƣờng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT EPOXY GIA CƢỜNG BẰNG SỢI THỦY TINH CÓ ĐỘ BỀN VA ĐẬP CAO VÀ TRONG SUỐT ĐIỆN TỪ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG BAY KHÔNG NGƢỜI LÁI Chuyên ngành: Vt liu cao phân t và t hp Mã s: 62440125 LUN ÁN TI THUT HOÁ HC NG DN KHOA HC: 1. TS. NGUYN THANH LIÊM 2. TS. NGUYN VIT THÁI Hà Nội-2015 LỜI CAM ĐOAN  các kt qu nghiên cu trong lun án này là ca tôi và hoàn toàn trung thc, không sao chép, trùng lp vi bt kì ai khác. Các kt qu nghiên cu c công b  bt k công trình nghiên cu nào khác. Hà Ni, ngày tháng  ng dn Tác gi TS. Nguyn Thanh Liêm TS. Nguyn Vit Thái nh ng LỜI CÁM ƠN u tiên tôi xin gi li cám c ti GS. TSKH Tr Di  t, Thn ngi tung dn tôi nhng kin thng ngay t nhu b ng. Tôi xin gi nhng li tri ân sâu sc nht ti TS. Nguyn Thanh Liêm và TS. Nguyn Vit Thái, các Thy ng dnng, to mi u kin thun li nht giúp tôi hoàn thành lun án này. á  ca Ban giám hiu Tng Hc vin K thut Quân s, các Thy Cô khoa Hoá-Lý K thut-Hc vin K thut Quân s, các Thy Cô Trung tâm Nghiên cu vt liu Polyme-i hc Bách khoa Hà Ni. Cui cùng tôi xin chân thành cá   ng viên và khích l ca bn bè, c bih o nim tin giúp tôi phu hc tp và hoàn thành công trình khoa hc này. Tác gi ng MỤC LỤC DANH MC CÁC KÝ HIU VÀ CH VIT TT i DANH MC CÁC BNG iv DANH MC CÁC HÌNH  TH vi M U 1 1. TNG QUAN 4 1.1. Nhựa nền epoxy 4 1.1.1. Gii thiu chung 4 1.1.2a nha epoxy 4 1.1.3n nha epoxy 5 1.1.4. Bia epoxy 13 1.2. Nâng cao tính dai và độ bền va đập cho vật liệu compozit 20 1.3. Một số loại nguyên liệu có khả năng nâng cao tính dai và độ bền va đập cho vật liệu polyme compozit 21 1.3.1. Cao su t nhiên lng epoxy hoá 21 1.3.2. Du lanh epoxy hoá 23 1.3.3. Thiokol 27 1.4. Tính chất điện từ của vật liệu compozit gia cƣờng bằng sợi thuỷ tinh 29 2. THC NGHIM 31 2.1. Nguyên vật liệu và hóa chất 31 2.2. Phân tích hóa học và hóa lý 33 ng nhóm epoxy 33 ng nhóm mecaptan SH 34 ng chn DETA 35 nh m n 35  nht Brookfield 36 2.3. Tổng hợp hóa học và quy trình chế tạo vật liệu 36 2.3.1. Tng hp adduct t thiokol và nha epoxy DER331 36 2.3.2. Quy trình ch to pha nn 36 2.3.3. Quy trình ch to vt liu compozit epoxy gia ng bng si thu tinh 37 2.4. Các phƣơng pháp phân tích cấu trúc và tính chất vật liệu 37 p nh kính hin t quét (SEM) và kính hin vi phát x ng (FESEM) 37 2.4.2. Phân tích nhit trng TGA 38 ng DMTA 38  hng ngoi (FTIR) 39 c ký thm thu gel (GPC) 39 ng t ht nhân 1 HNMR 39 2.5. Các phƣơng pháp xác định tính chất cơ học của vật liệu 40 2.5.1.  bn kéo 40 2.5.2.  bn un 40 2.5.3.  bp Izod 40 2.5.4. H s ng sut tp trung ti hn K IC 40 ng phá hy tách lp G IC , G IP 42 2.6. Phƣơng pháp xác định tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cƣờng bằng sợi thủy tinh 45  truyn t 45 nh hng s a vt ling bng si thy tinh bng t n 46 3. KT QU VÀ THO LUN 48 3.1. Ảnh hƣởng của các chất biến tính nhựa epoxy: cao su tự nhiên lỏng epoxy hoá (ENR), dầu lanh epoxy hóa (ELO) và thiokol đến các tính chất cơ học của vật liệu compozit epoxy gia cƣờng bằng sợi thuỷ tinh 48 3.1.1. ng cng ENR, ELO và thiokol n