Hỗn hợp 1 Hỗn hợp 2 Hỗn hợp 3 Hỗn hợp 4 Hỗn hợp 5
Khối lượng CaCO3
(g) 50 100 200 250 300
Khối lượng PVC (g) 100 100 100 100 100
Khối lượng DOP (g) 100 100 100 100 100
Khối lượng kẽm
stearate (g) 2 2 2 2 2
Khối lượng hỗn hợp
(g) 252 302 402 452 502
2.5 Phương pháp đánh giá cơ tính PVC theo tiêu chuẩn ASTM D638 – 00
Độ bền kéo là ứng suất kéo cực đại của mẫu trong quá trình đo kéo. Khi ứng suất cực đại xảy ra tại điểm yeild (điểm đầu tiên trên đường cong ứng suất - biến dạng mà tại đó có sự gia tăng độ biến dạng mà khơng có sự gia tăng ứng suất), thì độ bền kéo được ghi nhận tại điểm yeild. Khi ứng suất cực đại xảy ra tại điểm đứt, độ bền kéo sẽ được ghi nhận là độ bền kéo đứt.
Module kéo (mô đun đàn hồi) là thước đo độ cứng hoặc khả năng chống biến dạng đàn hồi của vật liệu dưới tải. Nó liên quan đến ứng suất (lực trên một đơn vị diện tích) đến biến dạng (biến dạng tỷ lệ) dọc theo một trục hoặc đường thẳng.
Độ dãn dài (còn gọi là độ biến dạng tỉ đối) là phần trăm dài ra của vật liệu khi chịu tác dụng của lực kéo.
41 Cách tạo mẫu:
Mẫu kéo được gia cơng tạo hình với kích thước của Type IV trong tiêu chuẩn D 638 - 00 được thể hiện ở hình và bảng dưới đây:
Hình 2.6: Hình ảnh minh họa của mẫu quả tạ theo tiêu chuẩn ASTM D638 - 00 [19]
Bảng 2.7: Thông số kích thước của mẫu quả tạ theo tiêu chuẩn ASTM D638 – 00 [19]
Ký hiệu trên mẫu Kích thước
W: Bề rộng phần hẹp (mm) 6 ± 0,25
L: Chiều rộng phần hẹp (mm) 33 ± 1,30
WO: Chiều rộng mẫu (mm) 19 ± 0,75
LO: Chiều dài mẫu (mm) 115 ± 4,5
G: Độ dài đo (mm) 25 ± 1,00
D: khoảng cách giữa các ngàm kẹp (mm) 65 ± 2,5
R: Bán kính góc lượn (mm) 14 ± 0,56
RO: Bán kính ngồi (mm) 25 ± 1,00
Tiến hành thí nghiệm:
Đo bề rộng (WC) và bề dày (T) tại nhiều điểm trên khu vực eo của mẫu, sau đó lấy giá trị trung bình.
Khởi động thiết bị và cài đặt thơng số thiết bị yêu cầu như tiêu chuẩn đo, kích thước mẫu đo (dài x rộng x dày), tốc độ kéo: 20 mm/phút.
Đặt mẫu vào hai ngằm kẹp của thiết bị và tiến hành đo mẫu.
Ghi nhận số liệu: lực kéo (tại điểm yeild hoặc đứt), module/slope, ứng suất kéo yeild, ứng suất kéo đứt và tiến hành xử lý số liệu.
42 Xử lý số liệu: Độ bền kéo: σk = F A (MPa) Trong đó:
• F là lực kéo tại điểm yeild hoặc đứt khi mẫu bị đứt (N)
• A là tiết diện tại vùng eo của mẫu. A = 𝑊𝐶 × T (mm2) Module kéo:
M = Slope × LO
ì T (MPa) Trong ú:
ã Slope là tỉ số giữa sự thay đổi ứng suất và độ biến dạng ở đoạn tuyến tính của đường cong ứng suất - biến dạng.
• LO là chiều dài mẫu (mm)
• Độ biến dạng- độ dãn dài
ε = (l - lo) lo (%) Trong đó:
• l là chiều dài mẫu sau khi biến dạng (mm).
43
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Đánh giá ngoại quan sản phẩm
3.1.1 Sản phẩm chưa độn CaCO3
Sản phẩm sau khi được tách ra khỏi khn có đặc điểm:
Đối với hỗn hợp chỉ có bột PVC, DOP và chất ổn định nhiệt kẽm stearate, sản phẩm có màu trắng đục và trong dần theo độ tăng tỷ lệ DOP. Bề mặt tiếp xúc với khuôn kim loại có phần láng mịn và đồng đều hơn bề mặt không tiếp xúc với khuôn.
Bề mặt không tiếp xúc với khuôn khi chưa hút chân khơng có hiện tượng xuất hiện các lỗ khí, bề mặt khơng đều, mẫu khơng đảm bảo đủ điều kiện để tạo hình đo cơ tính, nhưng đối với hỗn hợp đã hút chân khơng thì bề mặt sản phẩm có đặc điểm láng, đều, độ thẩm mỹ cao, đủ điều kiện tiến hành tạo hình mẫu đo cơ tính.
Hình 3.1: Sản phẩm nhựa PVC chưa độn CaCO3 gia công bằng phương pháp casting
3.1.2 Sản phẩm đã đợn CaCO3
Đối với hỗn hợp có trộn thêm CaCO3, sản phẩm màu trắng đục hơn hỗn hợp khơng có CaCO3. Màu trắng của sản phẩm là do màu của bột PVC và CaCO3, đây là đặc điểm vô cùng quan trọng trong ứng dụng của nghiên cứu. Sản phẩm có màu trắng nên khơng cần thêm chất tẩy trắng trong q trình gia cơng, giúp tiết kiệm được chi phí cho chất tẩy trắng.
Bề mặt sản phẩm đối với hỗn hợp đã hút chân khơng cũng có đặc điểm tương tự như trên: láng, đều, độ thẩm mỹ cao, đủ điều kiện để tạo hình mẫu đo cơ tính.
44 Hình 3.2: Sản phẩm nhựa PVC có độn CaCO3 gia công bằng phương pháp casting
Những mẫu đủ điều kiện để đo cơ tính được cắt tạo hình thành những mẫu để đo độ bền kéo, module kéo và độ dãn dài theo tiêu chuẩn đo cơ tính như hình 3.3.
Các mẫu có độ dày tương tự nhau dao động trong khoảng 2-3mm. Phần rìa cắt bởi khn có đặc điểm thẳng, láng, mẫu có hình dạng và kích thước đúng với tiêu chuẩn.
Hình 3.3: Mẫu đo độ bền kéo, module kéo và độ dãn dài được gia cơng tạo hình theo tiêu chuẩn đo cơ tính
45
3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ chất hóa dẻo DOP đến tính chất cơ lý của vật liệu PVC gia công bằng phương pháp casting vật liệu PVC gia cơng bằng phương pháp casting
Hình 3.4: Đờ thị độ bền kéo trung bình (MPa) của vật liệu PVC với các tỷ lệ chất hóa dẻo DOP khác nhau
Hình 3.5: Đờ thị module kéo trung bình (MPa) của vật liệu PVC với các tỷ lệ chất hóa dẻo DOP khác nhau
2.37830 2.01140 1.89700 1.56140 0.67780 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 100/60 100/80 100/100 100/150 100/200
Tỷ lệ phần trăm khối lượng PVC so với DOP
Độ bền kéo (MPa) 13.3224 9.1420 6.0534 2.9185 1.5543 0.0 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 100/60 100/80 100/100 100/150 100/200
Tỷ lệ phần trăm khối lượng PVC so với DOP
Mod
ule
kéo
(MPa
46 Hình 3.6: Đờ thị độ dãn dài trung bình (%) của vật liệu PVC với các tỷ lệ chất hóa
dẻo DOP khác nhau Nhận xét:
Qua bảng số liệu 3.2 và các đồ thị hình 3.4, 3.5, ta thấy cả độ bền kéo và module kéo đều giảm dần theo tỷ lệ phần trăm khối lượng dầu hóa dẻo DOP tăng dần. Độ bền kéo và module kéo của PVC cao nhất đạt được lần lượt là 2,378 Mpa và 13,224 Mpa, ở tỷ lệ phần trăm khối lượng DOP đều là 60%, tức là phần trăm khối lượng hóa dẻo thấp nhất trong thí nghiệm, sau đó độ bền kéo và module kéo giảm dần và có giá trị thấp nhất lần lượt là 0,677 Mpa và 1,554 Mpa, ở tỷ lệ phần trăm khối lượng DOP là 200%.
