Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit từ nhựa epoxy DER 331 và tro bay phế thải ứng dụng trong kỹ thuật điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM THỊ HƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT TỪ NHỰA EPOXY DER 331 VÀ TRO BAY PHẾ THẢI ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – 2016BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM THỊ HƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT TỪ NHỰA EPOXY DER 331 VÀ TRO BAY PHẾ THẢI ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT ĐIỆN Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp Mã số: 62440125 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS Bạch Trọng Phúc 2. PGS.TS Nguyễn Thanh Liêm Hà Nội – 2016LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những kết quả thực nghiệm được trình bày trong luận án là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của tập thể hướng dẫn khoa học. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án được thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào của các nhóm nghiên cứu khác. Hà Nội, ngày…….tháng……năm 2016 Tập thể hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS.TS Bạch Trọng Phúc PGS.TS Nguyễn Thanh Liêm Phạm Thị HườngLỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Bạch Trọng Phúc và PGS.TS Nguyễn Thanh Liêm đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình và động viên thực hiện thành công luận án tiến sĩ này. Tác giả xin trân trọng cảm ơn tới Ban Lãnh đạo nhà trường, Ban Lãnh đạo khoa Khoa học Cơ bản và các bạn đồng nghiệp trong khoa Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định luôn ủng hộ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian đi học và hoàn thành luận án. Xin cảm ơn rất nhiều tới các anh, các chị và các bạn sinh viên tại Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme đã chia sẻ những khó khăn và hỗ trợ tác giả trong suốt quá trình thực hiện công trình khoa học này. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới bố mẹ, chị gái đã luôn ở bên cạnh, cảm thông, chia sẻ và khuyến khích rất nhiều về công việc, tinh thần để tác giả tự tin thực hiện tốt luận án tiến sĩ. Tác giả luận án Phạm Thị HườngMỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT …………………………… DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ……………………………………………….. DANH MỤC CÁC HÌNH……………………………………………………….. MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………. 1 1. TỔNG QUAN 3 1.1 Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nền polyme và chất độn hạt vô cơ ……………………………………………………………………... 3 1.1.1. Giới thiệu về vật liệu compozit……………………………….. 3 1.1.2. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nền polyme và chất độn hạt vô cơ ……………………………………………………........... 6 1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng của vật liệu polyme compozit………………………………………………………. 7 1.2.Nhựa nền nhiệt rắn epoxy…………………………………………...... 9 1.2.1. Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy ………………………………... 9 1.2.2. Một số loại nhựa epoxy………………………………………… 10 1.2.3. Tính chất của nhựa epoxy……………………………………… 12 1.2.4. Các chất đóng rắn và cơ chế đóng rắn nhựa epoxy…………….. 13 1.2.5. Ứng dụng của nhựa epoxy……………………………………... 17 1.3. Tro bay và những ứng dụng thực tế trong khoa học, đời sống 18 1.3.1. Thành phần và đặc điểm cấu trúc của tro bay………………….. 18 1.3.2. Những ứng dụng thực tế trong khoa học, đời sống của tro bay.. 21 1.3.2.1. Ứng dụng của tro bay trên thế giới…………………… 21 1.3.2.2. Ứng dụng của tro bay tại Việt Nam…………………... 25 1.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu polyme compozit trên cơ sở nền polyme và tro bay phế thải trong và ngoài nước....................... 27 1.4.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tro bay trong vật liệu polyme compozit..................................................................................... 27 1.4.2. Các phương pháp xử lý, biến tính bề mặt tro bay....................... 31 1.4.2.1. Xử lý bề mặt tro bay bằng các hóa chất vô cơ ............... 311.4.2.2. Biến tính bề mặt tro bay bằng axit stearic...................... 32 1.4.2.3. Biến tính bề mặt tro bay bằng các hợp chất silan…….. 33 2. THỰC NGHIỆM............................................................................................... 38 2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất…………………………………………...... 38 2.1.1. Tro bay………………………………………………………… 38 2.1.2. Nhựa nền epoxy DER 331…………………………………….. 38 2.1.3. Chất đóng rắn amin…………………………………………….. 38 2.1.4. Các hóa chất dùng để xử lý biến tính tro bay………………….. 39 2.2. Các phương pháp xử lý, biến tính bề mặt tro bay………………… 40 2.2.1. Xử lý bề mặt tro bay bằng các hóa chất vô cơ…………………. 40 2.2.2. Biến tính bề mặt tro bay bằng các hợp chất silan……………... 40 2.2.3. Biến tính bề mặt tro bay bằng axit stearic ……………………. 40 2.3. Thiết bị và phương pháp xác định đặc tính vật liệu………………... 41 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)……………………………. 41 2.3.2. Phương pháp phổ huỳnh quang tia X (XRF)…………………... 41 2.3.3. Phương pháp xác định giản đồ phân bố và kích thước hạt…….. 