m n, th nht ca nha epoxy DER331 48 3.1.2. Kho sát ng cng ENR, ELO và thiokol n các tính chc nha epoxy DER331 50 3.1.3. ng cng ENR, ELO và thiokol ti tính cht nhit ca nha epoxy DER331 62 3.1.4. Vt liu compozit epoxy có b sung cht bin tính ENR, ELO, thiokol gia ng bng si thu tinh 67 3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của adduct trên cơ sở thiokol và nhựa epoxy DER331 tới các tính chất cơ học của nhựa epoxy DER331 và vật liệu compozit epoxy gia cƣờng bằng sợi thủy tinh 78            thiokol và nha epoxy DER331 79 3.2.2. ng cng adduct ti các tính chhc ca nha epoxy DER331 82 3.2.3. ng ca t l mol mecaptan/Epoxy tng hp adduct khác nhau ti các tính chc ca nha epoxy DER331 85 3.2.4. ng ca adduct ti tính chc ca vt liu compozit epoxy ng bng si thy tinh. 87 3.3. Ảnh hƣởng của các loại chất biến tính nhựa epoxy: ENR, ELO, thiokol và adduct tới các tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cƣờng bằng sợi thủy tinh 90 3.3.1. nh ng ca chiu dy ti các tính chn t ca vt liu compozit ng bng si thy tinh 90 3.3.2. ng cng các cht bin tính ti các tính chn t ca vt ling bng si thy tinh 95 3.4. Đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu compozit epoxy gia cƣờng bằng sợi thủy tinh cho hệ thống bay không ngƣời lái 105 KT LUN 107 TÀI LIU THAM KHO 109 DANH M CA LUN ÁN 119 PH LC 120 i    AEP 1-(2-aminoetyl)piperazin ASTM American Society for Testing and Materials: Hip hi vt liu và th nghim M CDCl 3 Deuterated chloroform CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastics : Vt ling bng si cacbon CP/CTBN Vt liu compozit       c n bng piperidin CTBN Carboxyl-terminated butadiene-acrylonitrile : Cao su butadien acrylonitril có nhóm cacboxyl  cui mch CTBN1 Cao su CTBN có khng phân t 20003000 g/mol ng acrylonitril là 25% DDS Diamino diphenyl sulphone DER Dow Epoxy Resin DETA Dietylenetriamin DGEBA Diglycidyl Ether bis-phenol A DICY Dicyanodiamit DMTA Dynamic mechanical thermal analysisng DSC Differential scanning calorimetry: Nhit vi sai quét DTG Derivative Thermogravimetric Analysis EDA 1, 2 diaminoetan ELO Epoxidized Linseed Oil: Du lanh epoxy hoá ECO Epoxidized castor oil: Du ht ci du epoxy hóa EM En t ENR Epoxidized Natural Rubber: Cao su t nhiên epoxy hoá ESO Epoxidized soybean oil: Du nành epoxy hóa EP Kí hiu nhóm epoxy ca nha epoxy ETPB Epoxy terminated polybutadiene: Cao su butadien có nhóm epoxy cui mch FESEM Field emission scanning electron microscopy:       FRP Fiber Reinforced Plastics: Cht do ng bng si ii FTIR Fourier transform infrared spectroscopy: Ph hng ngoi Fourier GPC Gel Permeation chromatography: Sc kí thm thu gel G IC , G IP ng phá hy tách lp ti thm bu xut hin vt nt và trong quá trình phát trin vt nt 1 HNMR Hydrogen-1 nuclear magnetic resonance: Ph cng t ht nhân hydro HPLC High-performance liquid chromatography: Sc kí lng hi HTPB Hydroxyl-terminated polybutadiene: Cao su butadien có nhóm hydroxyl  cui mch IDT Initial decomposition temperature: Nhi bu phân hu ISO International Organization for Standardization: T chc