Nghiên cứu chế tạo vật liệu composit chứa các hạt áp điện kích thước nano và khảo sát sự biến đổi tính chất cơ nhiệt trong điều kiện khí hậu nhiệt đới-

Đề tài Nghiên cứu chế tạo vật liệu composit chứa các hạt áp điện kích thước nano và khảo sát sự biến đổi tính chất cơ nhiệt trong điều kiện khí hậu nhiệt đới- thuộc công trình nghiên cứu khoa học cấp bộ

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

*******************************

NHIỆM VỤ HTQT VỀ KH&CN THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ

ĐỀ TÀI HỢP TÁC SONG PHƯƠNG VIỆT NAM – CỘNG HOÀ PHÁP

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSIT CHỨA CÁC HẠT ÁP ĐIỆN KÍCH THƯỚC NANÔ VÀ KHẢO SÁT SỰ BIẾN ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ NHIỆT TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU NHIỆT ĐỚI

(MÃ SỐ ĐỀ TÀI: 39/355/2008/HĐ-NĐT)

Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Chủ nhiệm đề tài : TS Nguyễn Xuân Hoàn

Hà Nội - 2010

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

*******************************

NHIỆM VỤ HTQT VỀ KH&CN THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ

ĐỀ TÀI HỢP TÁC SONG PHƯƠNG VIỆT NAM – CỘNG HOÀ PHÁP

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSIT CHỨA CÁC HẠT ÁP ĐIỆN KÍCH THƯỚC NANÔ VÀ KHẢO SÁT SỰ BIẾN ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ NHIỆT TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU NHIỆT ĐỚI

(MÃ SỐ ĐỀ TÀI: 39/355/2008/HĐ-NĐT)

Chủ nhiệm đề tài Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

TS Nguyễn Xuân Hoàn

Đại học Quốc Gia Hà Nội Bộ Khoa học và Công nghệ

Hà Nội - 2010

T/M Nhóm nghiên cứu Chủ nhiệm đề tài

TS Nguyễn Xuân Hoàn

i

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC CÁC BẢNG xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xiv

MỞ ĐẦU 1

PHẦN I - GIỚI THIỆU CHUNG 8

Chương 1 - GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC HỢP CHẤT VÀ VẬT LIỆU CHÍNH CHẾ TẠO POLYME COMPOZIT SỢI CHỨA HẠT ÁP ĐIỆN KÍCH THƯỚC NANÔ 9

1 1.Giới thiệu về vật liệu nền 10

1.1.1 Giới thiều về nhựa epoxy 10

1.1.2 Giới thiệu về polypropylen 13

1 2.Giới thiệu về vật liệu gia cường gia cường 16

1.2.1 Sợi thuỷ tinh 16

1.2.2 Sợi tự nhiên (sợi tre) 17

1 3.Giới thiệu vật liệu áp điện BaTiO3 và PZT 19

1.3.1 Vật liệu BaTiO3 19

1.3.2 Vật liệu PZT 23

Chương 2 – HOÁ CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ, CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC LOẠI VẬT LIỆU 25

2.1 Hoá chất, thiết bị và dụng cụ 25

2.1.1 Danh mục hoá chất 25

2.1.2 Thiết bị và dụng cụ 26

2.2 Phương pháp nghiên cứu đánh giá các đặc trưng và tính chất của vật liệu chế tạo 27

2.2.1 Các phương pháp đánh giá đặc trưng 27

2.2.2 Phương pháp phân tích Rietveld - Phân tích cấu trúc tinh thể 29

ii

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu tính chất cơ lý các vật liệu polyme

compozit 33

2.2.3.1 Tính chất cơ lý - Độ bền kéo đứt 33

2.2.3.2 Tính chất cơ lý - Độ bền uốn 34

2.2.3.3 Tính chất cơ lý - Độ bền va đập 34

2.2.3.4 Phương pháp xác định độ tăng khối lượng mẫu 34

2.2.4 Tính chất cơ nhiệt động lực học, DMA 35

2.2.5 Phương pháp đo tính chất điện môi 36

PHẦN II – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 38

Chương 3 – NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CÁC HẠT ÁP ĐIỆN BaTiO3 và PZT 39

3.1 Điều chế vật liệu áp điện nano BaTiO3 39

3.1.1 Tổng quan tài liệu điều chế vật liệu áp điện BaTiO3 39

3.1.2 Quy trình chế tạo vật liệu áp điện BaTiO3 42

3.1.3 Kết quả chế tạo vật liệu áp điện BaTiO3 43

3.1.3.1 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến sự hình thành BaTiO3 44

