Vật liệu tổ hợp PE/tro bay đó được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tõm, nghiờn cứu [30, 58, 72, 75]. Tỏc giả J.Y. Hwang đó nghiờn cứu chế tạo vật liệu tổ hợp từ PE tỷ trọng thấp (LDPE), PE tỷ trọng cao (HDPE) với tro bay cú kớch thước hạt 30 m. Vật liệu tổ hợp từ LDPE và HDPE với tro bay được tạo thành bằng cỏch trộn núng chảy trờn thiết bị Brabender với tốc độ quay 50 vũng/phỳt với thời gian trộn 30 phỳt. Nhiệt độ trộn tương ứng với LDPE và HDPE lần lượt là 190 và 200 oC. Trước khi sử
dụng, tro bay được phủ lờn bề mặt chất liờn kết họ silan k hiệu Z-6032 để tăng tiếp xỳc bề mặt với polyme. Tỏc giả cũng đó tiến hành ộp phun vật liệu tổ hợp LDPE/tro bay trờn mỏy ộp phun với nhiệt độ cỏc vựng trờn mỏy ộp phun là 210 o
C, 220 oC và 230 oC. So với quỏ trỡnh gia cụng vật liệu tổ hợp LDPE/CaCO3 trờn cựng một mỏy ộp phun, quỏ trỡnh gia cụng vật liệu tổ hợp LDPE/tro bay dễ dàng hơn. Trong khi LDPE/80% CaCO3 khụng thể ộp phun ở 250 oC dưới ỏp lực 2200 psi thỡ LDPE/80% tro bay cú thể ộp phun ở điều kiện gia cụng nhẹ nhàng hơn (ở nhiệt độ 230 oC và ỏp lực phun 900 psi) [58]. Vật liệu tổ hợp LDPE/10 % tro bay cú độ bền kộo đứt, mụ đun đàn hồi lớn hơn LDPE và vật liệu tổ hợp LDPE/10 % CaCO3 (bảng 1.5).
Bảng 1.5. Tớnh chất cơ học của t i u tổ hợ LDPE/cỏc chất độn hỏc nhau [58] Chất độn Hàm lượng (%) Độ bền kộo đứt (Psi) Độ dón dài khi đứt (%) Mođun đàn hồi (Ksi) Khụng 0 3336 467 27,5 Tro bay CaCO3 10 10 3463 3255 467 467 36,0 33,4 Tro bay CaCO3 20 20 2635 2563 462 483 39,4 33,6 Tro bay CaCO3 40 40 2449 1905 450 442 47,3 33,6 Tro bay CaCO3 80 80 2377 - 46,6 - 90,5 -
Độ bền kộo đứt của 3 mẫu LDPE, LDPE/10% tro bay và LDPE/10% CaCO3 lần lượt là 3336; 3463 và 3255 psi. Mụ đun đàn hồi của 3 mẫu tương ứng là 27,5; 36 và 33,4 Ksi. Cả 3 mẫu đều cú độ dón dài khi đứt giống nhau
(467 %). Tro bay cải thiện tớnh chất cơ học của LDPE lớn hơn so với CaCO3
là vỡ tro bay cú khả năng liờn kết với polime nền tốt hơn CaCO3 [58].
Vật liệu tổ hợp LDPE/tro bay đó được cỏc hóng chế tạo ụ tụ Chrysler và General Motor dựng để đỳc phun vật liệu cỏch điện. Đú là một số chi tiết như chốt, kẹp định vị, đỡ dõy điện bờn trong thõn ụ tụ (cỏc hỡnh 1.25, 1.26). Qua kiểm tra, chỳng cú bề mặt rất nhẵn [58].
Hỡnh 1.25. Cỏc chi tiết, bộ đỡ dõy đi n trong thõn ụtụ chế tạo từ t i u tổ hợ LDPE/tro bay của hóng General Motor [58].
Hỡnh 1.26. Chốt, ẹ định ị trờn ụtụ chế tạo từ t i u tổ hợ LDPE/tro bay của hóng Chry er [58].
