DC H= CIDTV CI DTVE
b) Tính chất nhiệt của vật liệu blend
3.3.4. Đặc trưng hình thái cấu trúc và tính chất nhiệt của vật liệu nanocompozit epoxy dian GELR 128/ MWCNTs
Độ bền cơ học của vật liệu nanocompozit phụ thuộc nhiều vào bản chất của chất gia cường và sự tương tác pha giữa chất gia cường và vật liệu nền. Tuy vật liệu MWCNTs có
bản chất khác với nhựa nền hữu cơ epoxy GELR 128 nhưng vì chúng có kích thước nhỏ, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, đồng thời được kết hợp sử dụng kỹ thuật phân tán khuấy cơ học + rung siêu âm nên khả năng phân tán, tương tác pha với nhựa nền cũng tốt hơn. Các mục khảo sát trước (mục 3.3.1, 3.3.2 và 3.3.3) đã phản ánh được tác dụng của việc đưa ống nanocacbon đa tường vào nhựa nền epoxy thông qua các giá trị độ bền cơ học đo được. Tuy nhiên, đó là xét về mặt cơ tính, về mặt trực quan, các ống MWCNTs phân tán trong nhựa ra sao cần được tiến hành phân tích bằng hình ảnh qua phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét với độ phân giải cao.
Kết quả chụp ảnh FESEM của các mẫu nanocompozit có hàm lượng ống MWCNTs khác nhau được thể hiện ở hình 3.28. Có thể nhận thấy các đốm sáng trắng li ti xuất hiện không đồng đều trên nền nhựa epoxy ở mẫu chứa 0,01% MWCNTs (hình 3.28a). Các đốm trắng sáng này phân bố đồng đều hơn và rộng khắp bề mặt đứt gãy của nhựa epoxy, thể hiện sự phân tán đồng đều của các hạt MWCNTs khi ở hàm lượng 0,02 % (hình 3.28b). Ngược lại, hình 3.28c cho thấy sự phân tán của ống ít đồng đều hơn của MWCNTs với sự xuất hiện các đám kết tụ khá lớn ở mẫu có hàm lượng 0,03 % MWCNTs. Điều này giải thích tại sao mẫu vật liệu nanocompozit với hàm lượng 0,02% MWCNTs có độ bền cơ học lớn hơn so với mẫu chứa 0,01% và 0,03% MWCNTs.
Hình 3.28. Ảnh FESEM bề mặt gẫy của các vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy dian GELR 128 với mức phóng đại 20000 lần
Hình 3.29. Ảnh FESEM bề mặt gãy của vật liệu nanocompozit epoxy dian GELR 128/0.02 % MWCNTs với mức phóng đại khác nhau
Hình ảnh FESEM chụp bề mặt gẫy của mẫu nanocompozit với hàm lượng 0,02% MWCNTs với độ phóng đại khác nhau (hình 3.29) cho thấy rõ hơn sự phân tán các MWCTNs trong nhựa epoxy dian GELR 128. Các ống nanocacbon phân tán khá đồng đều trong nền nhựa, kích thước các ống khá đều nhau. Điều này lần nữa khẳng định MWCNTs phân tán tốt trong nền epoxy ở hàm lượng 0,02%.
Như vậy, cả về cơ tính và hình thái cấu trúc đều cho thấy với 0,02% ống MWCNTs là lựa chọn tối ưu cho hệ nanocompozit nền nhựa epoxy GELR 128 khi đóng rắn bằng Kingcure-K11.
Để đánh giá độ bền nhiệt của mẫu nanocompozit GELR 128/0,02% MWCNTs đóng rắn bằng Kingcure K-11, phương pháp TGA được thực hiện từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ 800oC.
Nhiệt độ, oC
Hình 3.30. Giản đồ TG và DTG của nhựa epoxy dian GELR 128 có mặt 0,02 % MWCNTs
Hình 3.30 cho thấy ở dưới 400oC, giản đồ TGA của nanocompozit nằm ở bên trên giản đồ TG của nhựa epoxy ban đầu bắt đầu. Điều này cho thấy ở giai đoạn này, nancompozit có độ bền nhiệt lớn hơn so với nhựa epoxy. Điều đáng chú ý là mất khối lượng ở giai đoạn 1 của vật liệu nanocompozit khá nhỏ và gần như không phân biệt được với mất khối lượng ở giai đoạn 2 (không có peak xuất hiện trên giản đồ DTG). Điều này có thể do MWCNTs có hiệu ứng che chắn tốt hơn, giảm sự hấp thụ lượng ẩm vào vật liệu, do vậy, lượng mẫu mất đi do bốc hơi ít hơn. Ngoài ra, nhiệt độ mất khối lượng cực đại (do phân hủy nhiệt) của nanocompozit ở giai
TG, G, % kh ối lư ợ n D T G, % kh ối lư ợ n g/ p
đoạn 2 và 3 chuyển dịch về nhiệt độ cao hơn so với của nhựa nền epoxy (bảng 3.16). Điều đó có nghĩa là
65.44 79.16 79.16
nanocompozit có độ bền nhiệt lớn hơn nhựa epoxy. Nói cách khác, sự có mặt của MWCNTs làm tăng độ bền nhiệt cho vật liệu nanocompozit.
Bảng 3.16. Các đặc trưng TG của nanocompozit epoxy dian GELR 128/0,02 % MWCNTs
Mẫu Tmax1 (oC) Mất khối lượng ở giai đoạn 1 (%) Tmax2 (oC) Mất khối lượng ở giai đoạn 2 (%) Tmax3 (oC) Mất khối lượng ở giai đoạn 3 (%) Epoxy dian GELR
128
208,39 7,19 382,60 66,55 615,85 20,49 Nanocompozit
epoxy dian GELR 128/0,02 %
MWCNTs
- - 383,35 73,65 655,43 24,88
Tính chất nhiệt của nhựa epoxy cũng có sự thay đổi khi có mặt MWCNTs. Hình 3.31 và 3.32 là các giản đồ DSC và DMTA của nanocompozit epoxy dian GELR 128/0,02 % MWCNTs cho thấy Tg của nanocompozit tăng lên khá nhiều so với nhựa epoxy. Phương pháp DSC cho thấy Tg của nanocompozit tăng gần 14 oC, còn phương pháp DMTA cho thấy Tg tăng 13 oC so với Tg
của nhựa epoxy. Điều này là hiển nhiên do MWCNTs có độ kết tinh cao, nó có thể tạo mầm giúp tăng độ kết tinh của nhựa epoxy. Mặt khác, sự có mặt của MWCNTs cản trở tính linh động của các đại phân tử epoxy, do đó tăng độ cứng của vật liệu, vì vậy làm tăng Tg của vật liệu.
Nhiệt độ, oC
Hình 3.31. Giản đồ DSC của nanocompozit epoxy dian GELR 128/0,02 % MWCNTs
Nhi hi ệt lư ợ ng ,
0.000200.0 200.0 150.0 100.0 Temperature /°C 50.0 0.0 1.00E+05 0.250 1.00E+06 0.500 1.00E+07 Tg / C=70.7 0.750 Tan Delta 1.00E+08 Modulus 1.000 1.00E+09
Hình 3.32. Giản đồ DSC của nanocompozit epoxy dian GELR 128/0,02 % MWCNTs
Nhận xét chung phần 3.3:
Khảo sát phân tán ống MWCNTs trong nhựa nền epoxy GELR 128 cho thấy tốc độ khuấy, kết hợp rung siêu âm có ảnh hưởng mạnh đến độ bền cơ học của vật liệu nanocompozit, trong khi đó một số yếu tố như nhiệt độ, thời gian khuấy, công suất rung siêu âm có ảnh hưởng không đáng kể.
Trong phạm vi được khảo sát, với 0,02% hàm lượng MWCNTs, nhiệt độ 70oC, khuấy cơ học tốc độ 14.000 vòng/phút trong 6 giờ và kết hợp rung siêu âm trong 2 giờ, công suất 75% thì độ bền cơ học của vật liệu nanocompozit đạt được lớn nhất. Cụ thể, độ bền
kéo đạt 80,14 MPa, độ bền uốn 128,05 MPa, độ bền va đập 37,63kJ/m2và độ bền dai phá hủy KIC là 1,93 MPa.m1/2. Điều đó khẳng định hiệu quả của ống MWCNTs gia
cường cho nhựa nền epoxy GELR 128, nâng cao đáng kể độ bền cơ học của vật liệu