240/ELO/I.30E gia cường bằng vải thủy tinh có và không có chất chống cháy
Phân tán 2% khối lượng nanoclay I.30E vào hỗn hợp epoxy E 240/ELO/CCC theo chế độ phân tán khuấy cơ học trong 8h ở 800C sau đó khuấy siêu âm ở nhiệt độ phòng trong 60 phút, khử bọt khí sau đó bổ sung chất đóng rắn và tiến hành gia công vật liệu compozit bằng phương pháp lăn ép bằng tay, sử dụng vải thủy tinh thô loại E 600 g/m2 và vải thủy tinh 3D loại E 600 g/m2.
Tính chất cơ học của vật liệu PC trên cơ sở nhựa epoxy E 240/ELO/CCC/I.30E gia cường bằng vải thủy tinh, được trình bày ở bảng 3.26.
Từ bảng 3.26 nhận thấy, giá trị độ bền uốn và độ bền va đập, độ bền kéo, độ bền nén của PC epoxy E 240/I.30E/ vải E 600 tăng so với PC epoxy E 240/ vải E 600 lần lượt là: 11,22%, 10,68%, 5%, 76,41%. Điều này cho thấy, sự hình thành cấu trúc xen kẽ của các nanoclay đã tạo nên một cấu trúc vững chắc cho vật liệu epoxy E 240/I.30E trong quá trình nén, vì vậy đã làm tăng độ bền nén cao so với vật liệu compozit khi chưa bổ sung nanolay I. 30E.
Sự hình thành ranh giới giữa epoxy E 240 và nanoclay I.30E thông qua mức độ liên kết lớn, đã làm thay đổi cấu trúc của epoxy E 240/I.30E so với cấu trúc nhựa của riêng epoxy E 240. Các phần tử nanoclay I.30E đã ngăn chặn phát triển của các vết nứt trong vật liệu
nền epoxy do đó các độ bền kéo, uốn và va đập cũng được cải thiện.
Bảng 3.26 Tính chất cơ học của vật liệu epoxy/I.30E compozit có mặt ELO, chất chống cháy
gia cường bằng vải thủy tinh thường loại E 600g/m2
và thủy tinh dệt 3D
Khi bổ sung ELO, thì độ mềm dẻo của vật liệu được cải thiện, bằng chứng là độ bền uốn tăng lên 415,35MPa và độ bền va đập tăng lên 164,45 KJ/m2 (bảng 3.26), trong khi đó độ bền kéo và nén giảm. Tiếp tục bổ sung oxyt antimon và paraphin clo hóa vào thì độ bền uốn (420, 6 MPa) và độ bền va đập (179,02 KJ/m2) tiếp tục được nâng cao, còn độ bền kéo và nén tiếp tục giảm nhưng không nhiều.
Sự có mặt của oxyt antimon đã tăng cường độ cứng còn paraphin clo hóa lại tăng độ dẻo hai yếu tố này đã bù trừ cho nhau khiến cho mức độ giảm đối với độ bền kéo và nén vẫn giữ được ở mức cần thiết. Mặt khác nếu vật liệu PC epoxy E 240/I.30E/ E 600 chỉ có bổ sung hệ chất chống cháy (chưa có mặt ELO), độ bền nén và độ bền kéo giảm ít hơn so với mẫu bổ sung thêm ELO. Khi gia cường bằng vải thủy tinh dệt 3D, độ bền cơ học vượt trội hơn hẳn so với vật liệu compozit gia cường bằng vải thủy tinh thường loại E 600 g/m2. Độ bền cơ học nói chung tăng từ 20 đến 30%, cho thấy rõ sự ưu việt của vải thủy tinh dệt 3D.
Độ chậm cháy của vật liệu vật liệu PC trên cơ sở epoxy E 240/ELO có mặt nanoclay I.30E và hệ chất chống cháy gia cường bằng vải thủy tinh được trình bày ở bảng 3.27.
Bảng 3.27 Độ chậm cháy của vật liệu epoxy E 240/ELO có nanoclay I.30E, chất chống cháy
gia cường bằng vải thủy tinh thường loại E 600g/m2
và thủy tinh dệt 3D Vật liệu Chỉ số oxy, % Tốc độ cháy, mm/phút UL 94V PC E600 28,90 17,32 Không xác định PC NC E600 29,80 15,45 V2 PC NC ELO E600 29,80 15,05 V2 PC NC CCC E600 32,00 11,23 V0 PC NC ELO CCC E600 32,30 11,09 V0 PC NC ELO CCC 3D 31,20 13,24 V1
Bảng 3.27 cho thấy sự tăng cường khả năng chống cháy đồng thời của nanoclay và các chất chống cháy (oxyt antimon, paraphin clo hóa), độ chậm cháy của vật liệu compozit
Vật liệu Độ bền kéo, MPa Độ bền uốn, MPa Độ bền nén, MPa Độ bền va đập Izod, KJ/m2 PC E600 286,01 355,50 244,82 144,46 PC NC E600 300,02 395,20 431,90 159,00 PC NC ELO E600 280.93 415,35 385,78 164,45 PC NC CCC E600 286,96 419,20 397,33 160,27 PC NC ELO CCC E600 279,25 420,60 375,41 179,02 PC NC ELO CCC 3D 335,10 534,16 458,26 217,49
(PC NC CCC E600) được cải thiện với chỉ số oxy 32%; tốc độ cháy 11,23 mm/phút và theo phương pháp 94 V đạt mức V0. Vật liệu compozit gia cường bằng vải thủy tinh dệt 3D cho tính chất cơ học cao nhưng khả năng chống cháy lại giảm nhẹ so với trường hợp gia cường bằng vải thủy tinh thông thường: chỉ số oxy đạt 31,2%, tốc độ cháy 13,24 mm/phút và UL 94V ở mức V1 (bảng 3.27).
Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy của các vật liệu PC trình bày ở hình 3.33.
Hình 3.33 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy của các vật liệu PC: (A)-epoxy E 240/I.30E/CCC/E600; (B)-
epoxy E 240/E 600; (C,E)-epoxy E 240/I.30E/E600; (D,F)-epoxy E 240/ELO/I.30E/CCC
Hình 3.33-(C, E), (D, F) và (A) cho thấy khả năng liên kết rất tốt giữa epoxy/Sợi thủy tinh và nanoclay I.30E do đó tính chất cơ học đã được cải thiện đánh kể.
Quan sát thấy lượng nhựa còn sót lại trên bề mặt gẫy thô. Đối với vật liệu compozit epoxy/E 600 sau khi mẫu bị phá hủy, nhựa nền bám lại rất ít trên bề mặt sợi, bề mặt sợi nhẵn (hình 3.33-B) cho thấy đặc điểm phá hủy dòn, các độ bền cơ học thấp hơn so với vật liệu compozit khi có mặt nanoclay (bảng 3.26).
Từ những kết quả nghiên cứu trên có thể rút ra một số kết luận:
Để phân tán nanoclay I.30E trong nhựa nền epoxy E 240 đạt được cấu trúc tách lớp và xen kẽ, trong phần này đã nghiên cứu sự phân tán nanoclay I.30E vào epoxy E 240 thông qua việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ phân tán và đã xác định được các giá trị thích hợp cho các yếu tố đó là: 2% khối lượng nanoclay I.30E phân tán trong epoxy E 240, phân tán với tốc độ khuấy cơ học 3000 vòng/phút trong 8h ở 800C sau đó khuấy siêu âm trong 60 phút ở nhiệt độ phòng (25-300C) với mức công suất làm việc của máy là 50%.
Vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E có tính chất có học và độ chậm cháy được cải thiện chỉ với một lượng nhỏ nanoclay cho vào (2% khối lượng): độ bền kéo đạt 63,5 MPa (tăng 13,59%), độ bền uốn 116,80MPa (tăng 34,63%), độ bền nén 179,67 MPa (tăng 15,11%) và độ bền va đập Izod 12,81 KJ/m2
(tăng 80,16%) và chỉ số oxy giới hạn đạt 23,7%, tốc độ cháy 24,5 mm/phút và theo phương pháp UL 94 HB tốc độ cháy đạt 22,59 mm/phút.
Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu nanocompozit nền epoxy E 240/ELO có 2% khối lượng nanoclay I.30E, bổ sung chất chống cháy (9 PKL oxyt antimon và 11 PKL paraphin clo hóa) được cải thiện. Độ bền cơ học: độ bền kéo 60,03 MPa, độ bền uốn 99,60 MPa, độ bền nén 170,03 MPa và độ bền va đập Izod đạt 14,94 KJ/m2
. Độ chậm cháy đạt: tốc độ cháy 18,79 mm/phút, chỉ số LOI 25,9% và tốc độ cháy theo UL 94 HB đạt 19,90 mm/phút.
Tính chất cơ học của vật liệu compozit epoxy E 240/ELO có: 2% khối lượng nanoclay I.30E, 9 PKL oxyt antimon và 11 PKL paraphin clo hóa gia cường bằng vải thủy tinh thô loại E 600g/m2: độ bền kéo 279,25 MPa, độ bền uốn 420,60MPa, độ bền nén 375,41 MPa và độ bền va đập Izod đạt 179,02 KJ/m2
. Độ chậm cháy: tốc độ cháy 11,09 mm/phút, chỉ số LOI 32,3% và theo UL 94V đạt mức V0.
Tính chất cơ học của vật liệu compozit epoxy E 240/ELO có: 2% khối lượng nanoclay I.30E, 9 PKL oxyt antimon và 11 PKL paraphin clo hóa gia cường bằng vải thủy tinh thô dệt 3D loại E 600g/m2: độ bền kéo 335,10 MPa, độ bền uốn 534,16 MPa, độ bền nén 458,26 MPa và độ bền va đập Izod đạt 217,49 KJ/m2. Độ chậm cháy: tốc độ cháy 13,24 mm/phút, chỉ số LOI 31,2% và theo UL 94V đạt mức V1.
3.4 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC nền epoxy Epikote 240 có ống nano các bon đa tƣờng (MWCNTs-Multiwall cacbon nanotubers)