42 2.3.4. Phương pháp BET……………………………………………… 42 2.3.5. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ……………………… 42 2.3.6. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) …………………………… 43 2.3.7. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)……………… 43 2.3.8. Phương pháp xác định góc tiếp xúc của hạt rắn………………... 44 2.3.9. Phương pháp xác định độ nhớt…………………………………. 45 2.4. Phương pháp chế tạo mẫu vật liệu polyme compozit………………. 45 2.5. Các phương pháp xác định tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit………………………………………………………………. 45 2.5.1. Phương pháp xác định độ bền nén…………………………... 45 2.5.2. Phương pháp xác định độ bền uốn……………………………... 46 2.5.3. Phương pháp xác định độ bền kéo…………………………….. 46 2.5.4. Phương pháp xác định độ bền va đập Izod……………………. 46 2.6. Phương pháp xác định tính chất điện của vật liệu polyme compozit 472.6.1. Phương pháp xác định điện trở suất bề mặt và điện trở suất khối…………………………………………………………… 47 2.6.2. Hằng số điện môi và hệ số tổn hao điện môi …………………. 49 2.6.3. Phương pháp xác định độ bền điện…………………………….. 51 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………………………….. 53 3.1. Khảo sát các đặc tính kỹ thuật của tro bay ban đầu………………. 53 3.2. Các đặc tính kỹ thuật của tro bay sau khi biến tính bằng các hóa chất vô cơ……………………………………………………….......... 57 3.2.1. Ảnh hưởng của xử lý kiềm đối với tro bay đến phân bố kích thước và diện tích bề mặt của tro bay………………………………… 57 3.2.2. Ảnh hưởng của xử lý kiềm đối với tro bay đến thành phần hóa học 60 3.3. Các đặc tính kỹ thuật của tro bay sau khi biến tính bằng axit stearic…………………………………………………………............ 61 3.3.1. Phân tích phổ hồng ngoại của tro bay biến tính bằng axit stearic 61 3.3.2. Góc tiếp xúc của tro bay biến tính bằng axit stearic…………… 64 3.3.3. Xác định mức độ axit stearic hóa tro bay bằng phân tích nhiệt 64 3.4. Các đặc tính kỹ thuật của tro bay sau khi biến tính bằng các hợp chất silan………………………………………………………………. 66 3.4.1. Góc tiếp xúc của tro bay biến tính bằng các hợp chất silan…… 67 3.4.2. Phân tích phổ hồng ngoại của tro bay biến tính bằng hợp chất silan…………………………………………………………… 68 3.4.3. Xác định mức độ silan ghép trên bề mặt tro bay bằng phân tích nhiệt………………………………………………………….. 71 3.5. Khảo sát các tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit từ nhựa epoxy DER 331 và tro bay ……………………………………. 73 3.5.1. Khảo sát sự thay đổi độ nhớt, thời gian đóng rắn và hàm lượng phần gel của hệ epoxytro bay khi thay đổi hàm lượng tro bay… 73 3.5.2. Khảo sát tính chất cơ học của vật liệu compozit epoxytro bay theo hàm lượng tro bay…………………………………………. 74 3.5.3. Khảo sát tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit từ nhựa 77epoxy và tro bay xử lý bằng dung dịch kiềm………………….. 3.5.4. Khảo sát tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit từ nhựa epoxy và tro bay biến tính bằng axit stearic…………………… 79 3.5.5. Khảo sát tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit từ nhựa epoxy và tro bay đã biến tính bằng các hợp chất silan…………………………………………………………….. 81 3.6. Khảo sát ảnh hưởng của tro bay biến tính bề mặt đến cấu trúc hình thái của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay…………… 85 3.7. Khảo sát ảnh hưởng của tro bay biến tính bề mặt đến độ bền nhiệt của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay………………... 86 3.8. Khảo sát các tính chất điện của vật liệu polyme compozit từ nhựa epoxy DER 331 và tro bay…………………………………………… 91 3.8.1. Điện trở suất……………………………………………………. 91 3.8.2. Hằng số điện môi và hệ số tổn hao điện môi…………………... 96 3.8.3. Độ bền điện………………………………………………....... 99 KẾT LUẬN............................................................................................................ 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………….. 105 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ……………………………... 115 PHỤ LỤCDANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ABS Acrylonitrile butadiene styrene Acrylonitrin butadien styren A186  (3,4 Epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane  (3,4 Epoxycyclohexyl) etyltrimetoxy silan A1100 3 Aminopropyltriethoxy silane 3 Aminopropyl trietoxy silan AEAPS N(2Aminoethyl)3 Aminopropylsilantriol N(2Aminoetyl)3Aminopropyl silantriol APTMS  Aminopropyltrimethoxyl silane  Aminopropyl trimetoxyl silan CFB Circulating fluidized bed Lò hơi tầng sôi tuần hoàn DETA Diethylenetriamine Dietylen triamin DPP Diphenylolpropane Diphenylolpropan ECH Epiclohydrin Epiclohydrin EEW Epoxide equivalent weight Đương lượng gam epoxy EP Epoxy Epoxy EVA Ethylene vinylacetat copolymer Etylen vinylaxetat đồng trùng hợp Fly ash Fly ash Tro bay GF80 3Glycidoxypropyltrimethoxysilane 3 Glycidoxypropyltrimetoxysilan GF82 3 Glycidoxypropyltriethoxysilane 3 Glycidoxypropyltrietoxysilan HDPE High density polyethylene Polyetylen tỉ trọng cao HLE Hàm lượng nhóm epoxy IR Infrared spectroscopy Phổ hồng ngoại KLPT Khối lượng phân tử LDPE Low density polyethylene Polyetylen tỉ trọng thấp MKN Mất khi nung PC Polymer composite Polyme compozit PE Polyethylene Polyetylen PEPA Polyethylene polyamine Polyetylen polyamin PKL Phần khối