3.2.1. Độ bền kéo đứt
Khi khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng mica không biến đổi và được biến đổi bề mặt bằng vinylsilan ở nồng độ 1% và 2 % đến tính chất chất và cấu trúc hình thái của vật liệu PP/mica thấy rằng cần phải biến đổi bề mặt mica để tăng khả năng tương tác với nền PP, tạo vật liệu có tính chất tốt hơn. Mica biến đổi bề mặt ở dung dịch silan 2% có khả năng gia cường tốt hơn. Trong phần này ảnh hưởng của các hợp chất silan khác nhau để biến đổi bề mặt mica đến tính chất của vật liệu PP/mica đã được khảo sát để xác định loại hợp chất silan thích hợp. Ngoài mica biến đổi bề mặt bằng vinyl silan, 3 loại mica khác biến đổi bề mặt bằng glicidosilan, aminsilan và vinyl-aminsilan đã được sử dụng để khảo sát.
Bảng 3.3: Độ bền kéo đứt vật liệu PP/Mica biến đổi bề mặt bằng các hợp chất silan khác nhau ở nồng độ 2% Độ bền kéo đứt (MPa) Hàm lượng Mica Mn Mtg 2% Mtva 2% Mta 2% Mtv 2% 0% 30,3 30,3 30,3 30,3 30,3 5% 17,58 18,4 19,86 18,4 24,2 10% 17,1 18,34 19,46 17,9 23,76 20% 15,6 17,8 15,8 17,06 17,96 30% 14,09 17,3 15,7 16,23 16,3
Trong đó:
Mn: khoáng mica không được xử lý bề mặt
Mtg: (glicidosilan), Khoáng mica xử lý bằng Glycidoxypropyltrimethoxysilan
Mtva: (vinyl-aminsilan), Khoáng mica xử lý bằng Vinylbenzylaminoethylaminopropyltrimethoxysilan
Mta: (aminsilan), Khoáng mica xử lý bằng aminopropyltriethoxysilan
Mtv: (vinylsilan), Khoáng mica xử lý bằng Vinyltrimethoxysilan Độ bền kéo đứt của các vật liệu compozit PP/mica với hàm lượng mica khác nhau và được biến đổi bề mặt bằng các hợp chất silan khác nhau ở nồng độ 2% được thể hiện trên bảng 3.3 và hình 3.4
Cũng giống như ở trên, khi có mặt mica không biến đổi bề mặt hay đã biến đổi bề mặt bằng các loại silan khảo sát độ bền kéo đứt của tất cả các mẫu đã bị suy giảm. Sự suy giảm này chứng tỏ mica đóng vai trò như một chất độn, ít làm thay đổi cấu trúc mạch của PP. Tuy nhiên tùy từng loại silan trên bề mặt của mica mà cấu trúc mạch phân tử PP thay đổi khác nhaụ
Ở vật liệu PP/mica chưa biến đổi bề mặt Mn, suy giảm độ bền kéo đứt là lớn nhất, nó suy giảm rất nhanh khi có 5% mica, từ 30,3 MPa xuống còn 17,58 MPa và sau đó biến đổi chậm dần (hình 3.1-c). Tuy nhiên sự suy giảm này đã được cải thiện khi bề mặt mica được biến đổi bề mặt bằng các hợp chất silan.
Hình 3.4: Ảnh hưởng của hàm các hợp chất silan khác nhau đến độ bền kéo đứt vật liệu PP/Mica
Bốn loại hợp chất silan sử dụng để khảo sát có các nhóm chức hữu cơ là glycido, vinyl, amin và vinylamin. Trong đó thấy rằng, mica biến đổi bề mặt bằng hợp chất silan có nhóm chức vinyl Mtv đã có tác dụng làm tăng độ bền kéo đứt của vật liệu hơn cả so với vật liệu PP/Mn không biến đổi bề mặt (hình 3.4-a). Khi có 5% mica, độ bền kéo đứt của vật liệu PP/Mtv đạt được giá trị 24,2, tăng 37% so với vật liệu PP/Mn. Các mẫu vật liệu PP/Mtva cũng có độ bền kéo đứt được cải thiện đáng kể, đạt 19,86 MPa, tăng 12% (hình 3.4- b). Điều này chứng tỏ các hợp chất silan có nhóm chức vinyl (Mtv và Mtva) đã đóng vai trò là tác nhân ghép nối tốt nhất cho mica với polyme nền PP, sau đó là đến Mtg và cuối cùng là Mta (hình 3.4-c và d).
3.2.2. Độ dãn dài khi đứt
Độ dãn dài khi đứt của vật liệu PP/mica giảm khi tăng hàm lượng micạ Sự suy giảm này tương ứng với biến đổi độ bền kéo đứt của vật liệụ
Khi đưa mica chưa biến đổi bề mặt vào PP, hai thành phần này khó
a- PP/Stv b- PP/Stva c- PP/Sta d- PP/Stg e- PP/Sn 12 15 18 21 24 27 30 33 0 10 20 30 40 Đ ộ b ề n k é o đ ứ t (M p a ) a b c d e Hàm lượng sericit (%)
tương hợp với nhau, mica khó phân tán đều trong PP nhất là các phiến của chúng dễ kết tụ, tạo khuyết tật trong vật liệu nên độ dãn dài bị suy giảm. Mặt khác, khi mica không tương tác tốt với nền PP, chúng đơn thuần chỉ là chất độn làm các mạch PP bị tách xa nhau, lực Van der Waals giữa các mạch PP giảm đi đáng kể. Đây cũng là nguyên nhân làm suy giảm độ dãn dài khi đứt của vật liệụ
Cũng giống như độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt của vật liệu PP/mica cũng được gia tăng khi mica biến đổi bề mặt bằng các hợp chất silan. Hợp chất silan đóng vai trò là tác nhân kết nối giữa PP mica và nền PP. Ở đây thấy rằng, các hợp chất silan có nhóm chức vinyl đã có tác dụng gia tăng độ dãn dài khi đứt hơn cả. Ở hàm lượng 20% mica, độ dãn dài khi đứt của vật liệu PP/Mtv đạt 627%, tăng 66,3% so với vật liệu PP/Mn, tăng 9,2% so với vật liệu PP/Mta, tăng 7,1% so với PP/Mtg và tăng 3,6% so với vật liệu PP/Mtvg.
Bảng 3.4: Độ dãn dài vật liệu PP/Mica biến đổi bề mặt bằng các hợp chất silan khác nhau ở nồng độ 2%
Độ dãn dài khi đứt (%) Hàm
lượng
Mica PP/Mn PP/Mtg PP/Mtva PP/Mta PP/Mtv
0% 710 710 710 710 710
5% 459 655 665 661 676
10% 425 629 547 617 653
20% 377 585 605 574 627
Biến đổi bề mặt mica làm chất độn cho PP là cần thiết để tăng khả năng tương tác pha, giúp cho vật liệu có các tính chất cơ lý tốt hơn. Độ dãn dài khi đứt của các vật liệu PP/mica được biến đổi bề mặt và không biến đổi bề mặt đều thấp hơn so với PP ban đầụ Tuy nhiên các giá trị này vẫn còn đủ lớn (>500%), đáp ứng nhiều mục đích sử dụng khác nhaụ
Kết quả cho thấy, Vật liệu PP/mica, với hàm lượng Mtv 15-20% và 2% vinylsilan có các tính chất cơ lý tốt, như độ bền kéo đứt > 20 Mpa và độ dãn dài khi đứt > 600 %, vật liệu đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và kinh tế khi triển khai ứng dụng.