3.1.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến sự hình thành BaTiO3 49 3.1.3.3 Ảnh hưởng của nguồn tiền chất titan đến sự hình thành pha BaTiO3 53

3.1.3.4 Ảnh hưởng của dung môi đến sự hình thành pha BaTiO3 55

3.1.4 Phân tích cấu trúc pha, tỷ lệ thành phần pha BaTiO3 bằng phương pháp phân tích Rietveld - phần mềm FullProf_Suite 2009 56

3.1.5 Cơ chế hình thành và động học quá trình phát triển hạt BaTiO3 trong phản ứng thuỷ nhiệt 59

3.1.6 Một số phân tích đặc trưng khác cho tính chất của BaTiO3 63

3.1.6.1 Phân tích nhiệt vi sai sản phẩm BaTiO3 63

3.1.6.2 Phổ hồng ngoại IR của sản phẩm BaTiO3 64

3.1.6.3 Phân tích nguyên tố EDS sản phẩm BaTiO3 65

3.1.6.4 Thế Zeta của hạt BaTiO3 trong dung dịch 65

3.1.7 Khảo sát tính chất điện môi của BaTiO3 68

3.1.8 Kết luận chung điều chế vật liệu BaTiO3 70

iii

3.2 Điều chế vật liệu chì zirconat titanat 71

3.2.1 Tổng quan tài liệu điều chế vật liệu chì zirconat titanat 71

3.2.2 Quy trình chế tạo vật liệu PZT 73

3.2.3 Kết quả chế tạo vật liệu PZT 74

3.2.3.1 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến sự hình thành PZT 74

3.2.3.2 Ảnh hưởng của phương thức trộn hợp đến sự hình thành pha PZT 78

3.2.3.3 Ảnh hưởng của nguồn tiền chất titan đến sự hình thành pha PZT 80

3.2.3.4 Ảnh hưởng của pH đến sự hình thành pha PZT 81

3.2.4 Phân tích cấu trúc pha, tỷ lệ thành phần pha PZT bằng phương pháp phân tích Rietveld - phần mềm FullProf_Suite 2009 82

3.2.5 Cơ chế hình thành và động học quá trình phát triển hạt PZT trong phản ứng thuỷ nhiệt 84

3.2.6 Một số phân tích đặc trưng khác cho tính chất của PZT 85

3.2.6.1 Phổ hồng ngoại IR của sản phẩm PZT 85

3.2.6.2 Phân tích nguyên tố EDS sản phẩm PZT 86

3.2.6.4 Thế Zeta của hạt PZT trong dung dịch 86

3.2.7 Khảo sát tính chất điện môi của PZT 87

3.2.8 Kết luận chung điều chế vật liệu PZT 88

Chương 4 – NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT SỢI - NỀN EPOXY VÀ POLYPROPYLEN 89 4.1 Nghiên cứu chế tạo, cấu trúc và tính chất vật liệu polyme compozit nền epoxy gia cường sợi thuỷ tinh 89

4.1.1 Nghiên cứu khả năng đóng rắn nhựa epoxy với DDM - khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn giữa nhựa epoxy và chất đóng rắn DDM 89

4.1.1.1 Nhựa epoxy, diglycidyl ete bisphenol A 89

4.1.1.2 Chất đóng rắn diamino diphenyl metan (DDM) 92

4.1.1.3 Khả năng đóng rắn nhựa epoxy với DDM 93

4.1.1.4 Hợp chất ghép nối silan γ-aminopropyl trimethoxysilan 96

4.1.1.5 Sợi thủy tinh ghép hợp chất γ-APS lên bề mặt 98

iv

4.1.2 Quy trình chế tạo vật liệu polyme compozit nền epoxy gia cường sợi

thuỷ tinh 994.1.3 Đặc trưng cấu trúc và tính chất vật liệu polyme compozit nền epoxy

gia cường sợi thuỷ tinh 1004.1.3.1 Ảnh hưởng của hợp chất ghép silan trên bề mặt sợi thủy tinh