lượng PP Polypropylene Polypropylen PET Polyethylenterephtalat PolyetylenterephtalatSA Stearic acid Axít stearic SEM Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quét SSA Surface Sphere Area Diện tích bề mặt TETA Triethylenetetramine Trietylentetra amin TGA Thermal Gravimetric Analysis Phân tích nhiệt trọng lượng XRD Xray diffraction Phổ nhiễu xạ tia X XRF Xray fluorescence Phổ huỳnh quang tia XDANH MỤC CÁC KÝ HIỆU UFA Tro bay chưa xử lý FAN Tro bay xử lý bằng dung dịch NaOH FAC Tro bay xử lý bằng dung dịch Ca(OH)2 FASA Tro bay biến tính bằng axit stearic FAS Tro bay biến tính bằng silan FAS1100 Tro bay biến tính bằng silan A1100 FAS186 Tro bay biến tính bằng silan A186 FASGF80 Tro bay biến tính bằng silan GF80 FASGF82 Tro bay biến tính bằng silan GF82 EPFA Vật liệu compozit epoxytro bay EPUFA Vật liệu compozit epoxytro bay chưa xử lý EPFAN Vật liệu compozit epoxytro bay xử lý bằng dung dịch NaOH EPFAC Vật liệu compozit epoxytro bay xử lý bằng dung dịch Ca(OH)2 EPFASA Vật liệu compozit epoxytro bay biến tính bằng axit stearic EPFAS Vật liệu compozit epoxytro bay biến tính bằng silan EPFAS1100 Vật liệu compozit epoxytro bay biến tính bằng silan A1100 EPFAS186 Vật liệu compozit epoxytro bay biến tính bằng silan A186 EPFASGF80 Vật liệu compozit epoxytro bay biến tính bằng silan GF80 EPFASGF82 Vật liệu compozit epoxytro bay biến tính bằng silan GF82 T g Nhiệt độ thủy tinh hóa tan Tang góc tổn hao điện môi  e Hằng số điện môi s Điện trở suất mặt v Điện trở suất khối  Góc tiếp xúc Eđt Điện áp đánh thủngi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1: Ảnh hưởng của tỷ lệ ECH và DPP đến tính chất của nhựa epoxy…………… 7 Bảng 1.2: Một số công ty sản xuất và tên thương mại của nhựa epoxy.......................... 9 Bảng 1.3: Thành phần hóa học của tro bay tại hai nhà máy nhiệt điện khác nhau của Malaysia ……………………………………………………………………….. 19 Bảng 1.4: Thành phần hóa học của tro bay tại các nước khác nhau……………………. 20 Bảng 1.5: Nhu cầu về lượng tro bay sử dụng trong công nghiệp xi măng tại Ấn Độ ..... 22 Bảng 1.6: Nhu cầu sử dụng tro bay trong công nghiệp xi măng tại Việt Nam………… 25 Bảng 1.7: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay loại F đến tính chất của vật liệu compozit nền PET………………………………………………………………………... 28 Bảng 1.8: Sự biến đổi thành phần hóa học chính của tro bay trước và sau xử lý ……… 32 Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật ban đầu của nhựa epoxy DER 331 .................................... 38 Bảng 3.1: Thành phần hóa học của tro bay ban đầu và tro bay đã xử lý……………… 60 Bảng 3.2: Các pic đặc trưng của phổ hồng ngoại tro bay ban đầu và tro bay sau khi biến tính bằng axit stearic 2%................................................................................. 63 Bảng 3.3: Góc tiếp xúc của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng axit stearic 2% trong các môi trường…………………………………………………………… 64 Bảng 3.4: Góc tiếp xúc của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng các hợp chất silan khác nhau với cùng hàm lượng 2% trong các môi trường lỏng………………. 67 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến khối lượng riêng, độ nhớt, thời gian gel hóa và hàm lượng phần gel của hệ epoxy DER 331tro bay……………… 74 Bảng 3.6: Đặc trưng TGA của EPUFA, EPFASGF80 2% và EPFAS1100 2%........... 90 Bảng 3.7: So sánh hiệu quả của các phương pháp xử lý, biến tính bề mặt tro bay đến độ bền cơ học của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL………….. 90 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến điện trở suất khối của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay ……………………………………………. 92 Bảng 3.9: Hằng số điện môi của một số chất tại nhiệt độ phòng ………………………… 96 Bảng 3.10: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến hằng số điện môi và tổn hao điện môi của vật liệu compozit nền epoxy DER 331………………………………….. 97 Bảng 3.11: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến độ bền điện của các mẫu vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay…………………………………………… 100 Bảng 3.12: Ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân biến tính đến độ bền điện của các mẫu vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay………………………………….. 101ii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Cấu trúc thành phần của vật liệu compozit…………………………………… 3 Hình 1.2: Phân bố sản phẩm compozit ứng dụng trong các lĩnh vực tại Việt Nam 2011 5 Hình 1.3: Một số sản phẩm ứng dụng của vật liệu compozit …………………………… 5 Hình 1.4: Sự liên hệ giữa góc tiếp xúc theta và năng lượng bề mặt theo công thức Young 8 Hình 1.5: Một số ứng dụng của epoxy……………………………………………………. 18 Hình 1.6: Màu sắc và hình thái cấu trúc của tro bay…………………………………….. 21 Hình1.7: Sản lượng tiêu thụ tro bay qua các năm tại Israel………………………………. 23 Hình 1.8: Sản phẩm ứng dụng của tro bay trong xây dựng................................................ 26 Hình 1.9: Một số sản phẩm ứng dụng tro bay trong vật liệu compozit………………….. 26 Hình 1.10: Độ bền va đập của mẫu compozit nylon 6tro bay và ảnh SEM tro bay phân tán trong nền nylon 6……………………………………………………………. 