tiêu chun hóa quc t K IC H s ng sut tp trung ti hn LP Liquid polysunfide: Polysulfit lng MDA Methylene di aniline MF Melamin-formandehit M n Number average molercular weight: Khng phân t trung bình s M w Weight Average Molecular Weight  MPDA Meta phenylene diamine MTHPA Methyltetrahydrophthalic Anhydride NBR Nitrile butadiene rubber: Cao su butadien nitril PC Vt liu compozit PCL Polycaprolacton PES Polyether sulphone PEK Poly etherketone PEEK Poly etherether ketone PEI Polyetherimide PF Phenol-formandehit PKL Phn khng PIP Polyisoprene PDI Polydispersity index: Ch s phân tán PS Polysulphone SENB Single edge notch bend: Um có khía iii SEM Scanning electron microscope: Kính hin t quét T Kí hiu thiokol  Tn môi TDI Toluen diisocyanat TEA Trietyl amin TEM Transmission electron microscopy: Kính hin t truyn qua TETA Trietylene tetramin T g Glass-transition temperature: Nhi hóa thy tinh TGA Thermal gravimetric analysis: Nhit trng ng TGAP Triglycidyl para amino phenol TGDDM Tetraglycidyl diamino diphenyl methane T max Temperature of the maximum rate of degradation: Nhi tc  phân hu t ci TH.EP.0,6 Kí hiu adduct hình thành t thiokol và nha epoxy vi t l mol nhóm mercaptan:epoxy=0,6 TH.EP.0,7 Kí hiu adduct hình thành t thiokol và nha epoxy vi t l mol nhóm mercaptan:epoxy=0,7 TH.EP.0,8 Kí hiu adduct hình thành t thiokol và nha epoxy vi t l mol nhóm mercaptan:epoxy=0,8 T%  truyn qua UF Urê formandehit UV Ultraviolet: T ngoi WRE300 Woven roving E-glass: Vi thy tinh E loi thô t trng 300 g/m 2  Hng s n môi  H s tn hao [...]... có độ bền va đập cao và trong suốt điện từ ứng dụng cho hệ thống bay không ngƣời lái 1 Mục đích của luận án  Biến tính nâng cao độ bền va đập, độ bền dai phá hủy của nhựa epoxy bằng cao su tự nhiên lỏng epoxy hoá, dầu lanh epoxy hoá, thiokol và adduct tổng hợp trên cơ sở thiokol và nhựa epoxy DER331  Nghiên cứu, chế tạo vật liệu compozit sử dụng epoxy biến tính gia cường bằng sợi thuỷ tinh có độ bền. .. tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh Bảng 3.15 Ảnh hưởng của hàm lượng ELO tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh Bảng 3.16 Ảnh hưởng của hàm lượng thiokol tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh Bảng 3.17... thiokol và đặc biệt adduct được tổng hợp trên cơ sở thiokol và nhựa epoxy nhằm biến tính nhựa epoxy, ứng dụng chế tạo vật liệu compozit và nghiên cứu ảnh hưởng của chúng lên các tính chất cơ học và các tính chất điện từ của vật liệu compozit là một hướng nghiên cứu mới có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao Vì vậy đã lựa chọn đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit epoxy gia cƣờng bằng sợi thủy tinh có. .. lượng ENR tới cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh trong dải tần số 4-8 GHz Bảng 3.12 Ảnh hưởng của hàm lượng ELO tới cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh trong dải tần số 4-8 GHz Bảng 3.13 Ảnh hưởng của hàm lượng thiokol tới cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh trong dải tần... sở nhựa nền epoxy DER331 gia cường bằng sợi thủy tinh biến tính với các chất tăng dai khác nhau: ENR, ELO, thiokol và adduct trên cơ sở thiokol và nhựa epoxy DER331 có độ bền va đập cao và cải thiện độ bền dai phá hủy Loại vật liệu này có tính chất trong suốt điện từ và thích hợp khi ứng dụng cho hệ thống bay không người lái 3 1 TỔNG QUAN 1.1 Nhựa nền epoxy 1.1.1 Giới thiệu chung Nhựa epoxy là loại... hàm lượng ENR, ELO và thiokol tới độ bền va đập IZOD của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thuỷ tinh Hình 3.27 Đồ thị lực -độ dịch chuyển trong phép đo độ bền dai phá hủy tách lớp của vật liệu compozit epoxy bổ sung ENR với hàm lượng khác nhau gia cường bằng sợi thủy tinh Hình 3.28 Đồ thị lực -độ dịch chuyển trong phép đo độ bền dai phá hủy tách lớp của vật liệu compozit epoxy bổ sung ELO ở... tính chất điện từ của vật liệu compozit gia cường bằng sợi thủy tinh ứng dụng trong hệ thống bay không người lái có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Các đóng góp mới của luận án bao gồm:  Đã tổng hợp được adduct từ thiokol và nhựa epoxy DER331 với tỉ lệ mol nhóm chức mecaptan /epoxy (TH/EP) khác nhau với lượng dư nhóm epoxy sử dụng làm chất tăng dai cho tổ hợp nhựa epoxy  Đã chế tạo được vật liệu compozit. .. cơ cứng, thêm các loại cao su lỏng hay nhựa nhiệt dẻo [64] Trong thiết kế chế tạo hệ thống bay không người lái sử dụng vật liệu compozit do ănten thu phát được đặt trong hệ thống nên ngoài việc chú ý tới độ bền, vật liệu compozit phải có tính trong suốt điện từ nhằm đảm bảo việc thu phát tín hiệu được liên tục từ hệ thống điều khiển dưới mặt đất Sử dụng cao su tự nhiên lỏng epoxy hóa, dầu lanh epoxy. .. khác nhau gia cường bằng sợi thủy tinh Hình 3.29 Đồ thị lực -độ dịch chuyển trong phép đo độ bền dai phá hủy tách lớp của vật liệu compozit epoxy bổ sung thiokol ở hàm lượng khác nhau gia cường bằng sợi thủy tinh Hình 3.30 Đồ thị kháng tách lớp của vật liệu compozit epoxy bổ sung ENR với hàm lượng khác nhau gia cường bằng sợi thủy tinh Hình 3.31 Đồ thị kháng tách lớp của vật liệu compozit epoxy bổ sung... bền va đập, độ bền dai phá huỷ giữa các lớp cao và có tính trong suốt điện từ Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận án Đối tượng nghiên cứu:  Nhựa epoxy DER331 biến tính bằng cao su tự nhiên lỏng epoxy hoá (ENR), dầu lanh epoxy hoá (ELO), thiokol và adduct tổng hợp trên cơ sở thiokol và nhựa epoxy DER331  Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy bổ sung chất biến tính gia cường bằng sợi thuỷ tinh . Dow Epoxy Resin DETA Dietylenetriamin DGEBA Diglycidyl Ether bis-phenol A DICY Dicyanodiamit DMTA Dynamic mechanical thermal analysisng DSC Differential scanning calorimetry:. Tn môi TDI Toluen diisocyanat TEA Trietyl amin TEM Transmission electron microscopy: Kính hin t truyn qua TETA Trietylene tetramin T g Glass-transition temperature: Nhi. calorimetry: Nhit vi sai quét DTG Derivative Thermogravimetric Analysis EDA 1, 2 diaminoetan ELO Epoxidized Linseed Oil: Du lanh epoxy hoá ECO Epoxidized castor oil: Du ht ci du epoxy