Đồ thị ứng suât biến dạng của mẫu nanocompozit PP/PPgMA/CNTbt ứng với hàm lượng CNT biến tính từ 0,5 đến 4% khối lượng được trình bày tại hình 3.16.
Hình 3.16. Đồ thị ứng suât biến dạng của mẫu nanocompozit PP/PPgMA/CNTbt với (a) 0% CNT; (b) 0,5% CNT; (c) 1% CNT; (d) 2% CNT; (e) 3% CNT; (f) 4% CNT
Kết quả cho thấy, với đồ thị ứng suất biến dạng của compozit PP/PPgMA thì vật liệu PP có độ bền kéo đứt thấp nhưng độ dãn dài rất cao, khi tác động lực kéo, các phân tử polyme duỗi thẳng, tăng chiều dài và tăng ứng suất. Ở trạng thái kéo căng, dưới tác dụng của chuyển động nhiệt, trong mẫu dần dần xảy ra sự sắp xếp lại các đoạn. Đây là quá trình tự phát triển, đưa mẫu đến một trạng thái cân bằng mới phù hợp với điều kiện bên ngoài. Sự sắp xếp lại các đoạn dần dần sẽ khôi phục lại các khoảng cách nguyên tử và các đại lượng góc hoá trị ban đầu. Điều này xảy ra được là do sự chuyển từ từ qua vô số hình thái sắp xếp, từ cuộn chặt đến duỗi dần ra của các đại phân tử và các bó phân tử. Sự biến dạng các liên kết (yếu tố năng lượng)
được thay thế dần bởi sự sắp xếp lại của các đơn vị động học, một hình dạng mới của đại phân tử (yếu tố entropi). Quá trình này làm giảm mạnh lực giữ mẫu ở độ dãn dài cho trước. Khi thời gian tác dụng của ứng suất đủ lớn, do sự cản trở của lực kéo ngày càng giảm, chuyển động nhiệt (yếu tố entropi) bắt đầu dần dần cuộn các phân tử duỗi thẳng lại. Quá trình cuộn phân tử lại kèm theo sự trượt của chúng với nhau, nghĩa là các phân tử bắt đầu dịch chuyển không thuận nghịch. Kết quả là ứng suất cần thiết để duy trì độ dãn dài ban đầu tiếp tục giảm xuống. Hậu quả của tất cả sự sắp xếp lại cấu trúc polyme kể trên là hình dạng mẫu thay đổi phù hợp với độ dãn dài đã cho. Quá trình này gây ra biến dạng dẻo, ứng suất tại đó là ứng suất dẻo, các đại phân tử sẽ còn chuyển dịch đến chừng nào trong mẫu còn ứng suất. Chúng sẽ sắp xếp sao cho trong hình dạng mới do ngoại lực gây ra và mẫu không phải chịu ứng suất, tức là ở trạng thái cân bằng mới. Sau đó ứng suất không tăng nữa do sự sắp xếp lại và trượt giữa các phân tử dọc theo mẫu.
Khi chế tạo vật liệu PP/PPgMA/CNT xảy ra các quá trình lần lượt như hình dưới, kết quả ta được vật liệu compozit với nhiều mạch liên kết do CNT tạo nên, giữa các phân tử PP và PPgMA cũng tương tác với nhau thông qua mạch MA.
Khi thêm CNTbt vào PP làm cho vật liệu trở lên giòn hơn, độ giãn dài giảm đi nhiều. Điều này là do CNT có độ bền cơ lý cao nhưng rất cứng dẫn đến khi phân bố khắp trong pha nền sẽ làm độ dãn dài vật liệu kém đi.