28 Hình 1.11: Ảnh SEM bề mặt hạt tro bay ban đầu và tro bay sau khi đã xử lý …………... 31 Hình 1.12: Cơ chế hình thành liên kết giữa tro bay và axit stearic……………………… 33 Hình 1.13: Cơ chế biến tính bề mặt tro bay bằng hợp chất silan.......................................... 34 Hình 1.14: Ảnh hưởng của việc xử lý tro bay bằng silan đến sự phân tán của tro bay trong nhựa nền epoxy ……………………………………………………………….. 35 Hình 1.15: Phản ứng hóa học của tro bay và silan Si69………………………………….. 36 Hình 2.1: Thiết bị đo nhiễu xạ tia X………………………………………………………. 41 Hình 2.2: Thiết bị phổ kế huỳnh quang tia X……………………………………………. 41 Hình 2.3: Thiết bị đo giản đồ phân bố kích thước hạt…………………………………… 42 Hình 2.4: Thiết bị đo diện tích bề mặt hạt……………………………………………….. 42 Hình 2.5: Thiết bị hiển vi điện tử SEM……………………………………………………. 43 Hình 2.6: Thiết bị đo phổ IR………………………………………………………………. 43 Hình 2.7: Phương pháp đo góc tiếp xúc Wilhelmy……………………………………… 44 Hình 2.8: Thiết bị đo góc tiếp xúc………………………………………………………… 45 Hình 2.9: Thiết bị đo độ bền kéo............................................................................................ 46 Hình 2.10: Thiết bị đo độ bền va đập..................................................................................... 47 Hình 2.11: Thiết bị đo điện trở suất khối và điện trở suất bề mặt......................................... 47 Hình 2.12: Sơ đồ mạch điện đo điện trở suất khối……………………………………… 48 Hình 2.13: Sơ đồ mạch điện đo điện trở suất bề mặt…………………………………… 49 Hình 2.14: Đồ thị vectơ dòng và áp của điện môi……………………………………….. 50 Hình 2.15: Thiết bị đo điện dung và tổn hao điện môi………………………………….. 50iii Hình 2.16: Hiện tượng đánh thủng điện môi…………………………………………….. 51 Hình 2.17: Mẫu đo và thiết bị đo cường độ đánh thủng…………………………………. 52 Hình 3.1: Cấu trúc hình thái hạt tro bay………………………………………………….. 53 Hình 3.2: Giản đồ phân bố kích thước hạt tro bay………………………………………. 54 Hình 3.3: Hình ảnh XRF xác định thành phần hóa học của tro bay……………………… 54 Hình 3.4: Giản đồ XRD của tro bay Phả Lại …………………………………………….. 55 Hình 3.5: Phổ IR của mẫu tro bay ban đầu………………………………………… 55 Hình 3.6: Giản đồ TGADTADrTGA của mẫu tro bay ban đầu……………………….. 56 Hình 3.7: Giản đồ phân bố kích thước của tro bay ban đầu và tro bay đã xử lý kiềm……….. 57 Hình 3.8: Ảnh SEM của tro bay đã xử lý kiềm……………………………………………. 58 Hình 3.9: Ảnh SEM của tro bay xử lý bằng dung dịch NaOH và Ca(OH)2 ……………… 59 Hình 3.10: Phổ IR của axit stearic…………………………………………………………. 62 Hình 3.11: Phổ IR của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng axit stearic 2%................. 63 Hình 3.12: Giản đồ TGADTADrTGA của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng axit stearic 2%............................................................................................................ 65 Hình 3.14: Phổ IR của hợp chất silan A1100……………………………………………... 68 Hình 3.14: Phổ IR của hợp chất silan GF80……………………………………………… 69 Hình 3.15: Phổ IR của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng silan 2%........................ 70 Hình 3.16: Giản đồ TGA DTADrTGA của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng silan A1100 với hàm lượng 2%..................................................................... 71 Hình 3.17: Giản đồ TGADTADrTGA của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng silan GF80 với hàm lượng 2%.......................................................................... 72 Hình 3.18: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến độ bền kéo đứt của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay……………………………………………………….. 75 Hình 3.19: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến độ bền uốn và % biến dạng của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay……………………………………………. 75 Hình 3.20: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến độ bền nén và độ bền va đập của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay ………………………………………. 76 Hình 3.21: Ảnh SEM bề mặt gẫy mẫu compozit epoxy DER 331 tro bay………………… 77 Hình 3.22: Ảnh hưởng của xử lý tro bay bằng dung dịch kiềm đến độ bền va đập của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL……………………………………. 78 Hình 3.23: Ảnh hưởng của xử lý tro bay bằng dung dịch kiềm đến độ bền kéo đứt, uốn, nén của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL……………………… 78 Hình 3.24: Ảnh hưởng của hàm lượng axit stearic đến độ bền uốn và modun uốn của vật liệu 79iv compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL…………………………………… Hình 3.25: Ảnh hưởng của hàm lượng axit stearic đến độ bền kéo đứt và modun kéo của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL………………………………. 80 Hình 3.26: Ảnh hưởng của hàm lượng axit stearic đến độ bền va đập và độ bền nén của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL……………………………… 80 Hình 3.27: Ảnh hưởng của loại silan đến độ bền nén, độ bền uốn và độ bền kéo đứt của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL………………………………. 81 Hình 3.28: Ảnh hưởng của loại silan đến độ bền va đập của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL…………………………………………………………….. 