Trộn bột nhựa bản mạch (NBM) với cỏc kớch thước hạt khỏc nhau 0,1; 0,2; 0,4; 0,6 vào tổ hợp nhựa O.ABS - R.ABS tỉ lệ 80:20. Kết quả phối trộn thu được như sau:
Hỡnh 3.13. Đồ thị momen xoắn phụ thuộc vào kớch thước NBM
Kớch thước NBM càng tăng thỡ độ nhớt của hệ tăng do lực cản trở càng lớn, độ nhớt thấp nhất ở kớch thước NBM 0,1 mm. Kớch thước 0,2 mm thỡ độ nhớt tăng khụng đỏng kể so với kớch thước 0,1 mm. Khi tăng kớch thước NBM cỏc sản phẩm đều cú độ nhớt lớn hơn làm vật liệu composit sẽ khú gia cụng hơn.
3.2.3.2. Ảnh hưởng của kớch thước bột nhựa bản mạch đến tớnh chất cơ lý của compozit.
Khảo sỏt trờn cho tỷ lệ hàm lượng nhựa R.ABS – O.ABS là 20%, luận văn nghiờn cứu chế tạo compozit nền nhựa ABS với NBM nhằm tận dụng tối đa cỏc chất thải điện tử. Bản mạch sau khi được tỏch hết kim loại bằng phương phỏp húa học, được nghiền nhỏ trong mỏy ộp 2 trục lăn, rồi nghiền tinh bằng mỏy nghiền siờu mịn sau đú sàng với cỏc kớch thước hạt khỏc nhau.
Tiến hành trộn bột NBM với cỏc cỡ hạt khỏc nhau với hàm lượng 10% vào tổ hợp nhựa ABS ở trờn. Chế tạo mẫu đo tớnh chất cơ lý vật liệu ta cú kết quả như sau:
Hỡnh 3.14. Đồ thị ứng suất biến dạng của mẫu compozit trộn 10% NBM với kớch thước hạt 0,6 mm(a), 0,4mm(b), 0,2mm(c), 0,1mm(d)
Từ đồ thị cho thấy, khi thờm bột NBM thỡ độ dón của compozit kộm hơn nhiều, mụ đun của mẫu đo trong khoảng 0,5 – 3% với mẫu 0,4 và 0,6mm và trong khoảng 5 - 10% cỏc mẫu cũn lại.
Bảng 3.3. Ảnh hướng kớch thước hạt NBM tới tớnh chất cơ lý compozit
Kớch thước hạt (mm) 0,6 0,4 0,2 0,1
Độ bền kộo đứt (MPa) 31,0 36,0 39,5 38,3
Độ dón dài khi đứt (%) 3,29 5,39 11,27 12,40
a b
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Kớch thước hạt (mm) Đ ộ b ề n k ộ o ( M P a )
Hỡnh 3.15. Đồ thị sự phụ thuộc kớch thước hạt tới độ bền kộo compozit
0 2 4 6 8 10 12 14 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Kớch thước hạt NBM (mm) Đ ộ d ó n d à i ( % )
Hỡnh 3.16. Đồ thị sự phụ thuộc kớch thước hạt tới độ dón dài của compozit
Trờn hỡnh 3.16 ta thấy độ gión dài khi đứt của cỏc mẫu tổ hợp nhựa khi trộn NBM với cỏc kớch thước khỏc nhau. Độ dón dài khi đứt của mẫu khi trộn NBM với kớch thước 0,2mm đo được là 11,27 %. Khi tăng kớch thước NBM, độ dón dài của cỏc mẫu compozit cú xu hướng giảm mạnh. Đặc biệt độ dón dài giảm nhanh khi kớch thước NBM lớn hơn 0,2mm. Hỡnh 3.15 cho thấy độ bền kộo đứt của compozit lớn nhất là 39,5 MPa khi trộn NBM với kớch thước 0,2mm. Nếu tăng kớch thước NBM, độ bền đứt của cỏc mẫu compozit cú xu hướng giảm và giảm rất nhanh với kớch thước > 0,2mm.
Do đú với kớch thước hạt 0,2 mm thỡ độ bền kộo và độ dón dài compozit tốt nhất, kớch thước nhỏ hơn gõy hiện tượng vún cục làm giảm tớnh chất vật liệu, kớch thước hạt quỏ lớn làm cho độ liờn kết của pha nền kộm. Luận văn lựa chọn kớch thước hạt 0,2 mm để nghiờn cứu khảo sỏt tiếp theo.
