trong môi trường nước biển:
Bảng 3.14. Độ trương trong môi trường nước biển của vật liệu composite
Mẫu Độ trương trong môi trường nước biển
Thời gian (ngày) 8 16 24 32 30/5 0,7016 0,9435 0,9887 0,9845 40/5 0,6928 0,9046 0,9145 1,6087 35/22,5 0,907 1,1707 1,1861 1,1966 30/40 3,313 3,637 4,3323 4,3364 40/40 2,547 3,1284 4,7623 4,7896
Đồ thị 3.5. Đồ thị biểu diễn độ trương trong môi trường nước biển.
Từ đồ thị ta thấy thời gian đầu độ trương mẫu tăng nhanh ở tất cả các mẫu , đặc biệt là các mẫu 40/40 và 30/40. Sau đó tiến tới một giá trị không đổi và có xu hướng giảm xuống.
3.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm đến độ bền vật liệu trong môi trường nước máy: trong môi trường nước máy:
Bảng 3.15. Độ trương trong môi trường nước máy của vật liệu composite
Mẫu Độ trương trong môi trường nước máy
8 16 24 32 30/5 0,7065 1,1034 1,1339 1,1336 40/5 0,5256 0,9003 1,1552 1,1625 35/22,5 0,7798 1,321 1,4001 1,4019 30/40 4,5954 4,6031 4,6323 4,6364 40/40 3,6488 3,8024 4,7623 4,7896
Đồ thị 3.6. Đồ thị biểu diễn độ trương trong môi trường nước máy
Từ đồ thị ta thấy ban đầu độ trương mẫu tăng nhanh và tiến tới một giá trị không đổi và có xu hướng giảm xuống.
Có thể giải thích điều này như sau:
Ban đầu do có hiện tượng khuếch tán của các phân tử môi trường vào bên trong vật liệu làm cho độ trương tăng nhanh. Sau một thời gian khi các phân tử môi trường khuếch tán làm cho mẫu đạt tới độ trương giới hạn. Đối với các mẫu có hàm lượng độn lớn do có hiện tượng tách lớp trong cấu trúc của vật liệu làm cho độ trương tăng nhanh. Do mức độ thủy phân của polyeste trong môi trường nước máy và nước biển rất thấp nên sự thay đổi khối lượng giai đoạn sau không đáng kể. nếu thời gian ngâm càng lâu, nó tăng hoạt tính các oxit trong sợi ảnh hưởng rõ tới độ bền vật liệu.
3.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm đến độ bền vật liệu trong môi trường HCl 15%: trong môi trường HCl 15%:
Bảng 3.16. Độ trương trong môi trường HCl 15% của vật liệu composite:
Mẫu Độ trương trong môi trường HCl 15%
8 16 24 32
35/22,5 0,5848 0,7473 0,5265 0,4919
30/40 2,8019 2,8932 2,8746 2,4597
40/40 1,9502 1,9162 1,8905 1,8761
Đồ thị 3.7. Đồ thị biểu diễn độ trương trong môi trường HCl 15%
Từ đồ thị ta nhận thấy trong thời gian đầu độ trương của mẫu tăng rất chậm, sau một thời gian thì độ trương có giảm. Các mẫu hàm lượng độn thấp thể hiện độ trương âm, chứng tỏ mẫu đang tan mạnh.
Có thể giải thích điều này như sau:
Ban đầu độ trương của mẫu tăng rất chậm vì các phân tử môi trường khuếch tán vào trong vật liệu đồng thời với quá trình đó là quá trình thủy phân các mạch polyeste làm giải phóng các hợp chất thấp phân tử, dẫn đến mạch polyeste bị phá hủy. như đã giải thích ở trên, thời gian sau, do các phân tử môi trường khuếch tán sâu vào trong vật liệu làm cho quá trình thủy phân mạnh hơn Bên cạnh đó xảy ra quá trình tương tác hóa học giữa Al2O3 với HCl tạo muối AlCl3 làm cho độ trương giảm. Ta không nên sử dụng vật liệu trong môi trường nay.