82 Hình 3.29: Ảnh hưởng của hàm lượng silan GF80 đến độ bền kéo đứt và modun kéo của vật liệu com pozit epoxy DER 331tro bay 40PKL………………………………. 83 Hình 3.30: Ảnh hưởng của hàm lượng silan GF80 đến độ bền uốn và modun uốn của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL……………………………………. 83 Hình 3.31: Ảnh hưởng của hàm lượng silan GF80 đến độ bền nén và độ bền va đập của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL……………………………….. 84 Hình 3.32: Ảnh SEM bề mặt gẫy của vật liệu compozit epoxy DER 331 với tro bay biến tính và chưa biến tính………………………………………………………….. 85 Hình 3.33: Giản đồ TGAvà DrTGA của nhựa nền epoxy DER 331 và mẫu compozit epoxy DER 331tro bay chưa biến tính với 40PKL………………………….. 87 Hình 3.34: Giản đồ TGA và DrTGA của mẫu compozit epoxy DER 331tro bay chưa biến tính (EPUFA) và mẫu compozit epoxy DER 331tro bay biến tính bằng axit stearic 2% (EPFASA2%) …………………………………………………….. 88 Hình 3.35: Giản đồ TGA của các mẫu compozit nền epoxy với tro bay biến tính silan 2% và tro bay chưa biến tính với cùng hàm lượng 40PKL……………………….. 89 Hình 3.36: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến điện trở suất khối của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay………………………………………………………. 91 Hình 3.37: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến điện trở suất mặt của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay………………………………………………………. 93 Hình 3.38: Ảnh hưởng của tro bay xử lý kiềm đến điện trở suất khối của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL………………………………………………. 94 Hình 3.39: Ảnh hưởng của loại silan biến tính tro bay đến điện trở suất khối của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL……………………………………. 94 Hình 3.40: Ảnh hưởng của hàm lượng silan và hàm lượng axit stearic biến tính tro bay đến điện trở suất khối của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay 40PKL 95v Hình 3.41: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay biến tính và chưa biến tính đến hằng số điện môi của vật liệu compozit nền epoxy DER 331…………………………. 98 Hình 3.42: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay biến tính và chưa biến tính đến độ bền điện của vật liệu compozit epoxy DER 331tro bay………………………………… 99 Hình 3.44: Ảnh hưởng của loại silan biến tính tro bay đến độ bền điện của vật liệu compozit nền epoxy DER331 với hàm lượng tro bay 40PKL……………….. 101 Hình 3.45: Ảnh hưởng của tro bay xử lý bằng dung dịch kiềm đến độ bền điện của vật liệu compozit nền epoxy DER331 với hàm lượng tro bay 40PKL…………… 103 Hình 3.46: Ảnh hưởng của loại silan biến tính tro bay đến độ bền điện của vật liệu compozit nền epoxy DER331 với hàm lượng tro bay 40PKL……………….. 1041 MỞ ĐẦU Tro bay được biết đến là sản phẩm phế thải từ các nhà máy nhiệt điện trong quá trình đốt than nhiên liệu. Nó tồn tại ở trạng thái rắn và có kích thước hạt rất nhỏ, vì thế nó có thể bay tự do trong không khí gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và đời sống sinh hoạt của nhân dân. Ngoài ra, tro bay còn gây thiệt hại kinh tế đáng kể khi phải sử dụng một diện tích khá lớn ao hồ, đất canh tác nông nghiệp để làm diện tích chứa lượng phế thải này. Gần đây, Tổ chức Y tế Thế Giới (WHO) đã đưa ra báo cáo về tình trạng ô nhiễm không khí dựa trên số liệu về mức độ ô nhiễm của 1600 thành phố trên khắp 19 quốc gia thì các nước Pakistan, Ấn Độ, Ai Cập, Quatar, Bangladesh được xếp vào danh sách các nước có bầu không khí ô nhiễm nhất thế giới. Tình trạng này xảy ra là do quá trình khai thác và sử dụng nguồn nguyên liệu cho các nhà máy nhiệt điện, các công trình xây dựng, các nhà máy công nghiệp… 113. Điều này cho thấy ô nhiễm không khí đang là mối đe dọa ở rất nhiều các quốc gia, trong đó có cả Việt Nam. Do đó, việc đặt ra mục tiêu thu hồi và xử lý tro bay thế nào là một vấn đề cấp thiết đối với tất cả các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Trong một vài năm trở lại đây, các nhà khoa học đã nghiên cứu về thành phần và đặc tính kỹ thuật của tro bay và nhận thấy thành phần hóa học chính của tro bay gồm nhiều oxit kim loại rất bền, có độ bền nhiệt cao, trong khi hạt tro bay có trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ. Điều này rất phù hợp để lựa chọn tro bay làm phụ gia cho bê tông hoặc làm chất độn gia cường cho các loại vật liệu khác. Theo các số liệu thống kê trên thế giới và trong nước, hiện nay tro bay đã được ứng dụng khá rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật như trong ngành xây dựng, ngành giao thông vận tải, trong nông nghiệp và trong vật liệu polyme compozit. Trong đó, tro bay ứng dụng nhiều nhất phải kể đến là trong lĩnh vực xây dựng. Nhiều công trình xây dựng lớn đã thành công khi đưa tro bay vào bê tông để cải thiện độ bền và kết cấu như bê tông tro bay ở thành phố Marina (Chicago), bê tông tro bay ở tháp Sears –thành phố River (Chicago)…112.2 Hiện tại, ở nước ta cũng đang phát triển những nghiên cứu đưa tro bay vào ứng dụng trong cầu đường, trong xây dựng thủy điện Sơn La, Bản Vẽ, Sông Tranh…7 và có thể phát triển ứng dụng tro bay vào một số sản phẩm như sơn, cao su, vật liệu polyme compozit. Các nghiên cứu bước đầu đã giảm được