Khi chế tạo vật liệu tổ hợp HDPE/tro bay với tỉ lệ 70/30 và 80/20 (về khối lượng), HDPE và tro bay được trộn lẫn vào nhau và kộo thành sợi ở nhiệt độ khoảng 200-230 ºC [58]. Sau khi để nguội và đúng rắn, sợi được cắt thành cỏc hạt cú kớch thước đồng đều (sàng 6 mm). Ảnh hiển vi điện tử quột (SEM) của vật liệu tổ hợp HDPE/tro bay ở tỉ lệ 80/20 cho thấy cỏc hạt cú độ đồng nhất và kớch thước gần như nhau (hỡnh 1.27).
Hỡnh 1.27. Ảnh SEM của t i u tổ hợ HDPE/tro bay (80/20) [58].
Hệ số đồng nhất (the coefficient of uniformity) (Cu= d60/d10) là 1,73 cho tỉ lệ 70/30 và 1,74 cho tỉ lệ hỗn hợp là 80/20. Hệ số độ cong (the coefficient of curvature) (Cc= d302/d10d60) là 1,01 cho hỗn hợp tỉ lệ 70/30 và 1,04 cho tỉ lệ 80/20 [58].
C. Alkan và cộng sự [30 đó nghiờn cứu độ bền kộo đứt và độ bền hoỏ chất của vật liệu tổ hợp HDPE/tro bay. Khi hàm lượng tro bay trong vật liệu tổ hợp nhỏ, độ bền kộo đứt của vật liệu tổ hợp khỏ cao, thay đổi từ 0,92 đến 2,62 kp/mm2. Khi ngõm trong cỏc mụi trường NaOH 5 %, CH3COOH 5 %, C2H5OH 95 %, H2SO4 5 % và nước, khối lượng của vật liệu tổ hợp HDPE/tro bay hầu như khụng thay đổi. U. Atikler và cộng sự đó
chế tạo vật liệu tổ hợp HDPE/tro bay trờn thiết bị trộn nội Haake. Trước đú, tro bay được xử l bề mặt bằng 3-amino propyl trietoxy silan. Tro bay biến tớnh bằng 3-amino propyl trietoxy silan trở nờn ưa hữu cơ hơn và biến tớnh tro bay đó cải thiện đỏng kể tớnh chất cơ học của vật liệu tổ hợp HDPE/tro bay. Quan sỏt ảnh hiển vi điện tử quột, cỏc tỏc giả nhận thấy HDPE và tro bay bỏm dớnh với nhau tốt hơn nhờ tro bay được biến tớnh bằng 3-amino propyl trietoxy silan [105 . Phần propyl trietoxy trong tro bay biến tớnh dễ trộn lẫn với nền HDPE hơn.
Cỏc tỏc giả thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lõm Khoa học và Cụng nghệ Việt Nam đó chế tạo và khảo sỏt một số tớnh chất của vật liệu tổ hợp PE/tro bay [7]. Độ bền kộo đứt của vật liệu tổ hợp PE/tro bay nhỏ hơn so với vật liệu khụng chứa tro bay, độ bền kộo đứt của vật liệu tổ hợp PE/tro bay ban đầu (OFA)/tro bay biến tớnh VTMS (MFA) nhỏ hơn vật liệu tổ hợp PE/MFA và lớn hơn vật liệu tổ hợp PE/OFA ở cựng một hàm lượng tro bay. MFA (tro bay biến tớnh 3 % VTMS) cải thiện rừ rệt độ bền kộo đứt của vật liệu tổ hợp PE/OFA.
Độ dón dài khi đứt của vật liệu tổ hợp PE/OFA/MFA nhỏ hơn vật liệu tổ hợp PE/MFA và lớn hơn vật liệu tổ hợp PE/OFA ở cựng một hàm lượng tro bay. Sau khi biến tớnh tro bay bằng VTMS, cỏc hạt MFA trộn lẫn và phõn tỏn trong nền polyme tốt hơn so với OFA (nhờ phần vinyl trong VTMS gắn cỏc hạt MFA vào mạch đại phõn tử).