Cịn thơng qua bảng số liệu 3.3 và đờ thị hình 3.6, ta thấy độ dãn dài của PVC tăng dần và đạt cực đại ở giá trị 81,99% ở tỷ lệ phần trăm khối lượng dầu DOP là 150%, sau đó lại giảm khi phần trăm khối lượng hóa dẻo DOP tăng. Độ dãn dài tăng giảm thuận nghịch.
Giải thích và kết luận:
Chất hóa dẻo DOP ảnh hưởng đến cơ tính của PVC theo nồng độ thêm vào. Điều này đúng với lý thuyết gel trong cơ chế hóa dẻo: chất hóa dẻo DOP đi vào trong phân tử PVC làm các hạt PVC trương lên, hỗ trợ cho sự di chuyển của phân tử PVC, làm các phân tử PVC dễ dàng di chuyển và suy yếu liên kết giữa các phân tử PVC với nhau, làm tăng độ mềm dẻo của mạch, từ đó độ bền kéo và module kéo giảm. Điều này cũng đúng với lý thuyết về hiệu suất hóa dẻo được trình bày ở mục 1.6.2.4
Ở những nờng độ hóa dẻo DOP thấp, PVC có tính đàn hời tốt, biểu hiện qua việc độ dãn dài tăng dần do trong hỗn hợp sản phẩm xuất hiện thêm liên kết giữa
28.82 37.39 61.77 81.99 63.58 0 20 40 60 80 100 100/60 100/80 100/100 100/150 100/200
Tỷ lệ phần trăm khối lượng PVC so với DOP
Độ
dãn
dài
(%
47 hóa dẻo và polyme giúp PVC đàn hời hơn nhưng khi nờng độ hóa dẻo tiếp tục tăng, lúc này liên kết giữa hóa dẻo với hóa dẻo chiếm ưu thế và PVC khơng cịn đàn hời nữa dẫn đến độ dãn dài giảm. Tỷ lệ phần trăm khối lượng giữa PVC và DOP để cho sản phẩm có độ dãn dài tốt nhất là 100/150
Hiện tượng PVC phân tán được trong DOP ở nhiệt độ phịng cịn chứng minh chất hóa dẻo DOP có ái lực tốt với phân tử PVC, DOP có thể đi vào trong PVC dễ dàng, có thể coi là một dung môi tốt, chúng chen vào các mạch phân tử PVC làm các hạt PVC trương lên. Đây là hiện tượng hóa dẻo ngoại cấu trúc. DOP là chất hóa dẻo tốt dùng cho PVC.
Các quá trình tăng, giảm tính chất cơ tính của PVC đều là tuyến tính nên từ các giá trị của thông số cơ tính mà nhà sản xuất yêu cầu có thể dự đoán được tỷ lệ phần trăm khối lượng giữa PVC và DOP để phối trộn cho phù hợp hoặc ngược lại nếu biết tỷ lệ phần trăm khối lượng giữa PVC và DOP có thể dự đoán được các giá trị của các thông số cơ tính của vật liệu, điều này giúp nhà sản xuất tiết kiệm thời gian và chi phí gia công.
Các giá trị của các thông số cơ tính của vật liệu PVC gia công bằng phương pháp casting rất gần với thông số cơ tính của các sản phẩm làm từ silicone, điều này mở ra ứng dụng trong việc thay thế cho vật liệu silcone trong các trường hợp về yêu cầu tiếp xúc với một số dung mơi có tính ăn mịn cao.
48
3.3 Khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ chất độn CaCO3 đến tính chất cơ lý của vật liệu PVC gia cơng bằng phương pháp casting
Hình 3.7: Đờ thị độ bền kéo trung bình (MPa) của vật liệu PVC có độn CaCO3 với các tỷ lệ CaCO3 khác nhau
Hình 3.8: Đờ thị module kéo trung bình (MPa) của vật liệu PVC có độn CaCO3 với các tỷ lệ CaCO3 khác nhau 1.36113 2.48043 1.70962 1.59309 0.86109 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 100/50 100/100 100/200 100/250 100/300
Tỷ lệ phần trăm khối lượng PVC so với CaCO3
Độ bền kéo (MPa) 6.1158 4.4601 8.3785 9.3978 9.9638 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 100/50 100/100 100/200 100/250 100/300
Tỷ lệ phần trăm khối lượng PVC so với CaCO3
Module
kéo
49 Hình 3.9: Đờ thị độ dãn dài trung bình (%) của vật liệu PVC có độn CaCO3 với các
tỷ lệ CaCO3 khác nhau Nhận xét:
Qua bảng số liệu 3.5 và đờ thị hình 3.7, ta thấy độ bền kéo khơng tăng hay giảm tuyến tính như đối với trường hợp không độn CaCO3, thông số độ bền kéo đạt giá trị cao nhất là 2,4804 Mpa tại tỷ lệ phần trăm khối lượng CaCO3 là 100%, , sau đó giá trị này giảm dần. Thơng số độ bền kéo có sự biến đổi thuận nghịch theo tỷ lệ phần trăm khối lượng CaCO3 thêm vào.
Đối với đờ thị hình 3.8, ta thấy module kéo cũng khơng tăng tuyến tính, nó đạt giá trị thấp nhất là 4,4601 Mpa tại tỷ lệ phần trăm khối lượng CaCO3 là 100%, cao nhất là 9,9638 Mpa ở tỷ lệ phần trăm khối lượng CaCO3 là 300%.
Cịn thơng qua bảng số liệu 3.6 và hình 3.9,ta thấy độ dãn dài cũng khơng tăng tuyến tính mà biến đổi thuận nghịch theo tỷ lệ phần trăm khối lượng CaCO3 thêm vào. Sự tăng giảm này có phần tương đờng với sự biến đổi của thông số độ bền kéo. Độ dãn dài đạt giá trị cao nhất là 89,21 % tại tỷ lệ phần trăm khối lượng CaCO3 là 100% và đạt giá trị thấp nhất là 37,43 % tại tỷ lệ phần trăm khối lượng CaCO3 là 300%
Giải thích và kết luận:
Đá vơi – CaCO3 đóng vai trị là chất độn, ảnh hưởng đến cơ tính của PVC theo từng tỷ lệ phần trăm khối lượng thêm vào.
Đối với trường hợp độ bền kéo, và độ dãn dài khơng tăng tuyến tính theo tỷ lệ CaCO3 thêm vào là do nó sẽ có một tỉ lệ gọi là tỉ lệ tối ưu ở đây cụ thể là 100% CaCO3. Đó là tỉ lệ mà tại đó cho ta độ bền cơ lí tốt nhất. Tỉ lệ CaCO3 cao quá có thể dẫn tới sự tập hợp các hạt CaCO3 lại và khi đó tương tác CaCO3 - CaCO3 cao hơn
45.3450 89.2125 71.3475 63.8650 37.4375 0 20 40 60 80 100 100/50 100/100 100/200 100/250 100/300 Độ dãn dài (% )
50 CaCO3 –PVC-DOP, làm bất đờng nhất về tính chất cơ lí, dẫn đến giảm độ bền kéo và độ dãn dài.
Đối với trường hợp module kéo ban đầu giảm sau đó tăng là do CaCO3 là chất độn vơ cơ khơng hình thành liên kết hóa học với polyme hữu cơ, nên các hạt PVC sẽ hình thành các vỏ bọc liên kết với các hạt CaCO3. Khi tỷ lệ phần trăm khối lượng CaCO3 thấp, PVC tốn một phần năng lượng liên kết cho việc hình thành vỏ bọc này nên nên ở tỷ lệ thấp, càng thêm CaCO3 module kéo – đại lượng đặc trưng cho sự chống lại sự biến dạng, giảm dần. Nhưng khi ở tỷ lệ cao hơn, các hạt CaCO3 lại đóng vai trị là chất bao bọc PVC, nên tỷ lệ càng cao module kéo càng tăng.
51
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận
Từ kết quả nghiên cứu và thử nghiệm, ta đi đến một số kết luận về thông số cơ tính vật liệu PVC tối ưu ở các tỷ lệ phụ gia gia công bằng phương pháp casting.
Bảng 4.1 :Các thông số tối ưu của sản phẩm PVC gia công bằng phương pháp casting
PVC gia công bằng
phương pháp Casting Thông số
Không độn CaCO3 PVC:DOP 100:100 Độ bền kéo (MPa) 1,897
Module kéo (MPa) 6,0534
Độ dãn dài (%) 61,77 Có độn CaCO3 PVC:CaCO3 100:100 Độ bền kéo (MPa) 2,48043 Module kéo (MPa) 4,4601
Độ dãn dài (%) 89,2125
4.2 Kiến nghị
Do thời gian thực hiện luận văn có giới hạn nên khơng thể tiến hành khảo sát thử nghiệm nhiều thí nghiệm. Vì vậy, một số kiến nghị được đề ra nếu có điều kiện tiếp tục thực hiện:
- Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của một số chất hóa dẻo khác ngồi DOP đến tính chất cơ lý của PVC gia cơng bằng phương pháp casting.
- Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của các chất độn khác như: khói, tro bay, SiO2, cao lanh... hoặc một số chất độn có kích thước hạt tương tự CaCO3 đến tính chất cơ lý của PVC gia cơng bằng phương pháp casting
- Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp gia cơng casting lên một số loại nhựa khác ngồi PVC
52
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Đoàn Thị Thu Loan (2008) “Hóa cao phân tử” Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội
Trang 147-154
[2] Nguyễn Duy Toàn, Trần Thị Thanh Vân, Đỗ Quang Thẩm, Nguyễn Vũ Giang, Nguyễn Thuý Chinh, Thái Hoàng (2017) “Chế tạo và khảo sát tính chất của vật liệu compozit PVC/hỗn hợp than đen và tro bay biến tính” Trang 7-8
[3] Phan Thanh Bình (2012) “Hóa học và hóa lý polyme” Nhà xuất bản ĐHQGTP
HCM, Trang 101-110
[4] Phan Thế Anh (2008) “Kỹ thuật sản xuất chất dẻo” Nhà xuất bản khoa học và
kỹ thuật, Hà Nội, Trang 210-221.
[5] Trần Xuân Trường (2017) “Báo cáo ngành nhựa công ty FPT Securities” Trang 34-37
[6] Ung Văn Hoàng (2014) “Thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất PVC huyền phù” Trang 60-67
Tiếng Anh
[7] Ali I. Al-Mosawi, Kalman Marossy (2018) “Effect of Plasticizer Percentage on Properties of Plasticised PVC” J. Mater. Chem. 20 (25), pp. 5-8.
[8] Charles E. Wilkes, James W. Summers, Charles Anthony Daniels, Mark T. Berard (2005) “PVC Handbook” Third Edition, Chapter 1, 24- 60
[9] Clara D. Craver, Charles E.Carraher (2000) “Applied Polymer Science 21st Century” Third Edition, Chapter 13, 734-770
[10] George Wypych (2004) “Handbook of Plasticizers” Second Edition, Chapter 3, 104 - 138
[11] J. Leadbitter, J. A. Day, J. L. Ryan (1994) “PVC: Compounds, Processing and Applications” Second Edition, Chapter 8, 874 - 904
[12] Jan C. J. Bart (2006) “Polymer Additive Analytics: Industrial Practice and Case Studies” Third Edition, Chapter 4, 244 - 304
[13] Jiri E. Kresta (2012) “Polymer Additives” Second Edition, Chapter 5, 374 - 404
53 [14] M.V. Titow (2012) “PVC Technology” Third Edition, Chapter 9, 974 - 1004 [15] Ning Chen, Chaoying Wan, Yong Zhang, Yinxi Zhang (2004) “Effect of nano-CaCO3 on mechanical properties of PVC and PVC/Blendex blend” J. Mater. Chem. 10 (15), pp. 7-9
[16] O. M. Folarin, E. R. Sadiku (2011) “Thermal stabilizers for poly (vinyl