giá thành sản phẩm, nâng cao một số đặc tính kỹ thuật, từ đó đem lại những lợi ích kinh tế đáng kể… Để phát triển và mở rộng tính ứng dụng của tro bay, tác giả tập trung vào nghiên cứu tro bay ứng dụng trong công nghệ cao, đặc biệt là trong ngành kỹ thuật điện bởi vật liệu compozit nền epoxy có tính cách điện tốt. Vì thế đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit từ nhựa epoxy DER 331 và tro bay phế thải ứng dụng trong kỹ thuật điện” đã được lựa chọn làm chủ đề cho luận án tiến sĩ. Mục tiêu nghiên cứu của Luận án là đánh giá được khả năng gia cường của tro bay tới tính chất cơ nhiệt, tính chất điện của vật liệu polyme compozit trên nền nhựa epoxy DER 331, từ đó định hướng cho việc ứng dụng tro bay trong kỹ thuật điện. Để thực hiện mục tiêu trên, luận án đã thực hiện các nội dung nghiên cứu chủ yếu sau: Khảo sát hàm lượng tro bay đưa vào vật liệu nền epoxy DER 331. Nghiên cứu các phương pháp xử lý, biến tính bề mặt tro bay bằng các hóa chất vô cơ, axit hữu cơ và các hợp chất silan. Đánh giá khả năng gia cường của tro bay biến tính và không biến tính đến tính chất cơ nhiệt của vật liệu polyme compozit nền nhựa epoxy DER 331. Nghiên cứu khả năng cách điện của vật liệu polyme compozit với tro bay biến tính và không biến tính.3 1. TỔNG QUAN 1.1. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nền polyme và chất độn hạt vô cơ 1.1.1. Giới thiệu về vật liệu compozit Vật liệu compozit là vật liệu tổ hợp của hai hay nhiều vật liệu thành phần khác nhau về hình dạng hoặc thành phần hóa học nhằm tạo nên một vật liệu mới có tính năng vượt trội so với từng vật liệu thành phần. Trong đó, vật liệu compozit phổ biến gồm hai thành phần chính là vật liệu gia cường và vật liệu nền. Vật liệu gia cường (gián đoạn) phân bố trong thành phần vật liệu nền (liên tục) 2. Sự tổ hợp hai hay nhiều vật liệu khác nhau trong compozit nhằm tạo nên một sản phẩm với các tính chất tối ưu, bao gồm tính chất cơ học, tính chất hóa học và tính chất vật lý như tính dẫn nhiệt (độ dẫn nhiệt, hệ số giãn nở nhiệt, nhiệt dung riêng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ chảy mềm), tính chất điện (độ dẫn điện, tổn thất điện môi…), tính chất quang học, tính cách âm…4. Tính chất của vật liệu compozit không bao hàm tất cả các tính chất của các pha thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà thường lựa chọn trong đó những tính chất tốt và phát huy thêm. Hình 1.1: Cấu trúc thành phần của vật liệu compozit Trong hai thành phần chính của vật liệu compozit thì vật liệu nền đóng vai trò liên kết các vật liệu gia cường rời rạc tạo nên một sản phẩm liên tục. Dưới tác dụng ngoại lực, vật liệu gia cường là thành phần chính chịu tải trọng vì nó thường có tính chất cơ lý cao hơn vật liệu nền. Ngược lại, vật liệu nền đóng vai trò truyền ứng suất sang vật liệu gia cường. Ngoài ra, vật liệu nền còn có tác dụng bảo vệ chất gia cường dưới tác dụng của môi trường hay quyết định đến độ bền nhiệt và khả năng gia công của vật liệu compozit.4 Do vật liệu compozit có nhiều thành phần khác nhau tạo nên, vì thế lượng sản phẩm tạo thành là rất đa dạng. Trong khoa học, để phân loại compozit thường căn cứ vào hai đặc điểm sau: Phân loại theo bản chất vật liệu nền. Phân loại theo cấu trúc vật liệu gia cường. Với cấu trúc vật liệu gia cường, compozit được phân thành 3 nhóm chính: compozit gia cường sợi (compozit cốt sợi), compozit gia cường hạt (compozit cốt hạt) và compozit cấu trúc. Compozit gia cường sợi có thể là sợi thủy tinh, sợi tự nhiên…, sợi dài, sợi ngắn…còn compozit cốt hạt có thể có nhiều hình dạng khác nhau: cốt dạng hình cầu, hình que, hình vẩy…hoặc kích cỡ hạt khác nhau như bột gỗ, than đen, tro bay, talc, cao lanh, sắt, đồng, nhôm, vẩy mica…v.v 16. Theo bản chất vật liệu nền, compozit cũng được chia thành 3 nhóm chính sau: compozit nền polyme, compozit nền kim loại, compozit nền ceramic. Trong đó, compozit nền polyme thường sử dụng rộng rãi hơn nhờ ưu điểm dễ gia công, tạo ra những sản phẩm phức tạp và kích thước lớn. Compozit nền kim loại thì có ưu điểm là khả năng chịu nhiệt cao hơn, không cháy và chống lại sự tấn công của các chất lỏng hữu cơ tốt hơn. Đối với compozit nền ceramic thì ít được sử dụng do nhược điểm giá thành khá cao 2. Nhờ các tính chất ưu việt hơn so với các vật liệu truyền thống như gỗ, sắt, thép…mà ngày nay vật liệu compozit được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực: từ lĩnh vực giao thông, xây dựng, hàng không, trang trí nội ngoại thất đến lĩnh vực thể thao và công nghiệp dân dụng. Hiện nay trên thế giới, ngành hàng không vũ trụ sử dụng vật liệu compozit vào chế tạo cánh máy bay, mũi máy bay và một số linh kiện, máy móc khác của các hãng như Boeing 757, 676 Airbus 310…Theo thống kê của hãng máy bay Boeing, chiếc Boeing Dreamliner 787 sử dụng đến 50% compozit trên toàn bộ trọng lượng. Đó là do vật liệu compozit có tính ưu việt như giảm trọng lượng, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, giảm tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc 111. Vật liệu compozit cũng được sử dụng để sản xuất các chi tiết, các bảng mạch, các linh kiện trong ngành công nghiệp