Trờn hỡnh 1.28 là ảnh SEM của cỏc vật liệu tổ hợp PE/OFA và PE/MFA (biến tớnh 3 % VTMS) ở hàm lượng tro bay 10 %. Hỡnh 1.28a cho thấy tro bay ban đầu phõn tỏn trong nền PE khụng đều, cỏc hạt tro bay kết tụ lại với nhau tạo khuyết tật bờn trong vật liệu. Khi sử dụng MFA, sự phõn tỏn của tro bay trong nền polyme đó được cải thiện rừ rệt.
Hỡnh 1.28. Ảnh SEM của t i u tổ hợ PE/OFA (a), PE/MFA (biến tớnh 3 % VTMS) (b), hàm ượng tro bay: 10 % [7].
Tốc độ chỏy của vật liệu tổ hợp PE/tro bay được thể hiện ở bảng 1.6.
Bảng 1.6. Tốc độ chỏy (mm/ hỳt) của t i u tổ hợ PE/FA [7]
Hàm lượng tro bay (%) 100 % OFA 70%OFA 30%MFA (1 % V) 80%OFA 20%MFA (1 % V) 100 % MFA 1 %V 100 % MFA 2 %V 100 % MFA 3 %V 70%OFA 30%MFA (1 % G) 80%OFA 20%MFA (1 % G) 0 42,06 - - - - - - - 5 36,00 38,46 38,46 41,67 10 30,82 32,61 23,56 33,33 35,16 35,16 34,62 29,41 15 30,00 34,35 31,03 31,03 32,14 30,00 30,82 37,50 20 36,59 31,69 23,81 27,27 28,66 25 30,20 32,14 40,18 34,09 35,71
Từ bảng 1.6 ta thấy vật liệu tổ hợp PE/tro bay cú tốc độ chỏy nhỏ hơn so với nền PE. Với hàm lượng tro bay càng lớn (15 - 25 %), thời gian chỏy của vật liệu tổ hợp càng nhỏ và tốc độ chỏy của vật liệu càng lớn. Nguyờn
nhõn là do khi hàm lượng tro bay 15%, cỏc hạt tro bay cú sự kết tụ với nhau, chỳng khụng cũn phõn tỏn đều và dễ hỡnh thành khuyết tật trong polyme blend LDPE/EVA, tỏc dụng che chắn oxy xõm nhập vào bờn trong vật liệu giảm đi, vỡ vậy tốc độ chỏy của vật liệu tăng lờn.
Từ cỏc ấn đề được tổng quan ở trờn cú thể thấy:
Tro bay đó được ứng dụng để sản xuất t i u tổ hợ o yme/tro bay như polypropylen (PP)/tro bay, polyetylen (PE)/tro bay, EVA/tro bay... Để tăng cường hả năng bỏm dớnh à hõn tỏn trong nền o yme, tro bay được biến tớnh bằng cỏc hương hỏ hỏc nhau như hương hỏ thủy nhi t axit, thủy nhi t iềm, thủy nhi t sử dụng hợ chất si an. Sau hi biến tớnh, tro bay hõn tỏn đồng đều hơn ào nền o yme, do đú, cỏc tớnh chất của t i u tổ hợ được cải thi n rừ r t.
Tuy nhiờn, i c ựa chọn điều i n cụng ngh , ựa chọn chất biến tớnh à hàm ượng thớch hợ để biến tớnh tro bay ẫn chưa được nghiờn cứu đầy đủ. Đặc bi t, cỏc ết quả nghiờn cứu đưa tro bay biến tớnh ào hỗn hợ o yme cú độ hõn cực hỏc nhau như t i u tổ hợ LDPE/E A/tro bay đến nay ẫn chưa được cụng bố. ỡ y, u n ỏn này t trung nghiờn cứu cỏc ấn đề cũn tồn tại nờu trờn.
2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM