Bảng 1.5:Một số chất xúc tác đóng rắn điển hình STT Chất xúc tác đóng rắn Công thức Nhiệt độ nóng chảy
1 Benzyl dimetyl amin
(BDMA)
Lỏng ở 25oC
2 2, 4, 6 tri dimetyl amino
metyl phenol (DMP30) Lỏng ở 25oC 3 2-Etyl-4-metylimidazol (EMI) Lỏng ở 25oC
4 Boron tri Flo monoetylen
amine(BF,MEA) 85 – 90
o C
1.3.4. Một số tính chất của nhựa epoxy
- Nhựa khi chưa đóng rắn hòa tan trong axeton, etylmetylketon, toluen, xylen và dung môi hữu cơ khác và có độ bền cơ học cao, ổn định sau khi đóng rắn. Khối
33
lượng phân tử nhùa không đồng đều, từ vài nghìn đến vài trăm nghìn. Một số tính chất của nhựa epoxy:
+ Khối lượng riêng ở 200C: 1,16 - 1,25 g/cm3. + Môdun đàn hồi: 2,5 - 3,5 GN/m2.
+ Độ hút nước sau 24 giờ: 0,05-0,10 %. + Màu sắc: Trong suốt.
+ Độ bền nhiệt: 55 - 1700C.
+ Nhiệt độ hóa thủy tinh: 60 - 1800C.
+ Bám dính tốt với vật liệu có cực, dễ tham gia phản ứng hóa học. + Chịu hóa chất tốt, độ chống thấm cao.
- Nhựa epoxy có hai nhóm chức hoạt động: nhóm epoxy và hydroxyl. Tùy thuộc khối lượng phân tử (M) mà nhóm chức nào chiếm ưu thế. Với những nhựa epoxy có khối lượng phân tử thấp (M<1200) nhóm epoxy chiếm đa số, còn với những nhóm có khối lượng phân tử lớn (M>3000) nhóm hydroxyl là chủ yếu. Tính phân cực và sức căng vòng tạo cho vòng oxyt etylen có hoạt tính mạnh, do đó nhóm epoxy có thể tham gia rất nhiều loại phản ứng. [1, 10]
1.3.5. Ứng dụng của nhựa epoxy
Nhựa epoxy có rất nhiều ứng dụng trong lĩnh vực kỹ thuật và đặc biệt là trong công nghệ màng phủ được sử dụng trong giao thông, sơn tàu biển và làm việc trong môi trường ăn mòn, chịu hóa chất.
Nhựa epoxy có chứa hàm lượng nhóm phân cực lớn nên thường được sử dụng làm keo dán ứng dụng nhiều trong công nghiệp và dân dụng.
Ngoài ra, nhựa epoxy còn được sử dụng làm nhựa nền trong chế tạo vật liệu compozit. Sản phẩm tạo thành có tính chất cơ học cao và thường được ứng dụng để chế tạo các chi tiết máy, thiết bị y tế, hàng không, vũ trụ... [1]
1.4. Điện từ trường và các tác động của chúng đối với con người [8]
Trong môi trường xung quanh chúng ta luôn tồn tại sóng điện từ trường. Sóng điện từ trường có thể sinh ra từ rất nhiều nguồn khác nhau, như từ sự hoạt động của máy móc công nghiệp, thiết bị điện, nguồn điện, máy phát sóng radio và
34
thậm chí là từ sự va chạm của các vật thể....Có thể chia điện từ trường thành hai loại phổ biến là điện từ trường tần số vô tuyến điện và điện từ trường tần số công nghiệp.
1.4.1. Điện từ trường tần số vô tuyến điện.
Điện từ trường tần số vô tuyến điện sinh ra từ các nguồn tự nhiên và nhân tạo. Nguồn tự nhiên bao gồm: điện khí quyển, sự bức xạ (phóng xạ), điện trường và từ trường trái đất; nguồn nhân tạo bao gồm: các thiết bị dòng cao tần, phát thanh và truyền hình, định vị rada, radio liên lạc vv…). Trong đó các nguồn có năng lượng bức xạ điện từ mạnh phải kể đến là đài phát thanh, truyền hình, thiết bị lò nung công nghiệp dòng cao tần và một số thiết bị đo lường phòng thí nghiệm. Ngoài ra nguồn gây ra bức xạ điện từ cũng có thể là bất kỳ nguyên tố nào hoạt động ở tần số cao.
Các dòng cao tần tạo ra bức xạ điện từ trong trong không khí. Các tia hồng ngoại nhìn thấy, tia rơngen và gamma cũng tạo ra bức xạ điện từ. Sự khác biệt giữa các dạng năng lượng này là ở độ dài bước sóng và tần số dao động, nghĩa là ở giá trị lượng tử năng lượng cấu thành lên điện từ trường.
Sóng điện từ xuất hiện bởi sự dao động của các điện tích (khi có sự đi qua của dòng xoay chiều) thì gọi là sóng vô tuyến điên hay sóng radio.
Giới hạn dài của sóng vô tuyến từ milimet đến hàng chục kilomet, nó tương ứng với tần số dao động trong dải từ 3.104 Hz đến 3.1011 Hz.
1.4.2. Điện từ trường tần số công nghiệp.
Khi vận hành các thiết bị điện có điện áp trên 330 kV thì trong không gian xung quanh các phần dẫn điện của thiết bị xuất hiện điện từ trường và được gọi là điện từ trường tần số công nghiệp.
1.4.3. Tác động của điện từ trường lên cơ thể con người.
Việc nghiên cứu ảnh hưởng của sóng điện từ trường tới sức khỏe con người đã được nhiều tổ chức của thế giới nghiên cứu từ trước đây, ví dụ như:
- Các nghiên cứu của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO – World Health Orgnization): bắt đầu từ năm 1996 WHO cũng thực hiện các chương trình nghiên
35
cứu nhằm xác định các ảnh hưởng có thể của trường điện từ tần số vô tuyến trong dải tần đến 300 GHz đến sức khoẻ con người và đề ra các biện pháp hạn chế.
- Nghiên cứu của Ủy ban Quốc tế về phòng chống Bức xạ phi ion hoá (ICNIRP – International Commission on Non-ionizing Radiation Protection): các nghiên cứu tập trung vào việc xác định ảnh hưởng và đề ra các giới hạn ảnh hưởng cho phép, hướng dẫn tuân thủ.
- Nghiên cứu của Liên minh Viễn thông Quốc tế, lĩnh vực Viễn thông: các nghiên cứu về ảnh hưởng của trường điện từ do Nhóm nghiên cứu số 5 thực hiện (ITU-T Study Group 5). Các nghiên cứu này bắt đầu được thực hiện từ năm 1996 với mục đích hướng dẫn thực hiện để đảm bảo hạn chế ảnh hưởng trong lĩnh vực viễn thông...
Theo kết quả nghiên cứu của các tổ chức nêu trên, sóng điện từ tùy theo cường độ, tần số, khoảng cách mà có thể có ảnh hưởng nhất định đến sức khoẻ con người.
Tác động của điện từ trường lên cơ thể con người thể hiện qua chứng rối loạn chức năng của hệ thần kinh trung ương, cảm giác làm tăng sự mệt mỏi của cơ thể, đau đầu, vv…. Sự nung nóng là biểu hiện đầu tiên do tác động của năng lượng điện từ, cơ chế hấp thụ năng lượng ở đây khá phức tạp. Sự nung đốt cơ thể có thể làm thay đổi các mô và các cơ quan, thay đổi tần số xung và phản ứng của mạch máu, trường siêu cao tần có thể tác động đến mắt và dẫn đến bệnh đục thủy tinh. Sự chiếu phóng xạ ngắn cường độ yếu nhưng lặp đi lăp lại nhiều lần cũng có thể dẫn đến rối loạn chức năng của hệ thần kinh trung ương.
Trong số các biện pháp phòng tránh tác động của điện từ trường biện pháp chắn là phương pháp bảo vệ hiệu quả nhất. Điện từ trường suy yếu khi có lớp chắn ngược hướng trong trường của nó. Mức độ suy yếu của điện từ trường phụ thuộc vào sự xuyên sâu của dòng cao tần trong lớp chắn. Từ trường thấm ở lớp chắn càng nhiều thì xuyên sâu càng ít và không đi qua lớp chắn. Có thể chắn bất kỳ nguồn bức xạ nào và ở bất cứ vị trí làm việc nào. Các lớp chắn vừa có khả năng hấp thụ và khả năng phản xạ bức xạ điện từ.
36
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
2.3. Nguyên liệu và hóa chất
- Nhựa epoxy EPIKOTE 828 của hãng Hexion (Mỹ) - Chất đóng rắn amidoamin EPICURE 3090
- Nhựa polymetylmetacrylat ACRYEX (Đài Loan) - Ống nano cabon đa tường - Sản phẩm của Viện KHVL - Dung môi: etanol, axeton, xylen
2.4. Phương pháp chế tạo
2.4.3. Vật liệu nanocomposit trên cơ sở nhựa epoxy pha trộn
CNT
Tiến hành chức hóa không cộng hóa trị CNT bằng cách rung siêu âm hỗn hợp CNT, nước khử ion và chất hoạt tính bề mặt (SDBS hàm lượng 2,5 mM) thời gian 3h. Sau đó lọc, sấy khô ở nhiệt độ 100°C, áp suất 100 mBar. CNT chức hóa được phân tán vào nhựa epoxy với sự trợ giúp của máy khuấy cơ cho đến khi được một hốn hợp đồng nhất. Hỗn hợp này đem trộn với chất đóng rắn EPICURE 3090 theo tỉ lệ đã định (của nhà sản xuất) rồi đổ vào khuôn.
Sau khi mẫu ổn định, đuổi bọt khí và cho đóng rắn ở 800C trong 3 tiếng.
2.4.4. Sơn polymetylmetacrylat pha trộn CNT
Chế tạo sơn bằng phương pháp nghiền bi có sử dụng dung môi trợ phân tán theo quy trình sau :
CNT được rung siêu âm trong etanol trong 1 giờ rồi đưa vào sấy chân không ở nhiệt độ 700C, áp suất 100 mBar để cho bay hơi hết dung môi.
Sau khi sấy khô, CNT được đưa vào cối nghiền cùng với nhựa, chất hóa dẻo và dung môi. Tỉ lệ về khối lượng của các chất như sau
Bảng 2.1. Thành phần sơn PMMA/CNT
Thành phần Phần khối lượng
PMMA 100
CNT Thay đổi (0, 1, 3, 5,10, 15, 20, 25, 30)
37
Dung môi sử dụng là hỗn hợp của xylen và axeton.
Thời gian nghiền 2 giờ, vận tốc quay của động cơ 300 vòng/phút.
Trong quá trình nghiền với vận tốc cao có sự ma sát mạnh nên nhiệt độ của hỗn hợp tăng theo thời gian nghiền. Do đó, để tránh nhiệt độ tăng quá cao ảnh hưởng đến tính chất của chất tạo màng, tiến hành nghiền trong 1 giờ phút lại nghỉ và mở máy ra để làm nguội tự nhiên trong 30 phút rồi lại tiếp tục nghiền.
Kết thúc quá trình nghiền dùng dung môi để thu hồi triệt để CNT.
2.5. Các phương pháp xác phân tích sản phẩm
2.5.3. Phương pháp xác định độ bền kéo của vật liệu PC
Độ bền kéo đứt được xác định theo tiêu chuẩn ISO 3268 1978 (E) đo trên máy đo Tinius Olsen H100KT Hounfield (Anh).
Mẫu hình dạng mái chèo và có kích thước như sau:
+ Chiều dài: 150mm.
+ Chiều rộng: 20 mm.
+ Chiều dày: 4mm.
+ Chiều dài khoảng làm việc : 50 mm
+ Đường kính góc lượng : 20 - 25 mm
+ Chiều rộng khoảng làm việc : 10 mm
Công thức tính : b a F k . Trong đó :
+ k là độ bền giới hạn khi kéo, Mpa
+ F : Tải trọng phá hủy mẫu, N
+ a : Chiều dày của mẫu, mm
+ b : Chiều rộng mẫu, mm
Yêu cầu : mẫu phải có bề mặt nhẵn, bằng phẳng, không phồng rộp. Số lượng mẫu cho kết quả trung bình từ 3 - 5 mẫu.
38
- Cơ sở phương pháp:
Sử dụng đầu đo cơ học phá hủy mẫu theo cách tác dụng lực vào giữa mẫu cho đến khi bị gãy. Máy đo sẽ ghi lại lực phá hủy và tiết diện mẫu để xử lý và cho kết quả.
- Cách tiến hành:
+ Phương pháp xác định độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO178-1993( E) + Tốc độ kéo 2 mm/phút, nhiệt độ 25oC, độ ẩm 75%.
+ Mẫu dạng hình chũ nhật và có kích thước chiều dài x chiều rộng x chiều dày = 120 x 15 x 4 mm
+ Độ bền uốn được tính theo công thức sau: σu=
22 2 3 h b l F , MPa
Trong đó, F: Lực tác dụng lên mẫu, N.
l: khoảng cách giữa 2 gối đỡ, mm. b: chiều rộng của mẫu, mm. h: chiều dày của mẫu, mm. σu : Độ bền uốn, MPa.
2.5.5. Phương pháp xác định độ bền va đập của vật liệu PC
Đây là phương pháp xác định độ bền của vật liêu khi chịu tải trọng đột ngột, có hai phương pháp xác định độ bền va đập là độ bền va đập Chapy và độ bền va đập IZOD.
- Độ bền va đập Chapy:
Độ bền va đập Chapy được xác định theo tiêu chuẩn ISO 179-1993 trên máy RADMANA ITR – 2000 của Úc. Tốc độ đập 3,5 m/s
Mẫu có dạng hình chữ nhật với kích thước như sau:(120 x 15 x 4) mm. Độ bền va đập Charpy (avđ) được xác định theo công thức
Trong đó :
39
h: độ dày của mẫu, mm b: Chiều rộng của mẫu, mm Yêu cầu:
- Bề mặt mẫu phải bằng phẳng, trơn nhẵn, không phồng rộp - Số lượng mẫu cho một kết quả thử: 3 – 5
- Hướng đạt tải trọng phải vuông góc với bề mặt mẫu.
2.5.6. Phương pháp xác định sự thay đổi khối lượng trong
môi trường hóa chất
Mẫu được sấy khô đến khối lượng không đổi và cân chính xác đến 0,1mg. Ngâm mẫu trong môi trường hóa chất, sau từng khoảng thời gian xác định lấy mẫu ra, dùng giấy lọc thấm khô bề mặt và cân lại
Độ thay đổi khối lượng mẫu PC được tính theo công thức
Trong đó
T: Độ thay đổi khối lượng (%) m1: Khối lượng mẫu ban đầu (g)
m2: Khối lượng mẫu sau một khoảng thời gian xác định (g)
2.5.7. Phương pháp xác định độ hấp thụ nước
Mục đích để xác định khả chịu nước của vật liệu trong quá trình sử dụng dẫn đến phá hủy vật liệu.
- Độ hấp thụ nước được xác định xác định theo tiêu chuẩn ASTM C581 – 03 bằng cách chế tạo các mẫu nhựa hình tròn có đường kính 50 ± 1 mm với chiều dày 3 ± 0,2 mm, bề mặt phẳng, nhẵn. Mẫu được làm khô ở 80oC, sau đó làm nguội trong bình hút ẩm, xác định khối lượng ban đầu của mẫu trên cân phân tích rồi ngâm vào các môi trường và để ở nhiệt độ phòng. Sau thời gian nhất định mẫu được lấy ra và lau bằng vải bông sạch. Xác định thay đổi khối lượng của mẫu trên cân phân tích với độ chính xác đến 10 -4 g.
40
Độ hấp thụ nước được tính theo công thức: % 100 Mo Mi Mo Hi
Hi: Độ hấp thụ nước của vật liệu ở thời điểm ngày thứ i, % Mi, Mo: Là khối lượng mẫu tại thời điểm i ngày và ban đầu, g.
2.5.8. Phương pháp xác định độ bền bám dính của màng sơn
Độ bám dính được xác định trên dụng cụ ERICHSEN model 295/I theo tiêu chuẩn DIN 53151.
+ Mẫu thử : Quét sơn cần thử lên tấm thép phẳng.
+ Qua trình thử: Dụng cụ thử độ bám dính được kéo trên mặt tấm mẫu và cắt tạo ra 6 đường thẳng song song cách đều nhau 1mm. Kéo dụng cụ tạo 6 đường mới vuông góc các đường thẳng trước để tạo mạng lưới có 25 ô vuông. Những vết cắt phải có độ sâu vừa đủ, thử ở nhiệt độ 200C và độ ẩm tương đối 65%. Dùng chổi lông quét nhẹ bụi trên máng sơn do vết cắt. Dùng băng dính áp lên bề mặt đã được cắt thành mạng lưới, gỡ băng dính và đếm số ô vuông mà màng sơn bị kéo theo băng dính. Độ bám dính của màng sơn được đánh giá trên thang từ 0 đến 4 tuỳ thuộc số ô vuông bị bong màng sơn.(2,4)
2.5.9. Phương pháp xác định độ cứng tương đối
Độ cứng tương đối của màng sơn được xác định trên dụng cụ dạng con lắc ERICHSEN model 229 theo tiêu chuẩn ISO 1522.
Phương pháp con lắc dựa trên cơ sở xác định tỷ số giữa số lần ( hay thời gian dao động) của con lắc đặt trên bề mặt màng sơn với số lần ( thời gian dao động của chính con lắc đó trên tấm kính không có sơn.
+ Mẫu thử : Quét sơn cần thử lên tấm kính có kich thước 100×100×5mm. phương pháp quét sơn, thời gian khô, số lớp sơn … tuỳ theo yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật.
+ Quá trình thử : Mở nắp dụng cụ, đặt mẫu thử lên giá dưới điểm tựa. Kiểm tra mức độ cân bằng theo mặt phẳng ngang của mẫu và dụng cụ bằng vít cân bằng. đóng nắp và nâng giá có mẫu thử lên điểm tựa. Đặt con lắc bắt đầu từ góc 60, thả
41
con lắc và ghi số lượng dao động ( thời gian dao động ) của con lắc khi giảm từ 60 đến 30 . Sau đó, đo số dao động ( thời gian dao động ) trên tấm kính không có mẫu sơn. Giá trị độ cứng tương đối bằng tỷ số giữa số lần dao động ( thời gian dao động) của con lắc đặt trên màng sơn với của con lắc đặt trên tấm kính không có sơn.
Giá trị thu được là trung bình cộng của giá trị 3 phép thử ở vị trí khác nhau trên mẫu thử mà chênh lệch không quá 3%. (2,4)
2.5.10. Phương pháp xác định độ bền uốn của màng sơn
Độ bền uốn của màng sơn được xác định trên dụng cụ ERICHSEN model 266 theo tiêu chuẩn ASTM 1737.