điện tử hoặc phục vụ cho ngành công nghiệp đóng tàu, xuồng; các ngành dân dụng như y tế (hệ thống chân, tay giả, răng giả..)111.5 Tại Việt Nam, vật liệu compozit đã và đang được ứng dụng và phát triển ở hầu hết các ngành, các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như sử dụng vào việc chế tạo các bồn chứa hóa chất, các linh kiện trong ô tô, xe lửa, vòm che máy bay quân sự, các bộ phận cấy ghép trong cơ thể, các thiết bị của ngành giáo dục, giải phân cách đường giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trượt, máng hứng…13. Sản phẩm ứng dụng của vật liệu compozit trong các lĩnh vực khác nhau tại Việt Nam được trình bày ở hình 1.2. Hình 1.2: Phân bố sản phẩm compozit ứng dụng trong các lĩnh vực tại Việt Nam 2011 110 Trang trí nội ngoại thất Hàng không Thể thao Công nghiệp và dân dụng Hình 1.3: Một số sản phẩm ứng dụng của vật liệu compozit 110, 1116 1.1.2. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nền polyme và chất độn hạt vô cơ Nhựa nền: Vật liệu compozit nền polyme có thể là các loại polyme nhiệt dẻo như polypropylen, polyetylen, polyvinyl clorua, polyamit… hoặc nền là các polyme nhiệt rắn như polyeste không no, vinyleste, phenolic, melamin, polyuretan, epoxy…11. Với compozit có nền là nhựa nhiệt dẻo, sản phẩm thường có độ tin cậy cao bởi mức độ ứng suất dư nảy sinh trong những giờ đầu tiên ngay sau khi tạo thành sản phẩm rất thấp. Ưu điểm của nhựa nhiệt dẻo là khả năng thi công, tạo dáng sản phẩm dễ thực hiện, có thể khắc phục những khuyết tật trong quá trình sản xuất và tận dụng phế liệu khi gia công lại. Tuy nhiên, nhược điểm chính của nhựa nhiệt dẻo là không chịu được nhiệt độ cao và thiết bị gia công sản phẩm thường đắt tiền. Trong khi đó, nhựa nhiệt rắn có độ nhớt thấp, dễ hòa tan và đóng rắn khi gia nhiệt (có hoặc không có xúc tác). Sản phẩm sau đóng rắn với cấu trúc không gian thường có tính chất ưu việt hơn hẳn như độ bền nhiệt, tính chất cơ lý cao hơn so với nhựa nhiệt dẻo 4. Các tính chất của nhựa nền polyme như bản chất hóa học, độ bền, nhiệt độ thủy tinh hóa và hệ số giãn nở nhiệt có ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ học và tính chất hóa học của sản phẩm. Do đó, nền polyme phải đáp ứng được các yêu cầu sau: + Khả năng thấm ướt tốt trên bề mặt chất gia cường để tạo sự tiếp xúc tối đa. + Khả năng làm tăng độ nhớt hoặc hóa rắn trong quá trình kết dính. + Khả năng biến dạng trong quá trình đóng rắn để giảm ứng suất nội xảy ra do sự co ngót thể tích khi thay đổi nhiệt độ. + Chứa các nhóm chức hoạt động hóa học. + Phù hợp với điều kiện gia công thông thường. + Bền với môi trường sử dụng vật liệu compozit. Gia cường: Vật liệu compozit gia cường hạt là vật liệu được gia cường bởi các hạt có hình dạng khác nhau như hình cầu, hình que, hình vẩy…Các hạt gia cường này có kích cỡ khá đa dạng từ nm đến hàng chục m. Cốt dạng hạt khá phong phú, trong đó7 phải kể đến như bột gỗ, than đen, bột talc, cao lanh, vảy mica, đồng, nhôm và tro bay 16. Các hạt gia cường với kích cỡ micromet hoặc cỡ nanomet thường có độ cứng cao hơn vật liệu nền. Một số vật liệu gia cường dạng hạt còn có thể cải thiện các tính chất của vật liệu compozit như giảm co ngót, chống cháy, kháng mài mòn, chịu nhiệt…v.v Đối với nhựa nhiệt rắn, do có cấu trúc không gian khi đóng rắn nên phân tử không có khả năng trượt với nhau, dẫn đến vật liệu compozit nền nhựa nhiệt rắn thường cứng và giòn. Khi đưa chất độn dạng hạt vào nhựa nhiệt rắn thì ngoài tác dụng làm giảm lượng nhựa sử dụng, nó còn làm giảm độ giòn, làm tăng chất lượng bề mặt cũng như tăng độ cứng. Tuy nhiên, khả năng cải thiện tính chất cơ học của vật liệu gia cường dạng hạt phụ thuộc rất nhiều vào khả năng kết dính của nó với nhựa nền tại bề mặt ranh giới phân chia pha 2. Sự có mặt của các vật liệu gia cường dạng hạt đặc biệt là các hạt vô cơ ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và tính chất của compozit. Ảnh hưởng đó được thể hiện như sau: Làm thay đổi cấu trúc và khoảng cách giữa các nút mạng sau khi đóng rắn. Độn dạng hạt có thể hấp thụ nhiệt do quá trình đóng rắn tỏa ra, làm thay đổi động học quá trình đóng rắn và tốc độ đóng rắn. Bề mặt chất độn còn hấp phụ và thay đổi những mạch polyme đang phát triển 2. Làm biến đổi tính chất compozit do sự hấp phụ những thành phần có khối lượng phân tử thấp như chất hóa dẻo. 1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng của vật liệu polyme compozit Các yếu tố đó là: Bản chất của các vật liệu thành phần (vật liệu gia cường và vật liệu nền). Độ bền liên kết tại bề mặt tiếp xúc vật liệu nềnvật liệu gia cường. Hình dạng, kích thước của vật liệu gia cường. Khi vật liệu compozit chịu tác dụng của ngoại lực, tải trọng tác dụng lên vật liệu nền sẽ được truyền sang vật liệu gia cường qua bề mặt tiếp xúc. Nếu compozit yêu cầu có độ bền và độ cứng cao thì vật liệu gia cường phải liên kết bền vững với vật8 liệu nền. Tuy nhiên, một bề mặt tiếp xúc bền thì sẽ tạo compozit có độ cứng và độ bền cao nhưng khả năng chống lại sự phát triển vết nứt kém do đặc tính giòn 2. Khả năng kết dính giữa vật liệu nền và vật liệu gia cường tốt là nhờ tồn tại các liên kết, tương