polypropylen và bột khoáng talc
Nhìn chung, khi talc được gia cường cho các loại vật liệu polyolefin, nó làm tăng độ cứng, tăng khả năng bền nhiệt, nhiệt độ kết tinh của vật liệu tăng trong khi độ co ngót của sản phẩm lại giảm xuống. Talc cũng được sử dụng như một tác nhân tạo mầm kết tinh, hay một tác nhân bôi trơn trong quá trình gia công chế tạo vật liệu.
Trong quá trình kết tinh PP, sự xuất hiện của khoáng talc có vai trò như một tác nhân tạo mầm giúp cho quá trình kết tinh của sản phẩm trở nên dễ dàng hơn. Nhiệt độ bắt đầu diễn ra quá trình kết tính tăng lên đồng thời tỷ lệ
kết tinh cũng được tăng cường (hình 1.8). Điều này dẫn đến sự đồng nhất của các tinh thể trên toàn bộ thể tích vật liệu dẫn đến độ cứng của nó cao hơn so với sản phẩm không chứa talc. [17].
Hình 1.8: Ảnh hưởng của khoáng talc đến nhiệt độ kết tinh của vật liệu
Talc có độ dẫn nhiệt cao hơn đáng kể so với polyolefin. Điều này dẫn đến sự truyền tải nhiệt nhanh hơn, cả nguồn nhiệt đưa vào và giải phóng ra, trong quá trình gia công vật liệu. Hình dưới đây cho thấy tác dụng về sự dẫn nhiệt khi PP được gia cường các hàm lượng talc khác nhau.
Hình 1.9: Ảnh hưởng của độ truyền tải nhiệt ở các hàm lượng talc khác nhau
Khả năng gia tăng độ truyền nhiệt của talc cho PP trong quá trình gia công làm cho sản phẩm tạo ra đồng nhất hơn. Bên cạnh đó, khả năng dẫn
nhiệt cao của hỗn hợp làm cho thời gian cấp nhiệt gia công và thời gian làm mát sản phẩm ngắn hơn giúp giảm bớt chi phí sản xuất.
Talc là chất gia cường thông dụng nhất cho PP để gia tăng độ bền nhiệt khi làm việc trong môi trường có nhiệt độ và áp suất cao như các thiết bị trong xe hơi. Với 40% hàm lượng talc làm tăng điểm chảy mềm PP từ 66ºC tới 100ºC [17].
Hầu hết các sản phẩm polyolefin bị co ngót ở một mức độ nhất định khi nguội. Talc làm giảm độ co ngót trong quá trình ép tạo mẫu. Nó cũng giảm hệ số giãn nở nhiệt, phần gia cường không nở ra hoặc co lại như phần không gia cường trong suốt quá trình thay đổi nhiệt độ.
Thông thường độ cứng của polyolefin sẽ tăng gấp đôi khi thêm 20% bột talc, nhưng hình dạng hạt là rất quan trọng. Bột khoáng talc có cấu trúc dạng vẩy, ở hình dạng này độ cứng của vật liệu tăng nhẹ khi kích thước hạt giảm.
Tuy nhiên việc phân tán, phân bố của talc bên trong polyme, tương tác pha giữa các hạt nền, tất cả đều có ảnh hưởng tới tính chất của polyolefin/talc. Talc chưa xử lý bề mặt sẽ dẫn đến quá trình kết tụ khi được phối trộn với polyolefin, kết quả là độ phân bố thấp. Bên cạnh đó, khả năng tương thích kém giữa bề mặt talc và PP dẫn đến độ bám dính bề mặt pha thấp kết quả tính chất cơ lý của vật liệu thấp.
Hattotuwa G.B. và các cộng sự đã so sánh tính chất cơ lý của vỏ trấu và bột talc trong PP. Mẫu vỏ trấu và bột talc được trộn với PP trong máy trộn Brabender ở nhiệt độ 180ºC tốc độ 50 rpm. Hàm lượng chất độn từ 0-60 phần khối lượng (trên 100 phần khối lương polyme). Tác giả thấy rằng mẫu bột talc dễ dàng trộn hợp hơn so với vỏ trấu. Độ bền kéo, mô đun của mẫu bột PP/talc có giá trị cao hơn PP/vỏ trấu, tuy nhiên độ dãn dài khi đứt của mẫu vỏ trấu/PP
lại cao hơn mẫu PP/talc [18].
Velasco và đồng nghiệp [19] đã nghiên cứu tính chất phá hủy của một nhóm vật liệu PP được gia cường bởi khoáng talc có và không có biến đổi bề mặt bằng hợp chất silan ở tốc độ biến dạng cao và thấp. Trong thử nghiệm với tốc độ biến dạng cao, tất cả các mẫu vật liệu đều bị phá hủy trong trạng thái giòn trong khi thử nghiệm với tốc độ biến dạng thấp cho thấy các mẫu vật liệu gia tăng phần phá hủy mềm dẻo. Các thử nghiệm này trong trường hợp bột talc được biến đổi bề mặt bằng các hợp chất silan đều cho kết quả giá trị tích phân J (mức độ suy giảm năng lượng hấp thụ trong quá trình quá hủy) giảm đáng kể so với trường hợp bột talc không được biến đổi bề mặt.
Một vài tác giả khác đã tìm được giá trị độ bền va đập GC lớn nhất tương ứng với hàm lượng talc ở khoảng 5-10% [20-22]. Shelesh-Nezhad và cộng sự đã báo cáo độ bền va đập Izod lớn nhất ở hàm lương talc (không được xử lý bề mặt) là 20%, trong khi đó Maiti và cộng sự cho biết sự suy giảm mạnh tới 60% giá trị so với PP ban đầu khi hàm lượng talc là 30% [23].
Leong [24] đã thông báo kết quả có một cân bằng độ bền va đập Izod đến 0.08 phần khối lượng trước khi giảm mạnh trong quá trình khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng khoáng talc trong khoảng từ 0 đến 0.16 phần khối lượng.
Svehlova và đồng nghiệp đã nhận thấy rằng độ bền va đập Charpy đã suy giảm khi tăng hàm lượng khoáng talc [25]. Cùng hướng nghiên cứu này, ảnh hưởng của kích thước hạt khoáng talc cũng đã được xem xét khi sử dụng 4 kích thước hạt khoáng talc khác nhau. Độ bền va đập Charpy suy giảm tuyến tính theo kích thước hạt trung bình của khoáng talc.
Wah và cộng sự [26] đã nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủ bề mặt khoáng talc với tác nhân ghép nối titanat trong hệ vật liệu compozit PP/talc.
Ảnh hưởng tích cực của tác nhân ghép nối titanat đến độ bền va đập của vật liệu đã được quan sát thấy. Quá trình xử lý bề mặt dựa trên axit stearic đưa đến giá trị cao hơn của độ bền va đập Charpy trong khi axit oleic lại có ảnh hưởng tiêu cực.
Chương 2.THỰC NGHIỆM