Kết quả đo tính chất cơ lý của vật liệu PP/PPgMA/CNT biến tính trình bày tại bảng 3.7 cho thấy: khi thêm CNT biến tính vào PP thì độ bền cơ lý của mẫu tăng lên nhiều và độ dãn dài của vật liệu cũng bị giảm mạnh. Điều này được giải thích là do CNT biến tính được phân bố đều trong pha nền, chúng xen kẽ vào các khoảng trống giữa các đại phân tử polyme, CNT biến tính có dạng sợi đan xen nhau làm
cho độ bền kéo tăng lên nhưng nó làm khoảng trống giữa các đại phân tử giảm đi dẫn đến các phân tử polyme bị bó cứng do đó làm giảm độ dãn dài của vật liệu.
Bảng 3.8. Tính chất cơ lý của vật liệu PP/ PPgMA /CNT biến tính phụ thuộc vào hàm lượng CNT biến tính Hàm lƣợng CNT biến tính Độ bền kéo đứt (MPa) Độ dãn dài khi đứt (%)
Mô đun đàn hồi (GPa) 0 27,1 368 1,10 0,5 34,3 195 1,92 1 39,5 166 1,93 2 42,5 74 1,60 3 45,6 51 1,85 4 47,3 32 1,80
Khi tăng hàm lượng CNT biến tính sẽ làm tăng mật độ của CNT trong nền nhựa làm tính chất cơ lý tăng, tuy nhiên, khi hàm lượng CNT biến tính quá lớn sẽ dẫn tới hiện tượng co cụm thành các búi CNT do đó tính chất cơ lý của vật liệu tăng chậm hơn và độ dãn dài giảm mạnh hơn khi tăng hàm lượng CNT biến tính.
Kết quả cho thấy, khi thêm 1% CNT biến tính vào mẫu PP/PPgMA 2% thì độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit thu được tăng tới 45,7%, mô đun đàn hồi tăng 84,5%. Tiếp tục tăng hàm lượng CNT biến tính thì tính chất cơ lý vẫn tăng lên nhưng không nhiều, ngoài ra, do giá thành của CNT vẫn còn cao nên luận văn lựa chọn hàm lượng CNT biến tính là 1% trong chế tạo nanocompozit PP/ PPgMA/ CNTbt
Hình 3.17. Ảnh hưởng của hàm lượng CNT biến tính đến tính chất cơ lý của nanocompozit PP/PpgMA/CNTbt
Tiến hành khảo sát độ bền va đập của vật liệu nanocompozit PP/ PPgMA/ CNT biến tính trên máy đo độ bền va đập Charpy Radmana, kết quả được trình bày tại hình 3.18 có kết quả như sau:
Hình 3.18. Đồ thị va đập của mẫu nanocompozit PP/PPgMA/CNTbt với (a) 0% CNT; (b) 0,5% CNT; (c) 1% CNT; (d) 2% CNT; (e) 3% CNT; (f) 4% CNT % CNT Lực kéo [N] Năng lượng hấp thụ [J] Độ cao của búa [mm] Gradient [N/mm] Vận tốc va đập [mm/s] 0 371,799 1,957 11,143 40,008 4492 0,5 389,537 2,668 11,073 9,894 5208 1 430,389 3,241 13,357 38,057 4573 2 395,356 3,652 12,563 26,138 4235 3 360,264 3,938 20,368 -1,201 4278 4 369,541 4,357 23,029 22,647 4614
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn độ bền va đập của nhựa PP/PPgMA/CNT biến tính theo hàm lượng CNT
Kết quả xác định độ bền va đập cho thấy khả năng hấp thụ lực của sản phẩm chế tạo có gia cường CNT biến tính cao hơn hẳn so với vật liệu PP ban đầu. Ở hàm lượng dưới 1% CNT biến tính thì độ bền va đập tăng mạnh, với hàm lượng lớn hơn 1% CNT biến tính thì độ bền va đập vẫn tăng nhưng chậm hơn
Hình 3.20. Ảnh SEM mẫu nanocompozit PP/PpgMA chứa 0,5% CNT (a); 1% CNT (b); 2 % CNT (c); 3% CNT (d); 4% CNT (e) a c b e d