tác tại bề mặt tiếp xúc. Muốn các liên kết này phát triển thì trước hết phải có sự thấm ướt tốt vật liệu nền lên bề mặt vật liệu gia cường. Khả năng thấm ướt được định nghĩa là mức độ phủ của chất lỏng lên một bề mặt rắn và thường được đánh giá qua góc tiếp xúc . Góc tiếp xúc  có mối tương quan với năng lượng bề mặt của các pha theo công thức Young (hình 1.4) 106. Hình 1.4: Sự liên hệ giữa góc tiếp xúc theta và năng lượng bề mặt theo công thức Young γSV = γLV cos  + γSL Trong đó: : góc tiếp xúc γSV: Năng lượng bề mặt của chất rắn tiếp xúc chất khí, N.m1 γLV: Năng lượng bề mặt của chất lỏng tiếp xúc chất khí, N.m1 γSL: Năng lượng tại mặt tiếp giáp giữa chất rắn và chất lỏng, N.m1 Nếu  = 0: Chất lỏng thấm ướt hoàn toàn bề mặt vật liệu gia cường rắn Nếu 0< < 900: Chất lỏng thấm ướt không hoàn toàn bề mặt vật liệu gia cường rắn Nếu 900<  < 1800: Chất lỏng không thấm ướt bề mặt vật liệu gia cường rắn Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bám dính, liên kết tại bề mặt tiếp xúc: Trong quá trình gia công, cần điều chỉnh điều kiện gia công phù hợp để có sự thấm ướt kết dính tốt giữa vật liệu nền và vật liệu gia cường. Các yếu tố giúp tạo liên kết tốt tại bề mặt tiếp xúc 2: Góc tiếp xúc nhỏ giữa vật liệu nền và vật liệu gia cường Sức căng bề mặt vật liệu nền lỏng càng thấp càng tốt Độ nhớt vật liệu nền khi gia công thấp9 Tăng áp suất để giúp vật liệu nền chảy tốt. Độ nhớt sau gia công của vật liệu nền cao (làm nguội, đóng rắn) Như vậy, để nâng cao tính chất của sản phẩm hay cụ thể là nâng cao được các tính chất cơ học và độ bền nhiệt của vật liệu thì hạt vô cơ cần được xử lý hoặc biến tính nhằm cải thiện khả năng kết dính với nhựa nền polyme tại bề mặt phân chia pha. Phương pháp xử lý hoặc biến tính này có thể làm tăng diện tính bề mặt riêng hoặc tăng hoạt tính bề mặt của độn vô cơ với nhựa nền hữu cơ. 1.2. Nhựa nền nhiệt rắn epoxy 1.2.1. Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy Nhựa epoxy là một loại nhựa nhiệt rắn và được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng trong đó nhựa epoxy phổ biến và quan trọng nhất là nhựa tạo thành từ phản ứng của diphenylolpropan (DPP) hay Bisphenol A và epiclohydrin (ECH). Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy xảy ra theo hai giai đoạn với xúc tác kiềm 47. Giai đoạn 1: nhóm epoxy của epiclohydrin tác dụng với hydro của Bisphenol A. Đây là giai đoạn kết hợp, phản ứng tỏa nhiệt mạnh, xảy ra nhanh ở nhiệt độ 60 70oC. Giai đoạn 2: sản phẩm của giai đoạn 1 tạo ra có nhóm –OH bậc 2 ở vị trí α so với nguyên tử clo. Ở vị trí này trong môi trường kiềm xảy ra phản ứng tách loại HCl và tạo nhóm epoxy mới. Giai đoạn tách HCl phản ứng thu nhiệt (H = 28,09 kcalmol), xảy ra chậm.10 Sản phẩm epoxy trung gian tạo thành lại tiếp tục phản ứng với Bisphenol A khi tỷ lệ mol epiclohydrinBisphenol A < 2 thì nhận được nhựa oligome có công thức tổng quát như sau: Khối lượng phân tử nhựa epoxy dao động trong khoảng từ 300 18000 tùy thuộc vào tỷ lệ mol epiclohydrinBisphenol A, nhiệt độ, thời gian phản ứng và nồng độ NaOH đã sử dụng. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol này đến đương lượng gam và nhiệt độ chảy mềm của nhựa epoxy thể hiện ở bảng 1.1. Bảng 1.1: Ảnh hưởng của tỷ lệ ECH và DPP đến tính chất của nhựa epoxy 47 Tỉ lệ mol ECHDPP Đương lượng gam epoxy (EEW) Điểm mềm hóa (oC) 1.57:1.0 450 – 525 65 – 75 1.22:1.0 870 1025 95 – 105 1.15:1.0 1650 2050 125 – 135 1.11:1.0 2400 4000 145 – 155 1.2.2. Một số loại nhựa epoxy Nhựa epoxydian: được tổng hợp từ epiclohydrin và Bisphenol A Nhựa epoxy mạch vòng no: nhận được nhờ phản ứng epoxy hóa các hợp chất chứa nối đôi bằng peraxit axetic như 3,4epoxy 6metylxyclohexylmetyl3,4epoxy 6 metyl xyclohexan cacboxylat(Unox Epoxy 201).11 hay vinyl xyclohexan dioxit (Unox Epoxy 206) Nhựa epoxyeste là sản phẩm biến tính của nhựa epoxydian bằng axit béo Nhựa epoxyphenolic là sản phẩm trùng ngưng giữa phenolic và epiclohydrin Phụ thuộc vào phương pháp tổng hợp mà nhựa epoxy có nhiều loại khác nhau. Lựa chọn loại epoxy cho các ứng dụng compozit thường dựa vào điều kiện sử dụng sản phẩm do sự khác nhau đáng kể giữa tính chất nhiệt và tính chất cơ lý của nó như: modun, biến dạng phá hủy, nhiệt độ thủy tinh hóa. Nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ sử dụng. Tg thường cao đối với những epoxy giòn, nhưng Tg thấp hơn đối với nhựa epoxy dẻo dai. Trên thế giới mỗi hãng sản xuất lại có cách quy ước tên gọi và mã số tương ứng riêng cho các loại epoxy. Cụ thể một số tên thương mại của epoxy trình bày ở bảng 1.2 sau.12 Bảng 1.2: Một số công ty sản xuất và tên thương mại của nhựa epoxy 47, 68 Công ty sản xuất Tên thương mại của nhựa epoxy Dow Chemicals DER, DEN, DEH, Derakane, ERL Ciba, Vantico Araldite, Aracast Kukdo Chemicals YD Dainippon Ink Chemicals (DIC) Epiclon Japan Epoxy Resin (JER) Epikote Asahi Kasei AER Mitsui Chemicals Eponik Sumitomo Chemicals Sumiepoxy Thai Epoxy Epotec China E40, E41, E44, EG101 Shell Chemical Epon 1001, 1004, 1007, 1009 Russia ED14, ED16, ED20, ED22 1.2.3. Tính chất của nhựa epoxy Nhựa epoxy khi chưa đóng rắn có màu từ vàng sáng đến trong suốt, ở dạng lỏng (M