CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT TỔNG QUAN
1.2.3.2.Biến tính nhựa nền
1.2. COMPOSITE SỢI TỰ NHIÊN
1.2.3.2.Biến tính nhựa nền
Một trong những phương pháp biến tính nhựa nền là sử du ̣ng tác nhân thứ ba được gọi là tác nhân tương hợp có các tính chất trung gian giữa sợi và nền. Các tác nhân tương hợp được dùng phổ biến hiện nay là: copolymer ghép của polyme với anhydridemaleic như polypropylene ghép với anhydride maleic (MAPP), polyetylene ghép với anhydric maleic (MAPE); Polymethylene-polyphenyl- isocyanate; Hợp chất silane hữu cơ...
a. Copolymer ghép của polyme với anhydride maleic
Sử du ̣ng copolymer ghép là phương pháp phổ biến và hiê ̣u quả nhất đối với composite sợi tự nhiên nền nhựa polyolefin như polyethylene và polypropylene. Các copolymer này chứa các nhóm chức maleic anhydride có khả năng hình thành liên kết hóa ho ̣c hoă ̣c liên kết vâ ̣t lý với các nhóm -OH trên bề mă ̣t sợi cellulose. Phần mạch polyolefin không phân cực có khả năng khuyếch tán vào nhựa nền ta ̣o các móc xoắn (hình 1.13). Copolymer này vừa có khả năng tương tác với sợi, vừa có khả năng tương tác với nền, do đó khi có mă ̣t tác nhân tương hợp này, liên kết giữa nhựa và bề mă ̣t sợi được cải thiê ̣n đáng kể.
Các tính chất cơ ho ̣c của composite sợi tự nhiên trên nền nhựa PVC hoă ̣c PS được cải thiê ̣n bằng cách xử lý sợi hoă ̣c nền với isocyanate. Polymethylene- polyphenyl-isocyanate (PMPPIC) được dùng ở da ̣ng nguyên chất hoă ̣c cùng với chất hóa dẻo.
Hình 1.13. Liên kết hình thành giữa bề mặt sợi và graft copolymer
Liên kết giữa polymethylene–polyphenyl–isocyanate and cellulose xảy ra như sau:
Hình 1.14. a) PMPPIC tương hợp với PP và cellulose; b) PMPPIC tương hợp với HDPE và cellulose.
c. Hợp chất silane hữu cơ
Ngoài sử du ̣ng cho các loa ̣i đô ̣n khoáng như silica, mica, talc và sợi thủy tinh, các hợp chất silane hữu cơ cũng thường được sử du ̣ng làm tác nhân tương hợp cho sợi cellulose với nền polymer. Các hợp chất này có công thức R-(CH2)n- Si(OR’)3 trong đó n = 1 - 3; OR’ là nhóm alkoxy có khả năng thủy phân như amine, mercapto, vinyl; R là các nhóm chức hữu cơ như methyl, ethyl, isopropyl được gắn vớ i silicon bằng cầu nối alkyl. Cơ chế biến tính sợi bằng silane hữu cơ được thể hiện như sau:
-Thủy phân:
RSi(OR)'3 + 3 H2O RSi(OH)3 + 3 R'OH
-Trùng ngưng: 3 RSi(OH)3 HO Si O OH R Si O OH R Si OH OH R + 2 H2O
-Liên kết với bề mặt sợi cellulose bằng liên kết hóa học và vật lý:
Cellulose OH + HO Si O OH R Si O OH R Si OH OH R Si O HO O R Si O O R Si OH O R
Cellulose Cellulose Cellulose
O H H
d. Các yếu tố khác ảnh hưởng đến sự liên kết sợi và nhựa
Ngoài các yếu tố trên, còn một số yếu tố khác ảnh hưởng đến đặc tính composite gia cường bằng sợi tự nhiên.
Tỷ số hình dạng có tác động đáng kể đên tính chất composite. Do đó việc giữ được chiều dài sợi càng cao càng tốt trong suốt q trình gia cơng composite là vấn đề quan trọng. Tỷ số hình dạng của sợi nằm trong khoảng 100 - 200 bắt đầu cho hiệu quả gia cường cao.
Hướng sợi cũng có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất composite. Trong suốt q trình gia cơng, sợi có khuynh hướng sắp xếp theo chiều của dịng chảy làm cho cơ tính composite có tính dị hướng.
Sự phân tán sợi: sự phân tán sợi kém dẫn đến hình thành những bó sợi sẽ làm giảm khả năng gia cường hơn so với khi sợi nằm riêng biệt. Ngồi ra, bản thân bó sợi có độ bền thấp do độ kết dính kém. Cả 2 yếu tố đó làm giảm độ bền tổng của composite. Những bó sợi cũng có thể trở thành vật cản của quá trình truyền ứng suất dẫn đến sự suy yếu tính chất của composite.