3.2.4. Khảo sỏt ảnh hưởng của hàm lượng bột nhựa bản mạch nền tổ hợp nhựa ABS
3.2.4.1. Tớnh chất lưu biến trạng thỏi núng chảy của tổ hợp nhựa khi trộn bột nhựa bản mạch với cỏc hàm lượng khỏc nhau
Hỡnh 3.17. Đồ thị momen xoắn phụ thuộc vào hàm lượng NBM
Hỡnh 3.17 mụ tả giản đồ mụ men xoắn của cỏc mẫu compozit nền nhựa ABS với cỏc hàm lượng NBM khỏc nhau. Trờn giản đồ momen xoắn cho thấy sự chảy nhớt của cỏc tổ hợp nhựa ban đầu đều cú đặc trưng giống nhau, đú là mụ men xoắn tăng lờn và đạt giỏ trị cực đại, sau đú momen xoắn giảm dần và đạt giỏ trị ổn định. Hàm lượng NBM càng cao độ nhớt càng cao, cỏc hạt nhựa bản mạch gõy lực cản trong hệ nhựa núng chảy, làm tăng độ nhớt của hệ. Hàm lượng NBM từ 5-15% độ nhớt tăng khụng nhiều, > 15% tăng nhiều hơn. Như vậy khi tăng
hàm lượng NBM cỏc sản phẩm đều cú độ nhớt lớn hơn làm vật liệu compozit sẽ khú gia cụng hơn.
3.2.4.2. Tớnh chất cơ lý của compozit
Nhựa bản mạch là nhựa nhiệt rắn khú tỏi sử dụng nờn việc trộn vào compozit tăng khả năng xử lý chất thải điện tử, cú ý nghĩa thực tế cao. Luận văn sử dụng nhựa bản mạch như chất độn vụ hướng nền ABS, tiến hành nghiờn cứu khảo sỏt tiếp vật liệu compozit mới này. ABS tổ hợp với hàm lượng R.ABS là 20% được trộn với nhựa bản mạch kớch thước 0,2 mm theo cỏc hàm lượng khỏc nhau trong mỏy trộn kớn, sau đú mẫu được đem đi đo thử độ bền kộo đứt, kết quả như sau.
Hỡnh 3.18. Đồ thị ứng suất biến dạng của compozit trộn 5% NBM (a), 10% NBM (b), 15% NBM (c), 20% NBM (d), 25%(e) NBM
(a) (b)
(c) (d)
Hàm lượng nhựa bản mạch càng cao độ dón càng giảm, mụ đun của mẫu được đo trong khoảng 5 - 10% với cỏc mẫu 5%, 10%, 15%, khoảng 1 - 3% với cỏc mẫu 20%, 25%.
Bảng 3.4. Sự phụ thuộc tớnh chất cơ lý của compozit vào hàm lượng NBM
Hàm lượng NBM (%) 5 10 15 20 25
Độ bền kộo đứt (MPa) 42,0 39,5 38,1 31,8 19,7
Độ dón dài khi đứt (%) 12,8 11,2 9,8 6,2 3,1
Mụ đun kộo (MPa) 1043 1120 1180 1205 1227
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5 10 15 20 25 30 Hàm lượng bột nhựa bản mạch (%) Đ ộ bề n k ộ o (M pa )
Hỡnh 3.19. Đồ thị sự phụ thuộc độ bền kộo vào hàm lượng NBM
0 2 4 6 8 10 12 14 5 10 15 20 25 Hàm lượng NBM (%) Đ ộ d ó n d à i ( % )
1000 1050 1100 1150 1200 1250 5 10 15 20 25 Hàm lượng NBM (% ) M ụ đ u l k ộo (M P a)
Hỡnh 3.21. Đồ thị sự phụ thuộc mụ đun kộo vào hàm lượng NBM
Từ đồ thị ta thấy thờm NBM làm tớnh chất cơ lý vật liệu giảm do đúng vai trũ là chất độn vụ hướng, ở hàm lượng dưới 15% NBM tớnh chất cơ lý giảm nhẹ, trờn 15% thỡ tớnh chất cơ lý giảm mạnh hơn. Tuy nhiờn mụ đun kộo tăng do sự tăng độ cứng của vật liệu.
Tiến hành khảo sỏt độ bền uốn và va đập của cỏc mẫu compozit trờn ta cú kết quả như sau:
Hỡnh 3.22. Đồ thị đo độ bền uốn vật liệu compozit chứa hàm lượng NBM 0%(a), 5%(b), 10%(c), 15%(d), 20(e), 25%(f)
Khi trộn NBM vào mẫu, vật liệu trở nờn giũn hơn, đồ thị khụng cú điểm gập xuống như của mẫu khụng chứa NBM (hỡnh 3.20).
Bảng 3.5. Độ bền uốn và năng lượng va đập của compozit vào hàm lượng NBM
Hàm lượng nhựa bản mạch (%) 0 5 10 15 20 25 Độ bền uốn (MPa) 66,8 61,6 56,4 50,8 34,3 27,6 Độ bền va đập (KJ/m2) 35,7 33,6 28,9 22,3 18,6 16,7 10 20 30 40 50 60 70 0 5 10 15 20 25 Hàm lượng ABS NBM (%) Đ ộ b ề n u ố n (M Pa )
Hỡnh 3.23. Đồ thị phụ thuộc độ bền uốn vào hàm lượng NBM
10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 Hàm lượng ABS NBM (%) N ă n g l ư ợ n g v a đ ậ p (k J /m 2)
Hỡnh 3.24. Đồ thị phụ thuộc năng lượng va đập vào hàm lượng NBM
Kết quả đo độ bền uốn và va đập cho thấy, hàm lượng NBM càng nhiều thỡ độ bền uốn và năng lượng va đập càng giảm, độ bền uốn của vật liệu chứa hàm lượng NBM > 15% giảm nhanh hơn. NBM đúng vai trũ là chất độn vụ
hướng nờn làm giảm tớnh liờn kết của vật liệu, kộo theo giảm tớnh chất cơ lý của nú.
3.2.5. Khảo sỏt ảnh hưởng của hàm lượng axit stearic/ tổ hợp nhựa ABS /bột nhựa bản mạch
3.2.5.1. Tớnh chất lưu biến trạng thỏi núng chảy của tổ hợp nhựa khi trộn bột nhựa bản mạch được biến tớnh bằng axit stearic.
Hỡnh 3.25. Đồ thị momen xoắn phụ thuộc hàm lượng axit stearic biến tớnh NBM
Hỡnh 3.25 cho biết giản đồ momen xoắn của cỏc mẫu compozit khi trộn thờm nhựa bản mạch được biến tớnh bằng axit stearic với cỏc hàm lượng khỏc nhau ta thấy cũng tương tự như cỏc mẫu compozit trờn. Trong đú, giỏ trị mụ men xoắn của cỏc mẫu khi biến tớnh bằng axit stearic đều thấp hơn hơn so với mẫu khụng biến tớnh. Rừ ràng, việc xử lý bề mặt NBM bằng axit stearic làm tăng sự tương hợp của NBM với nền nhựa ABS. Giỏ trị momen xoắn với mẫu cú hàm lượng stearic 3% và 5% là tương đương nhau.
Mục đớch sử dụng axit stearic vào hỗn hợp làm chất hoạt động bề mặt, tăng sự phõn tỏn của bột NBM trong pha nền ABS. Luận văn chế tạo cỏc mẫu compozit 15%NBM/ tổ hợp nhựa ABS với hàm lượng stearic 1%, 3%, 5%, chế tạo mẫu đem đo tớnh chất cơ lý của mẫu ta cú kết quả dưới đõy:
Hỡnh 3.26. Đồ thị ứng suất biến dạng của compozit trộn axit stearic 1%(a), 3%(b), 5%(c)
Bảng 3.6. Sự phụ thuộc tớnh chất cơ lý của compozit vào hàm lượng axit stearic
Hàm lượng axit stearic (%) 0 1 3 5
Độ bền kộo đứt (MPa) 38,1 40,0 42,0 39,0
Độ dón dài khi đứt (%) 9,8 10,5 12,7 10,8
Mụ đun kộo (MPa) 1180 1094 962 931
0 10 20 30 40 50 0 2 4 6
Hàm lượng axit stearic (%)
Độ bền kộo đứt (MPa) Độ dón dài khi đứt (%)
Hỡnh 3.27. Đồ thị sự phụ thuộc độ bền kộo đứt và dón dài vào hàm lượng axit stearic
800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 0 1 2 3 4 5
Hàm lượng axit stearic (%)
M ụ đu n kộo ( M P a)
Hỡnh 3.28. Đồ thị sự phụ thuộc mụ đun kộo vào hàm lượng axit stearic
Qua bảng trờn ta thấy độ bền kộo đứt và độ gión dài khi đứt của mẫu khi chưa biến tớnh axit stearic thấp hơn so với cỏc mẫu khi được biến tớnh. Độ bền kộo đứt lớn nhất khi biến tớnh axit stearic với hàm lượng 3% là 42,0 MPa và độ gión dài khi đứt là 9,8%. Ở hàm lượng axit stearic lớn hơn 3% độ bền kộo đứt và độ gión dài khi đứt đều giảm. Do axit stearic đúng vai trũ là chất hoạt động bề mặt tăng khả năng phõn tỏn của NBM, đồng thời cũng là chất húa dẻo làm tăng độ dón dài. Khi hàm lượng axit stearic nhiều sẽ làm giảm liờn kết pha nền làm tớnh chất cơ lý giảm.
Bảng 3.7. Sự phụ thuộc độ bền uốn và năng lượng va đập của compozit vào hàm lượng NBM
Hàm lượng axit stearic (%) 0 1 3 5
Độ bền uốn (MPa) 50,8 54,8 60,5 62,1
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 0 1 2 3 4 5 6 Hàm lượng stearic (%) Độ bền uốn (MPa) Độ bền va đập (KJ/m2)
Hỡnh 3.29. Đồ thị phụ thuộc độ bền uốn, va đập vào hàm lượng axit stearic khi biến tớnh NBM
Trờn đồ thị ta thấy độ bền uốn tăng khi tăng hàm lượng axit stearic, với hàm lượng lớn hơn 3% thỡ tăng khụng khụng đỏng kể. Axit stearic cũn đúng vai trũ húa dẻo nờn làm tăng độ bền chịu uốn vật liệu. Độ bền va đập tăng theo hàm lượng stearic nhưng nếu hàm lượng stearic lớn làm giảm độ liờn kết vật liệu, giảm độ bền va đập.
3.2.6. Khảo sỏt tớnh chất nhiệt của vật liệu
Cỏc ứng dụng của vật liệu polyme nhiệt dẻo phụ thuộc lớn vào khả năng chịu nhiệt, nhiệt độ chảy dẻo trong gia cụng. Luận văn tiến hành phõn tớch nhiệt trọng lượng (TGA) cỏc mẫu compozit tổ hợp nhựa ABS, tổ hợp nhựa ABS/15% NBM, tổ hợp nhựa ABS/15% NBM biến tớnh axit stearic cú kết quả như sau:
Cỏc mẫu được chạy trong điều kiện tốc độ gia nhiệt 10o/phỳt, phõn tớch nhiệt tới 500oC trong mụi trường khớ nitơ.
Hỡnh 3.30. Giản đồ phõn tớch TGA của mẫu tổ hợp nhựa ABS(xanh), ABS/15%NBM(đen), ABS/NBM/Stearic(đỏ)
Kết quả phõn tớch nhiệt TGA xỏc định được nhiệt độ phõn hủy của cỏc mẫu nhựa gồm 2 đoạn, giai đoạn 1 đều phõn hủy ở 330oC là nhiệt độ phõn hủy của nhựa ABS. Giản đồ TGA của ABS cú đoạn sau phõn hủy ở khoảng 370oC của nhựa ABS lẫn tạp chất; ABS/NBM giai đoạn 2 phõn hủy ở 420oC, ABS/NBM/stearic ở 420oC, cú thể kết luận đõy là nhiệt độ phõn hủy của NBM.
Từ kết quả phõn tớch nhiệt cho thấy khả năng chịu nhiệt của cỏc vật liệu tổ hợp là như nhau, đều bị phõn hủy nhiệt ở 330oC. Việc thờm cỏc chất độn gia cường khụng làm giảm khả năng chịu nhiệt của nền nhựa ABS.
