trương của vật liệu composite trong môi trường nước biển:
Tương tự như trên ta xác định phương trình hồi quy biểu diễn độ trương của vật liệu composite trong môi trường nước biển:
y3 = 1,8136 – 0,1937x1 + 1,1164x2
Biến đổi phương trình biến số mã hóa về phương trình biến số ta có: y3 = 1,7341 – 0,0387Z1 + 1,4354Z2
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi, hàm lượng độn đến độ trương của vật liệu composite trong môi trường nước máy: trương của vật liệu composite trong môi trường nước máy:
Tương tự như trên ta xác định phương trình hồi quy biểu diễn độ trương của vật liệu composite trong môi trường nước máy:
y4 = 2,2830 – 0,1958x1 + 1,6670x2
Biến đổi phương trình biến số mã hóa về phương trình biến số thực ta có:
y4 = 1,5103 – 0,0392Z1 + 0,0953Z2
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi, hàm lượng độn đến độ trương của vật liệu composite trong môi trường HCl 15%: trương của vật liệu composite trong môi trường HCl 15%:
Tương tự như trên ta xác định phương trình hồi quy biểu diễn độ trương của vật liệu composite trong môi trường HCl 15%:
Biến đổi phương trình biến số mã hóa về phương trình biến số thực ta có:
y5 = 2,0617 – 0,0601Z1 + 0,0605Z2
Từ các phương trình cho thấy:
- Hệ số b1 mang dấu âm, hệ số b2 mang dấu dương nên khi Z1 tăng thì độ trương trong môi trường HCl 15% giảm khi tăng hàm lượng sợi, Z2 tăng thì độ trương tăng.
- Giá trị tuyệt đối của b2 > b1 nên mức độ ảnh hưởng của Z2 lớn hơn Z1
Có thể giải thích cho y3, y4, y5 như sau:
Quá trình trương là quá trình dung môi hay dung dịch thâm nhập vào bên trong vật liệu làm cho thể tích của vật liệu tăng. Quá trình trương không chỉ là quá trình thấm các phân tử dung môi vào pha polyme lấp đầy các lỗ trống hoặc xốp trong mạng lưới mà còn xảy ra sự tách các mạch polyme làm thay đổi cấu trúc của nó dẫn đến việc thay đổi cấu trúc của mẫu. Độ trương của vật liệu quyết định bởi độ trương của vật liệu nền (nhựa), của vật liệu gia cường (sợi) cũng như ảnh hưởng của hàm lượng độn, hàm lượng sợi trong cấu trúc của vật liệu. Trong một môi trường cụ thể vật liệu xảy ra quá trình trương hay quá trình tan còn phụ thuộc vào độ bền của vật liệu trong môi trường đó.
Đối với nhựa UPE có chứa nhóm este trong mạch phân tử, nó kém bền trong môi trường xảy ra quá trình thủy phân mạnh (NaOH, HCl,…). Nhưng trong môi trường NaOH mức độ thủy phân xảy ra mạnh hơn so với trong môi trường HCl nên trong môi trường NaOH ta chỉ xét quá trình tan. Còn trong môi trường HCl, ban đầu cùng với quá trình hòa tan là quá trình trương nên khối lượng mẫu tăng không đáng kể.
Trong các môi trường nước máy và nước biển, ban đầu các phân tử môi trường theo các lỗ xốp khuếch tán vào trong vật liệu nên ban đầu khối lượng mẫu tăng nhanh. Cùng với quá trình này là quá trình khuếch tán các hợp chất thấp phân tử ra môi trường. Theo thời gian ngâm có thể xảy ra quá trình thủy phân, nhưng mức độ thất thoát khối lượng trong 2 quá trình này rất thấp. Nên trong môi trường nước máy, nước biển ta xem như chỉ xảy ra quá trình trương.
Bằng chứng là sau 32 ngày ngâm, đem sấy khối lượng mẫu thay đổi không đáng kể so với khối lượng ban đầu.
Như đã nhận xét ở trên: mức độ ảnh hưởng của hàm lượng độn đến độ trương vật liệu lớn hơn so với hàm lượng độn. Điều này được giải thích là do khi tăng hàm lượng chất độn thì cấu trúc vật liệu không còn là một pha liên tục mà là nhiều pha gián đoạn do đó các phân tử môi trường càng dễ dàng khuếch tán vào. Bên cạnh đó khi tăng hàm lượng độn thì liên kết tại bề mặt sợi nhựa giảm, do đó giữa bề mặt sợi và nhựa tồn tại nhiều khe hở, tạo điều kiện cho các phân tử môi trường dễ thâm nhập tại đây thúc đẩy quá trình phá hủy liên kết tại bề mặt sợi nhựa, làm tách lớp trong cấu trúc vật liệu dẫn đến khối lượng mẫu thay đổi nhanh chóng. Khi hàm lượng độn càng tăng thì mức độ chặt khít trong cấu trúc của vật liệu càng giảm do nhựa không đủ để bao bọc độn, càng tạo điều kiện để các dung môi hay dung dịch thâm nhập vào.
Kết luận: Khi tăng hàm lượng độn độ trương tăng.
3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi, hàm lượng độn đến độ tan của vật liệu composite trong môi trường NaOH 15% của vật liệu composite trong môi trường NaOH 15%
Tương tự như trên ta xác định phương trình hồi quy biểu diễn độ tan của vật liệu composite trong môi trường NaOH 15%:
y6 = 2,4511 – 0,4188x1 + 0,8375x2
Biến đổi phương trình biến số mã hóa về phương trình biến số thực ta có:
y6 = 4,3059 – 0,0838Z1 + 0,0479Z2
3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi, hàm lượng độn đến độ tan của vật liệu composite trong môi trường HCl 15% của vật liệu composite trong môi trường HCl 15%
Tương tự như trên ta xác định phương trình hồi quy biểu diễn độ trương của vật liệu composite trong môi trường HCl 15%:
y7 = 2,1280 – 0,3653x1 + 0,7985x2
Biến đổi phương trình biến số mã hóa về phương trình biến số thực ta có:
y7 = 5,7117 – 0,0731Z1 + 0,0456Z2
- Hệ số b1 mang dấu âm, hệ số b2 mang dấu dương nên khi Z1 tăng thì độ tan trong môi trường HCl 15% giảm khi tăng hàm lượng sợi, Z2 tăng thì độ tan tăng.
- Giá trị tuyệt đối của b1 > b2 nên mức độ ảnh hưởng của Z1 lớn hơn Z2
Có thể giải thích cho y6, y7 như sau:
Khác với độ trương, độ tan thể hiện quá trình khuếch tán các hợp chất thấp phân tử, sự tương tác của thành phần độn với môi trường ngâm, các mạch phân tử bị phá hủy trong môi trường ngâm. Trong thành phần vật liệu composite có các thành phần thấp phân tử như: Styren chưa tham gia vào quá trình tạo cấu trúc mạng lưới không gian, các tạp chất thấp phân tử trong nguyên liệu,… Khi ngâm mẫu thì các thành phần này thoát ra môi trường. Đặc biệt là trong môi trường axit HCl và bazơ NaOH, polyeste bị thủy phân mạnh tạo ra các hợp chất rượu thấp phân tử khuếch tán vào môi trường đồng thời có khả năng các phân polyeste tách ra khỏi mạng lưới. Theo thời gian đồng thời với quá trình dung dịch đi vào bên trong mẫu xảy ra sự tương tác giữa Al2O3 với HCl và NaOH tạo ra muối tan AlCl3 tan vào môi trường.
Như trên ta thấy hàm lượng sợi ảnh hưởng tới độ trương vật liệu. Để tăng độ bền môi trường cho vật liệu composite cần tăng hàm lượng sợi, giảm hàm lượng độn, nhưng phải đảm bảo điều kiện sợi phải thấm ướt hoàn toàn.
Đối với môi trường mà vật liệu composite kém bền khi tăng hàm lượng độn thì cấu trúc vật liệu kém chặt chẽ tạo điều kiện cho các chất thâm nhập vào, do đó sự khuếch tán các chất vào môi trường diễn ra mạnh hơn.
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi, hàm lượng độn đến độ bền nhiệt của vật liệu composite: nhiệt của vật liệu composite:
Tương tự như trên ta xác định phương trình hồi quy biểu diễn độ lão hóa nhiệt của vật liệu composite:
y8 = 20,2858 - 0,8108x2 + 1,8453 x1x2
Biến đổi phương trình biến số mã hóa về phương trình biến số thực ta có:
- Hệ số b2 mang dấu âm, hệ số b12 mang dấu nên khi tăng hàm lượng độn thì độ bền nhiệt tăng (mức độ lão hóa nhiệt giảm).
- Ảnh hưởng của các yếu tố đến độ bền nhiệt theo quy luật bậc 2
Có thể giải thích cho y8 như sau:
Vật liệu composite có bản chất chịu nhiệt kém, nhiệt độ sử dụng của composite không nên vượt quá 121oC [1]. Khi bổ sung Al2O3, đặc tính của Al2O3 là khả năng chịu được nhiệt cao, do đó khi bổ sung thành phần này vào trong vật liệu nó có vai trò như là một tác nhân chịu nhiệt khi nhiệt độ tăng cao. Khả năng chịu nhiệt của Al2O3 còn là do trong cấu trúc của nó chứa các phân tử nước (nhôm oxit ở dạng hyđrat hóa), các phân tử nước sẽ thoát ra khi nhiệt độ tăng cao mang theo lượng nhiệt. Điều này giải thích tại sao khi bổ sung độn Al2O3, vật liệu có khả năng chống cháy. Do đó khi tăng hàm lượng độn độ bền nhiệt tăng.
Mặt khác độ bền nhiệt còn quyết định bởi mức độ tách rời các phần tử độn trong vật liệu composite khi nhiệt độ tăng cao. Có nghĩa là khi nhiệt độ tăng cao thì các phần tử độn phân tán trong pha nhựa có xu hướng tách rời ra khỏi pha này. Do đó khi tăng hàm lượng độn lên tới một mức độ nào đó thì độ bền nhiệt lại giảm.
3.4. Tối ưu hóa các hàm mục tiêu3.4.1. Tối ưu hóa hàm mục tiêu y1:
