5. Điểm mới của đề tài
3.5. Khả năng chống cháy của vật liệu compozitHDPE/EVA/gypsum
HDPE/EVA/gypsum
Khả năng chống cháy của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum có và không có phụ gia chống cháy được biểu diễn qua bảng 3.4 và bảng 3.5.
Bảng 3.4. Khả năng chống cháy của vật liệu compozit HEgsO tại các hàm lượng gypsum khác nhau theo phương pháp cháy ngang UL-94
Gypsum (%kl)
Thời gian cháy (giây) Tốc độ cháy (mm/phút) 0 161 28,13 2 190 23,68 5 159 28,30 7 167 26,95 10 173 26,01 15 180 25, 00
Khảo sát khả năng chống cháy của vật liệu compozit HEgsO cho thấy, khi hàm lượng gypsum tăng từ 0 đến 15 %kl thời gian cháy của vật liệu compozit có xu hướng tăng nhẹ từ 161 đến 180 giây. Kết quả này do hàm lượng nhựa trong mẫu giảm và hàm
37
lượng gypsum tăng dần tạo ra một lớp barier ngăn nhiệt, do vậy kéo thời gian cháy của vật liệu. Tốc độ cháy được tính toán từ thời gian cháy của vật liệu, kết quả thu được cho thấy, các mẫu HEgsO có tốc độ cháy nhỏ hơn 29 mm/phút. Kết quả này chứng tỏ, các mẫu này đều đạt tiêu chuẩn UL-94 HB (có tốc độ cháy nhỏ 75 mm/phút với độ dày mẫu nhỏ hơn 3 mm).
Bảng 3.5: Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng gypsum đến thời gian tắt cháy của vật liệu HEgsB và HEgsP theo phương pháp cháy đứng UL-94
Gypsum (%)
Thời gian cháy (giây) HEgsB (Tổng thời gian tắt cháy t1 + t2) Đánh giá HEgsP (Tổng thời gian tắt cháy t1 + t2) Đánh giá 0 150 Đạt V-2 150 Đạt V-2 2 139 Đạt V-2 91 Đạt V-2 5 114 Đạt V-2 122 Đạt V-2 7 112 Đạt V-2 105 Đạt V-2 10 102 Đạt V-2 107 Đạt V-2 15 65 Đạt V-2 84 Đạt V-2
Khi có mặt phụ gia chống cháy amoni polyphotphat và Zn - stearat, vật liệu có khả năng tự dập tắt. Do vậy, để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng gypsum biến tính và không biến tính tới khả năng chống cháy của vật liệu, các mẫu HEgsB và HEgsP đo theo phương pháp cháy đứng UL-94, các kết quả được trình bày trên bảng 3.5. khi tăng hàm lượng gypsum, thì tổng thời gian tắt cháy
38
(t1+t2) của các mẫu compozit có xu hướng giảm dần. Các mẫu sử dụng gypsum biến tính có tổng thời tắt cháy nhanh hơn so với mẫu sử dụng gypsum không biến tính. Điều đó có nghĩa các mẫu này có khả năng dập cháy nhanh hơn khi sử dụng gypsum biến tính. Ví dụ, ở hàm lượng 15% gypsum, tổng thời gian tắt cháy của mẫu HEgsB là 65 giây, trong khi mẫu HegsP là 85. Điều này chứng tỏ rằng, khi được biến tính, gypsum dễ dàng phân tán trong nền nhựa HDPE/EVA, nhờ đó, lớp gypsum bền nhiệt (nhiệt độ phân hủy gypsum > 1200oC) kết hợp với muối Zn-Stearat và amoni polyphotphat để tạo thành lớp sỉ bền nhiệt bao quanh lớp nhựa nền, ngăn chặn sự xâm nhập của oxy vào bên trong vật liệu. Đặc biệt sự bay hơi nước trong gypsum ở nhiệt độ cao góp phần làm giảm nhiệt năng của quá trình phản ứng cháy. Kết quả thu được cho thấy, các mẫu này đạt tiêu chuẩn chống cháy UL-94, cấp độ V-2 (có tổng thời gian cháy nhỏ hơn 250 giây).
3.6. Tính chất nhiệt của vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum 400 600 800 -100 -80 -60 -40 -20 0 HEgsB Kho i l uo ng co n la i(% ) Nhiet do ( o C ) HEgsP HE/EVA HEsgO
39
Để đánh giá độ bền nhiệt của vật liệu compzit HDPE/EVA/gypsum, các mẫu được phân tích bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng (TGA) từ nhiệt độ phòng đến 800oC trong môi trường khí nito.
Từ hình 3.5 cho thấy, sự phân hủy nhiệt của các mẫu compozit và mẫu nhựa nền HDPE/EVA trải qua ba giai đoạn. Giai đoạn 1, từ nhiệt độ phòng đến 400oC sự mất khối lượng đạt xấp xỉ 10 %kl. Đối với HDPE/EVA và mẫu HEgsO, sự mất khối lượng trong giai đoạn này nhiều hơn do sự mất nước có trong gypsum và một phần sự phân hủy của EVA ban đầu (hàm lượng nhựa EVA trong hai mẫu này cao hơn so với mẫu HEgsP và HEgsB). Trong khi, đối với mẫu HEgsP, sự giảm khối lượng có thêm sự đóng góp của phụ gia chống cháy amoni polyphotphat (phân hủy sớm trong khoảng từ 240 – 350oC). Bên cạnh đó, mẫu HEgsB có sử dụng chất biến tính EBS (phân hủy trong khoảng 300o
C – 400oC), điều này dẫn tới sự phân hủy nhiệt tại các mẫu sử gypsum biến tính xảy ra sớm hơn và sự mất khối lượng trong giai đoạn này cao hơn so với mẫu không biến tính.
Trong giai đoạn 2, sự mất khối lượng chủ yếu do sự phân hủy của nhựa HDPE và EVA trong khoảng nhiệt độ từ 400 oC đến 550 oC. Các mẫu có hàm lượng EVA và HDPE cao hơn thì sự mất khối lượng xảy ra lớn hơn. Trong giai đoạn 1 + giai đoạn 2, tổng khối lượng phân hủy của mẫu HDPE/EVA và HEgsO đạt giá trị lần lượt là 91,05 % và 84,26 %. Trong khi các mẫu HEgsB và HEgsP đạt giá trị thấp hơn là 81,52 % và 80,23 %.
40
Trong giai đoạn 3, sự mất khối lượng xảy ra trong khoảng từ 550oC đến 800o
C chủ yếu do sự hóa than của mẫu nhựa nền, trong khi gypsum không bị ảnh hưởng bởi nhiệt
400 600 -20 -15 -10 -5 0 HEgsB HEgsP HEsgO HE/EVA D T G (% /mi n ) Nhiet do ( o C ) 363 367
Hình 3.6: Đường DTG của các mẫu vật liệu HDPE/EVA/gypsum
Quan sát giản đồ DTG của các mẫu compozit cho thấy, mẫu HEgsB và HEgsP có hai píc đặc trung cho quá trình phân hủy cực đại. Ở píc đầu tiên, mẫu HEgsB xảy ra sớm hơn do sự phân hủy sớm của EBS tại 363 o
C, trong khi mẫu không biến tính HEgsP xảy chậm hơn tại 367 oC. Điều này cho thấy, EBS không đóng vai trò cải thiện độ bền nhiệt do dễ bị phân hủy. Ở píc 2, quá trình mất khối lượng của mẫu chủ yếu do sự phân hủy của HDPE và EVA. Nhiệt độ phân hủy cực đại của các mẫu này không có sự khác biệt đáng kể.
41
KẾT LUẬN
Kết quả phân tích phổ IR cho thấy EBS đã được ghép thành công lên bề mặt của gypsum. Gypsum biến tính bằng EBS đã cải thiện độ bền kéo đứt, hạn chế sự suy giảm độ giãn dài khi đứt của vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum. Tại hàm lượng 7 % gypsum biến tính, mẫu HEgsB đạt độ bền kéo đứt cao nhất là 19,2 Mpa, độ dãn dài khi đứt là 356 %, mô đun đàn hồi là 404 Mpa. Hơn nữa, việc sử dụng gypsum biến tính làm tăng độ cứng của vật và khả năng chống cháy. Tuy nhiên, sự có EBS dẫn tới sự phân hủy nhiệt xảy ra sớm hơn so với mẫu không biến tính.
42
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng anh
[1]. Nicole M. Stark, Laurent M. Matuana (200 ), Surface chemistry changes of weathered HDPE/wood -flour composites
studied by XPS and FTIR spectroscopy,Polymer Degradation and
Stability, Volume 86,Issue 1, [1-9].
[2]. Robert E. Lee, Donald Hallenbeck, Jane Likens (2003),
Stabilization of Flame -Retarded Polyprolene.
[3]. Q.Fu, Y.Men, G.Strobl(2003), Understanding of the tensile deformation in HDPE/LDPE blends based on their crystal
structurre and phase morphology, Page 1927-1933.
[4]. T. Ramos, L.C. Mendes (2014), Recycled high-density polyethylenne/gypsum composites: evaluation of the microscopic, thermal, flammability, and mechanical pro perties, Vol.7, No. 2, 199-208.
[5]. Sibele Piedage, Gerson Alberto Va lencia Albitres, Luis C Mendes, Volker Altstadt, Jair Braga, Gabriel Carvalho Bertassone Avila, Ivan de Sousa dos Silveira (2017), Advanced properties of composites of recycled high -density polyethylene and microfibers of sugaecane bagasse. Journal of C omposite
Materials.Journal ò Composite Materials, Vol.53, Issue 7
[6]. Effect of gypsum modified by stearic acid on properties
and morphology of HDPE/EVA/gypsum c omposites, Vietnam
Journal of Science and Technology, Vol. 53 (4C), 149 -159(2015). [7]. Marius Muariu, Lei Bonnaud, Paint Yoann, Gaelle Fontaine, Serge Bourbigot, Pholippe Dubois (2010), New trends in
43
sulfate (nano) composites tailored with Flame retardant
propreties. Polymer Degradation and Stability Volume 95, Issue3, papes 374-381.
[8]. Cong Zhu, Jianxin Zhang, Jiahui Peng, Wenxiang Cao, Jiangsen Liu (2018), Physical and mechanical prop erties of gypsum-based composites reinforced with PVA and PP fibers,
Construction and Building Materials, Pages 695-705.
[9]. https://vi.wikipedia.org/wiki/Polyme_compozit
Tiếng Việt
[10]. Vật liệu polyme blend (2011). Nhà xuất bản khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội.
[11]. Vũ Mạnh Cường (2010), Nghiên cứu và chế tạo polyme-compozit nền polyeste không no có sử dụng vi sợi xenlulozo, luận văn thạc sỹ khoa học[13-21]
[12]. Bùi Nam Kiên (2011), chế tạo vật liệu polyme compozit phân hủy sinh học trên cơ sở nhựa polypropylen (PP) gia cường bằng sợi dừa. Luận văn thạc sỹ khoa học [5-9].
[13]. Hoàng Thị Phương (2009), Đồ án nghiên cứu vật liệu polymer compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi sisal
[14]. Khương Việt Hà, Lê Hải Đăng, Nguyễn Thị Mai, Trần Thị Mai, Trần Hữu Trung, Mai Đức Huynh, Thái Hoàng, Nguyễn Vũ Giang (2015), Nghiên cứu tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu compozit polyetylen/compolyme etylen vinyl axetat/ gypsum biến tính natri dodecyl sunfat. Journal of Science and Technology 54,72-79.
[15]. TS. Vũ Trọng Minh (2016), Chế tạo, nghiên cứu tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/NANOSILICA [12-17]
44
[16]. Trần Thị Khánh, Nghiên cứu tính chất, cấu trúc và cách chế tạo hỗn hợp polyme PVC/EVA.
[17]. Nguyễn Quang Minh (2013), Nghiên cứu ứng dụng hạt gypsum phế thải chế tạo vật liệu PP/GS polyme compozit, Luận văn thạc sĩ khoa học, 11-45.
[18]. Nguyễn Thị Mai (2015), Nghiên cứu, chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở nhựa HDPE-EVA và hạt gypsum biến tính, luận văn thạc sĩ hóa học.
[19]. Nghiên cứu chế tạo và khảo sát một số tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/gypsum (2013). Tạp chí Khoa học và Công nghệ,t.51 (3A), 327-333.
[20]. Trần Thị Khánh(), Nghiên cứu tính chất, cấu trúc và cách chế tạo hỗn hợp polyme PVC/EVA.
[21]. TS. Vũ Trọng Minh (2016), Chế tạo, nghiên cứu tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/NANOSILICA[12-17]
[22]. https://www.facebook.com/HiepHoiNhuaKyThuatVietN am/posts/890157874355782
[23]. Nguyen Vu Giang and Myung Yul Kim (2006), Ảnh hưởng của lớp phủ ngoài axit stearic lên màng lọc chất thải – thạch cao trong hỗn hợp PVC/thạch cao phế thải, Hội nghị khoa học lần thứ 20, ĐHBK Hà Nội, số 12. 237-241. [24]. https://vnexpress.net/photo/thoi -su/nui-chat-thai-doc- hai-cao-40-met-o-hai-phong-3453759.html [25]. http://www.vinachem.com.vn/tin -tuc/tin-thi-truong- san-pham- vnc/san_luong_phan_bon_trong_nuoc_du_nhu_cau_vao_nam_20 [26]. http://nhuataisinh.org/hat -nhua-tai-sinh-hdpe/
45
[27]. Vũ Minh Trọng (2015), Nghiên cứu, chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay biến tính ứng dụng làm vỏ dây cáp thông tin và cáp điện lực, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam,12-25.
[28]. TS. Đỗ Thái Hưng(2017), Báo cáo Triển vọng của Ngành phân bón Việt Nam, 2-5.
[29]. http://www.gzcardlo.com/article -14.html
[30]. http://nhuaphuchung.vn/san -pham/ebs-ethylene- bisstearamide.
[31]. https://en.wikipedia.org/wiki/High - density_polyethylene
[32]. Mai Đức Huynh, Trần Hữu Trung, Nguyễn Vũ Giang Chế tạo vật liệu polyme compozit polyamit11/bột tre có sử dụng chất tương hợp polyvinyl ancol.
[33]. Nguyễn Đình Hữu, Trần Thị Hà (1999), Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất bản giáo dục, 27-99.