CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
3.2.3. Đặc tính kéo đứ t, giãn dài
Bảng 3.37 - Kết quả các thông sốkhi kéo đứt mẫu màng cản xạ Mẫu
E(Mpa) Fm(N) TS(MPa) Eb(%)
Ngang Dọc Ngang Dọc Ngang Dọc Ngang Dọc M0 77,024 48,632 8,121 9,519 4,230 4,957 320,8 309,2 M1 67,60 41,185 5,925 7,4132 4,127 5,148 256,8 238,8 M2 155,46 146,24 10,542 13,352 12,552 15,896 211,2 200.6 M3 36,56 15,756 5,574 6,412 5,267 5,829 301,6 290,1 M3’ 19,21 19,21 5,726 7,022 5,205 6,071 319,16 229,18
Hình 3.3 – Biểu đồ biểu thị mối tương quan giữa độ bền kéo đứt màng cản xạvà độ tương đương chì
Nhìn vào kết quả trung bình từ thí nghiệm xác định độ dày, độ bền kéo đứt, giãn dài giữa các mẫu vật liệu cản xạ có chì M0, M1, M2, ta thấy: màng cản xạ có chì có độtương đương chì càng lớn thì độ dày càng lớn và độ bền kéo đứt càng lớn
Độ bền kéo đứt theo phương dọc đều lớn hơn độ bền kéo đứt theo phương ngang(với mẫu M0 có độ bền phương dọc cao hơn phương ngang là 17,18%, mẫu
M1 là 6,2%, mẫu M2 là 26,64%, mẫu M3 là 10,67%, mẫu M3’ là 16,62%), điều này có thể kết luận là vật liệu được cán định hướng theo phương dọc.
Bảng 3.38 - Độ bền của vật liệu theo phương dọc và ngang
Mẫu
TS(MPa) Theo phương ngang
TS(MPa) Theo phương dọc a -
màng cản xạ
b - vải bọc ngoài
Tỷ lệ b/a
c - màng cản xạ
d- vải bọc ngoài
Tỷ lệ d/c
M0 4,230 48,2 11,395 4,957 62,675 12,644
M1 4,127 44,55 10,795 4,1526 62,984 15,167
M2 12,552 120,22 9,578 15,896 117,4 7,386
M3 5,267 100,614 19,103 5,8294 133,372 22,879
M3’ 5,2058 62,848 12,073 6,071 45,05 7,421
Hình 3.4 – Biểu đồso sánh độ bền của vật liệu
Theo nghiờn cứu của nhà khoa học D. Oppliger-Schọfer được đăng ký patent [15] thì tất cả các vật liệu bảo hộ cản xạđều bị xuất hiện các lỗi trong quá trình sử dụng và có xu hướng tăng nhiều lên, các khuyết tật, lỗi thường là lỗ rách, thủng, rạn nứt trên bề mặt sản phẩm, chính vì thế yêu cầu đặt ra cho áo bảo hộ là phải có độ bền, giãn thích hợp. Theo tiêu chuẩn TCVN 6730 - 1 : 2000 Vật liệu cản xạ - Tấm cao su chì [4], tấm cao su chì sử dụng để cản xạ phải có độ bền kéo đứt không nhỏ hơn 17MPa, như vậy nếu vật liệu cản xạ này dùng làm yếm chì, tấm ốp tường và màng che chắn cửa (cửa đi, cửa sổ) của các phòng X quang trong cơ sở y tế thì các
màng cản xạ trong các mẫu áo đều không đạt yêu cầu sử dụng vì các mẫu đều có độ bền kéo đứt nhỏhơn 17MPa.
Ở đây, các màng cản xạđược sử dụng làm vật liệu làm áo bảo hộ, được đặt bên trong 2 lớp vỏ bọc, nên phải đảm bảo các chỉ tiêu vềđộ cứng nén, độ dày, độ bền phù hợp và chiếc áo bảo hộ phải có tính tiện nghi, sinh thái…
Với lớp bên ngoài là vải tráng phủcó độ bền cao hơn rất nhiều lớp màng cản xạ (Hình 3.4) do vậy có thể bảo vệ tốt cho màng cản xạ, tuy nhiên cũng phải có những biện pháp, quy định trong giữ gìn, bảo quản cũng như quá trình sử dụng để đảm bảo giữ tốt dùng bền cho áo, tránh hư hỏng.
Như vậy tiêu chuẩn TCVN 6730 - 1 : 2000 không đưa ra để quy định đặc tính độ bền cho áo bảo hộ cản xạ.
Màng cản xạ là vật liệu composite được tạo ra bởi hai thành phần chính đó là chất nền với chất độn. Chất nền là polymer liên kết với chất độn là kim loại chì với các liên kết vật lý và liên kết hóa học [7]. Vì vậy liên kết tạo ra độ bền của vật liệu chính là sự liên kết giữa các phần tử chất nền (polymer), liên kết giữa chất nền với chất độn (kim loại chì) và sự liên kết giữa chính các hạt kim loại Chì với nhau. Nhìn vào cấu trúc của vật liệu, ta thấy độ bền của vật liệu được quyết định phần lớn bởi liên kết của các phần tử polymer cùng với sự liên kết giữa polymer và các hạt kim loại chỡ, vỡ cỏc hạt kim loại chỡ cú kớch thước trung bỡnh từ 1 - 20àm nờn chất độn là chì trong vật liệu composite này không mang tính chất gia cường và liên kết giữa chì và chất nền polymer sẽ kém. Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy độ bền kéo đứt và lực kéo đứt của các mẫu tương đối thấp, điều đó khẳng định lại sự liên kết giữa các phân tửtrong màng composite chưa được tốt lắm. Điều này cũng được nhận ra ởảnh SEM độ phóng đại 8000 lần có thể nhìn thấy rõ lỗ hổng tại khoảng cách giữa các hạt kim loại chì.
Hình 3.5 - Ảnh chụp SEM màng cản xạ mẫu M2
Vật liệu có lực kéo đứt thấp, độ bền kéo đứt thấp so với cao su thông thường (độ bền khoảng trên 18 MPa hoặc cao hơn nữa), lực kéo đứt và độ bền kéo đứt theo phương dọc lớn hơn theo phương ngang, trong khi đó toàn bộ trọng lượng áo nặng tới 3,95kg, chiếc áo luôn được sử dụng và bảo quản ở dạng treo nên lực chịu tác dụng nhiều nhất chủ yếu là theo hướng dọc, vì thế nhà sản xuất thường chọn phương dọc của vật liệu làm chiều dọc của áo bảo hộ và độ giãn của màng cản xạ có ý nghĩa quan trọng quyết định đến chất lượng của áo.
Tuy màng cản xạ đã được bảo vệ bởi 2 lớp vải tráng phủ bên ngoài có độ giãn thấp song độ giãn cao của màng cản xạ có thể sẽ giúp áo mềm dẻo hơn trong khi sử dụng, tránh được những hư hỏng, tổn thương do các biến dạng cục bộ. Mặc dù trong tiêu chuẩn TCVN 6730 - 1 : 2000 quy định độ giãn đứt của tấm cao su Chì không dưới 105%, nhưng tất cả các mẫu áo bảo hộđược thử nghiệm đều có độ giãn đứt lớn hơn nhiều, Mẫu M0 có độ giãn đứt cao hơn giới hạn dưới của tiêu chuẩn:
205%, mẫu M1 cao hơn 144,5%, mẫu M2 cao hơn 61,7%, mẫu M3 cao hơn 187,2%, M3’ cao hơn 203,9%.
Theo nghiên cứu của Babara Ballsieper [19] tỷ lệ chất nền trong vật liệu cản xạthường từ 12 - 22%, trong khoảng tối ưu này, nếu tăng tỷ lệ chất nền thì sẽ tăng độ bền nhưng giảm khảnăng cản xạ của vật liệu.
Bảng 3.39 - Bảng so sánh độgiãn đứt của màng cản xạ và vải bọc ngoài
Mẫu
Eb(%)
Theo phương ngang
Eb(%) Theo phương dọc
Màng cản xạ
Vải bọc ngoài
% Màng cản xạ
Vải bọc ngoài
%
M0 320,8 128 150,62 309,2 130,2 137,4 M1 256,8 123,4 108,1 238,8 130,6 82,8 M2 211,2 130,24 62,16 200,6 129,12 55,35 M3 301,6 130,8 130,5 290,1 130,64 122 M3’ 319,16 133,744 138,6 318,36 125,136 154,4
Hình 3.6 - Biểu đồ biểu thị mối tương quan giữa độ giãn đứt màng cản xạvà độ tương đương chì
Trong nghiên cứu kéo đứt, khi màng cản xạ bị kéo giãn, khoảng cách các phần tử chất độn A và B trong vật liệu lớn dần (Hình 3.7), nghĩa là mật độ chất độn tại vùng bị kéo giãn giảm xuống, điều này ít nhiều cũng ảnh hưởng tới khảnăng cản xạ của vật liệu. Ví dụ mẫu M2 khi kéo giãn hình 3.3, ở trạng thái trước kéo giãn, khoảng cách phần tử A, B là 0,3mm, khi kéo giãn mẫu 100% thì khoảng cách AB là 0,5mm, kéo giãn 180% thì khoảng cách AB là 0,6mm và tiếp tục kéo tiếp tới 200% thì các phần tử trên bề mặt tiết diện cắt bị biến dạng không nhận rõ, điều này cho thấy xuất hiện các lỗ hổng lớn dần giữa chúng.
Chưa kéo giãn Kéo giãn 100% Kéo giãn 180% Kéo giãn 200%
Hình 3.7 - Ảnh chụp bằng kính hiển vi khi kéo giãn màng cản xạ Mẫu M2 Thực tế, trong sử dụng và bảo quản, chiếc áo luôn ở trạng thái treo nên ngoài bị giãn do tác động co kéo khi vận động, màng cản xạ còn bị biến dạng kéo do tự trọng lớn của nó. Tuy nhiên trong giới hạn nghiên cứu của đề tài chỉ khẳng định được rằng độ giãn có ảnh hưởng tới mật độ chất hấp thụ bức xạ chứ chưa kết luận được ảnh hưởng của độ giãn tới khảnăng cản xạ thế nào.
E-Modul là thông số thể hiện lực ban đầu cần thiết tác dụng lên để vật liệu bắt đầu giãn, như vậy modul có ý nghĩa quan trọng trong việc quyết định đến tính ổn định cấu trúc của vật liệu, vật liệu có E-modul càng cao thì càng ổn định về hình dáng [6]. Ởđây, các mẫu M0, M1, M2 có cấu trúc tương đương nhau, với tỷ lệ chất độn là kim loại chì tương đương nhau (thuộc nhóm vật liệu chì). Vì vậy từ bảng 3.37 ta thấy mẫu có độ tương đương chì càng lớn (độ dày càng lớn) thì có E-modul càng cao nên cấu trúc càng ổn định. Điều này cũng phù hợp với tính chất sử dụng của áo bảo hộ cản xạ, mẫu M2 có độ dày 1,42mm, khối lượng cả áo là 3,95kg, mẫu M0 có độ dày 0,96mm, khối lượng cả áo là 2,8 kg và mẫu M1 có độ dày 0,72mm, khối lượng cả áo là 2,15kg. So sánh giữa các áo bảo hộ, mẫu M2 luôn phải chịu lực tác động của trọng lượng lớn nhất nên đểđảm bảo độ bền giãn tốt thì phải có modul lớn nhất, mẫu M0 và mẫu M1 phải chịu lực tác độ của trọng lượng thấp hơn nên vật liệu có E-modul thấp hơn.