3.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm đến độ bền vật liệu trong môi trường NaOH 15%: trong môi trường NaOH 15%:
Bảng 3.17. Độ trương trong môi trường NaOH 15% của vật liệu composite:
Mẫu Độ trương trong môi trường NaOH 15%
8 16 24 32 30/5 -0,7163 0,3572 0,3976 1,1786 40/5 -0,2502 0,2974 0,3054 0,9986 35/22,5 0,5848 0,7473 0,5265 0,4919 30/40 2,8019 2,8932 2,8746 2,4597 40/40 1,9502 1,9162 1,8905 1,8761
Đồ thị 3.8. Đồ thị biểu diễn độ trương trong môi trường NaOH 15% Nhận xét: Đối với các mẫu có cấu trúc chặt sít ban đầu mẫu tan, sau đó độ trương tăng lên chậm. Đối với các mẫu có cấu trúc không chặt sít ban đầu độ trương tăng sau đó giảm.
3.7. Khảo sát hình dạng bề mặt và sự phân bố độn trong cấu trúc của vật liệu composite bằng kính hiển vi điện tử:
Mục đích của quá trình này là để đánh giá khuyết tật trên bề mặt sản phẩm đồng thời xem xét sự phân bố đồng đều của độn trong cấu trúc vật liệu composite. Từ đó có thể đánh giá hiệu quả của phương pháp lăn tay.
3.7.1 Cấu trúc bề mặt của các tấm composite:
Mẫu 5 % độn Mẫu 15% độn Mẫu 22,5% độn Mẫu 40% độn
Hình 3.1 : Cấu trúc bề mặt của vật liệu composite
Hầu hết bề mặt của vật liệu có rất nhiều các lỗ xốp, các lỗ xốp này tạo điều kiện cho các chất thâm nhập vào vật liệu nhiều hơn. Để tạo các trúc bề mặt tốt hơn ta nên dùng phương pháp phun gelcoat.
3.7.2. Sự phân bố các hạt độn trong cấu trúc vật liệu:
Mẫu 5% độn Mẫu 15% độn Mẫu 22,5% độn Mẫu 40% độn
Hình 3.2 Cấu trúc cạnh của vật liệu composite
Ta thấy các hạt độn phân bố không đồng đều trong cấu trúc vật liệu do đó làm cho vật liệu không chặt chẽ ảnh hưởng tới độ bền composite.
3.8. Khảo sát ảnh hưởng của chất tạo màu vô cơ và hữu cơ đến lớp gelcoat:
3.8.1. Khảo sát ảnh hưởng của chất tạo màu đến độ bền xước của lớp gelcoat: gelcoat:
Hình 3.3 Kết quả thử độ bền xước lớp gelcoat So sánh các mẫu ta thấy:
Đối với mẫu composite có lớp gelcoat sử dụng bột màu TiO2 thì độ sâu của vết xước nhỏ hơn so với 2 mẫu còn lại. Vì vậy bột màu TiO2 làm tăng khả năng chống xước cho bề mặt vật liệu composite.
Có thể giải thích điều này như sau:
Do bột màu TiO2 có kích thước µm do đó khi phân tán vào lớp gelcoat nó sẽ lấp đầy vào các lỗ xốp trên bề mặt lớp gelcoat làm cho các khuyết tật trên bề mặt giảm. Mặt khác bột màu TiO2 tăng độ cứng cho lớp gelcoat do đó tăng khả năng chống xước cho vật liệu.
3.8.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất tạo màu đến độ mềm dẻo của lớp gelcoat:
Sau khi tiến hành thí nghiệm ta thu được kết quả:
Hình 3.4 Kết quả đánh giá độ mềm dẻo lớp gelcoat So sánh các mẫu ta thấy:
Đối với mẫu composite có lớp gelcoat sử dụng bột màu TiO2 thì giòn và có hiện tượng nứt trên bề mặt, lớp gelcoat có hiện bong ra khỏi lớp sợi gia cường.
Có thể giải thích điều này như sau:
Khi phân tán bột màu TiO2 vào trong lớp gelcoat thì làm cho độ mềm dẻo của mạch phân tử polyme giảm vì TiO2 len vào giữa các liên kết ngang trong mạch phân tử làm giảm độ linh động của mạch phân tử. Đồng thời TiO2
làm cho khả năng liên kết giữa bề mặt sợi và nhựa trong lớp gelcoat kém đi, do đó có hiện tượng bong lớp.
3.8.3. Thử độ bền màu và thử tính chịu nước bằng phương pháp thử sôi:
Sau khi tiến hành thí nghiệm ta thu được kết quả:
- Đối với mẫu composite có lớp gelcoat sử dụng bột màu hữu cơ thì: + Giảm độ bóng gương,
+ Xuất hiện các vết bọng rộp trên bề mặt. + Lớp gelcoat bị biến màu mạnh,
Hình 3.5 Kết quả của phương pháp thử sôi.
- Đối với mẫu composite có lớp gelcoat sử dụng bột màu TiO2 thì: + Giảm độ bóng gương,
+ Xuất hiện các vết nứt trên bề mặt, + Lớp gelcoat ngả sang màu vàng. - Đối với mẫu composite không sử dụng bột màu thì:
+ Giảm độ bóng gương.
+ Xuất hiện các vết bọng rộp trên bề mặt.
- Độ bóng gương được hiểu theo vật lý là độ phát sóng bề mặt của lớp gelcoat. Trong môi trường nhiệt độ cao, lớp gelcoat trở nên mềm dẻo điều này tạo điều kiện cho môi trường thâm nhập vào phá vỡ mức độ liên kết chặt chẽ các phân tử tại bề mặt vật liệu làm giảm độ bóng lớp gelcoat.
- Trong quá trình đun sôi, có xảy ra quá trình co ngót vật liệu. Đối với gelcoat sử dụng bột màu TiO2 do có đặc điểm là giòn và cứng nên trong quá trình co ngót của vật liệu làm xuất hiện các vết rạng nứt trên bề mặt sản phẩm. Đối với loại gelcoat sử dụng bột màu TiO2, do có kích thước nhỏ nên nó phân bố giữa các mạch phân tử polyeste làm cho cấu trúc lớp gelcoat trở nên chặt sít. Vì vậy môi trường khó thâm nhập vào trong vật liệu hơn, nó rất thích hợp sử dụng cho các sản phẩm chịu môi trường. Đối với các loại gelcoat khác, do cấu trúc của lớp gelcoat không chặt sít và trong mạch mạch phân tử nhựa có chứa các nhóm este nên trong môi trường nước xảy ra quá trình thủy phân phá hủy một phần cấu trúc bề mặt vật liệu. Ngoài ra việc xuất hiện các vết bọng rộp trên bề mặt còn do hiện tượng bọt khí xảy ra trong quá trình đóng rắn.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. KẾT LUẬN:
Từ các kết quả nghiên cứu ở trên có thể rút ra những kết luận sau đây:
Đã xác định hàm lượng sợi, hàm lượng độn tối ưu để tạo được độ bền kéo, uốn cao nhất : hàm lượng sợi là 40%, hàm lượng độn là 12,385%.
Đã xác định hàm lượng sợi, hàm lượng độn tối ưu để tạo được độ bền tối ưu trong các môi trường : hàm lượng sợi: 40%, hàm lượng độn: 5%
Đã xác định hàm lượng sợi, hàm lượng độn tối ưu để tạo được độ bền nhiệt cao là: hàm lượng sợi: 35%, hàm lượng độn: 22,5%
Đưa ra kết luận rằng độn Al2O3 có tác dụng tăng độ bền nhiệt lớn hơn là tăng độ bền cơ học cho vật liệu.
Trong môi trường nước thì vật liệu composite sợi thủy tinh có mức độ tan rất thấp.
Đối với phương pháp quét gelcoat bằng phương pháp quét tạo ra vật liệu có bề mặt có nhiều lỗ xốp.
Để tăng độ bền xước cho vật liệu thì nên sử dụng bột màu vô cơ dạng bột nhưng chúng không thích hợp với những sản phẩm làm việc trong môi trường chịu va đập lớn.
Đối với các sản phẩm cần ngoại quan thì nên sử dụng bột màu hữu cơ vì mức độ phân tán trong gelcoat lớn.
Đối với các sản phẩm chịu môi trường ta nên sử dụng bột màu vô cơ dạng bột do nó tăng độ chặt sít cho lớp gelcoat.
II. KIẾN NGHỊ
Nghiên cứu thêm điểm bắt lửa của composite có sử dụng độn Al2O3
Chế tạo vật liệu composite bằng phương pháp chân không
Nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp độn vô cơ đến tính chất composite (CaO, TiO2; Al2O3, CaO;…)
Cần nghiên cứu liên kết tại bề mặt sợi nhựa khi có thành phần độn để đưa ra những giải thích thuyết phục hơn.