3.2.7. Khảo sỏt sự tương hợp pha của vật liệu compozit bằng kớnh hiển vi điện tử
Tiến hành khảo sỏt bề mặt mẫu tổ hợp nhựa ABS, compozit ABS/NBM, ABS/NBM/stearic bằng kớnh hiển vi điện tử quột Hitachi S4800.
a
c
Hỡnh 3.31. Ảnh SEM của mẫu tổ hợp nhựa ABS (a), ABS/NBM (b), ABS/NBM/stearic (c)
Ảnh SEM của tổ hợp nhựa ABS cho thấy ABS nguyờn chất và ABS tỏi chế tương hợp nhau, khụng biểu hiện phõn tỏch pha.
Ảnh SEM của ABS/NBM cho thấy cỏc cú nhiều võn nổi lờn do NBM làm cộm lờn, làm giảm liờn kết pha nền, pha nền bị phõn tỏch cục bộ.
Ảnh SEM của ABS/NBM biến tớnh axit stearic cho thấy bề mặt tương đối nhẵn, cho thấy nhựa bản mạch phõn bố khỏ đều trong mẫu.
a b
KẾT LUẬN
Thực hiện đề tài “ Nghiờn cứu điều kiện tỏi chế plastic từ thiết bị điện tử
thải bỏ phự hợp với điều kiện Việt Nam” luận văn đó đạt được một số kết quả
chớnh sau:
Tiến hành khảo sỏt thực trạng thu gom, tỏi chế nhựa từ rỏc thải điện tử ở làng nghề Minh Khai – Như Quỳnh – Văn Lõm - Hưng Yờn. Ở đõy số lượng hộ tỏi chế nhựa từ chất thải điện tử chỉ chiếm 0,6% số cỏc hộ làm nghề tỏi chế nhựa. Chứng tỏ việc tỏi chế nhựa điện tử khụng tập trung mà rải rỏc ở cỏc vựng khỏc nhau. Quy mụ sản xuất nhỏ lẻ, cụng nghệ lạc hậu đó gõy ụ nhiễm nghiờm trọng đến nguồn, đất, nước ở đõy.
Đó chế tạo được cỏc vật liệu compozit tổ hợp nhựa ABS, ABS/NBM, ABS/NBM/axit stearic và khảo sỏt tớnh chất cơ lý của cỏc mẫu compozit cho thấy:
Tỷ lệ hàm lượng nhựa OABS và R.BS là 80:20 thỡ tớnh chất cơ lý của vật liệu vẫn đảm bảo.
Hàm lượng bột nhựa bản mạch càng cao thỡ tớnh chất cơ lý càng giảm, ở hàm lượng >15% NBM thỡ tớnh chất cơ lý giảm nhanh hơn. Hàm lượng 15% NBM cho tớnh chất cơ lý chấp nhận được.
Khi cỏc mẫu nhựa được biến tớnh bằng axit stearic cỏc tớnh chất cơ lý đều tăng hơn so với khi khụng biến tớnh. Hàm lượng axit stearic tối ưu là 3%.
Đó khảo sỏt sự tương hợp pha bằng kớnh hiển vi điện tử cho thấy: O.ABS và R.ABS tương hợp nhau, khụng biểu hiện phõn cỏch pha. Bột NBM trộn vào
tổ hợp nhựa ABS khi được biến tớnh bằng axit steatic sẽ phõn tỏn được tốt hơn khi bột NBM khụng được biến tớnh.
Đó tiến hành phõn tớch nhiệt cho thấy: khả năng chịu nhiệt của cỏc vật liệu tổ hợp là như nhau, đều bị phõn hủy nhiệt ở 330oC.
Triển vọng ứng dụng của compozit: tổ hợp nhựa ABS cú thể được sử dụng như với nhựa nhiệt dẻo bỡnh thường, compozit ABS/NBM và ABS/NBM biến tớnh bằng axit stearic cú thể sử dụng vào vật liệu chịu mài mũn, chịu nhiệt, cần độ cứng vừa phải.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
1. Cụng ty cổ phần mỏy tớnh và truyền thụng Việt Nam, (2006), Đỏnh giỏ cụng nghệ tỏi chế và thu hồi vật liệu từ chất thải điện tử phục vụ cho định hướng xõy dựng ngành cụng nghiệp mụi trường, Nhiệm vụ quản lý Nhà nước về bảo vệ mụi trường năm 2006, Hà nội, .
2. Đỗ Quang Trung (chủ trỡ), (2008), Bỏo cỏo túm tắt kết quả thực hiện đề tài