đến tính cơ học của compozit 1004.1.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính chất cơ học 1024.1.3.3 Tính chất cơ nhiệt động học, DMA của vật liệu compozit

epoxy gia cường sợi thủy tinh 1044.1.3.4 Đặc trưng cấu trúc của vật liệu compozit epoxy gia cường

sợi thủy tinh bằng ảnh chụp hiển vi quang học 1064.1.3.5 Đặc trưng tính chất điện môi của vật liệu compozit epoxy

gia cường sợi thủy tinh 1084.1.3.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ r đến khả năng đóng rắn của nhựa

epoxy trong compozit với sợi thủy tinh 1094.2 Nghiên cứu chế tạo, cấu trúc và tính chất vật liệu polyme compozit nền polypropylen gia cường bằng sợi tự nhiên (sợi tre) 1104.2.1 Quy trình chế tạo vật liệu polyme compozit nền polypropylen gia

cường bằng sợi tre 1104.2.2 Đặc trưng cấu trúc và tính chất vật liệu polyme compozit nền

polypropylen gia cường bằng sợi tre 1134.2.2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính chất cơ học 1134.2.2.2 Đặc trưng cấu trúc của vật liệu compozit nền polypropylen

gia cường bằng sợi tre bằng ảnh chụp hiển vi quang học 1154.2.2.3 Đặc trưng tính chất điện môi của vật liệu compozit nền

polypropylen gia cường bằng sợi tre 1164.3 Nghiên cứu chế tạo, cấu trúc và tính chất vật liệu polyme compozit nền polypropylen gia cường bằng sợi thuỷ tinh 1184.3.1 Quy trình chế tạo vật liệu polyme compozit nền polypropylen gia

cường bằng sợi thuỷ tinh 1184.3.2 Đặc trưng cấu trúc và tính chất vật liệu polyme compozit nền

polypropylen gia cường bằng sợi thuỷ tinh 1194.3.2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính chất cơ học 119

v

4.3.2.2 Đặc trưng cấu trúc của vật liệu compozit nền polypropylen

gia cường bằng sợi thuỷ tinh bằng ảnh chụp hiển vi quang học 1214.3.2.3 Đặc trưng tính chất điện môi của vật liệu compozit nền

polypropylen gia cường bằng sợi thuỷ tinh 1224.4 Kết luận chương 4 124Chương 5 – NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU

POLYME COMPOZIT CHỨA HẠT ÁP ĐIỆN 1255.1 Biến tính bề mặt các hạt áp điện nano BaTiO3 và PZT bằng hợp chất ghép nối γ-APS 1255.1.1 Phản ứng ghép silan γ-APS lên bề mặt hạt áp điện nano-BaTiO3 1255.1.2 Các đặc trưng ghép silan γ-APS lên bề mặt hạt áp điện PZT 1285.2 Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu polyme compozit nền epoxy chứa hạt áp điện BaTiO3 và PZT 1305.2.1 Quy trình chế tạo vật liệu PC epoxy chứa hạt áp điện BaTiO3 (PZT)

1305.2.2 Vật liệu polyme compozit nền epoxy chứa hạt áp điện BaTiO3 1315.2.2.1 Ảnh hưởng của sự biến tính bề mặt hạt nano BaTiO3 bằng

hợp chất ghép nối γ-APS đến phản ứng đóng rắn của hệ compozit nano-BaTiO3/epoxy 1315.2.2.2 Xác định độ chuyển hóa của hệ compozit epoxy/nano-

BaTiO3 1345.2.2.3 Đặc trưng cấu trúc và tính chất vật liệu theo tỷ lệ nano-

BaTiO3 1365.2.3 Vật liệu polyme compozit nền epoxy chứa hạt áp điện PZT 1405.3 Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu polyme compozit nền polypropylen chứa các hạt nano-BaTiO3 và nano-PZT 1445.3.1 Quy trình chế tạo vật liệu polyme compozit nền polypropylen chứa

hạt nano-BaTiO3 và hạt nano-PZT 1445.3.2 Chế tạo, đặc trưng tính chất vật liệu polyme compozit nền

polypropylen chứa hạt nano-BaTiO3 1455.3.3 Chế tạo, đặc trưng tính chất vật liệu polyme compozit nền

polypropylen chứa hạt nano-PZT 1485.4 Kết luận chương 5 152

vi

Chương 6 – NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU

POLYME COMPOZIT SỢI CHỨA HẠT ÁP ĐIỆN 153

6.1 Nghiên cứu ghép hạt nano-BaTiO3, PZT lên bề mặt sợi thủy tinh và sợi tre 154

6.1.1 Quy trình ghép hạt nano lên bề mặt sợi 154

6.1.2 Ghép hạt áp điện nano-BaTiO3 lên bề mặt sợi thuỷ tinh 155

6.2 Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu polyme compozit nền epoxy/ sợi thuỷ tinh/ nano-BaTiO3 và nano-PZT 159

6.2.1 Quy trình chế tạo vật liệu polyme compozit nền epoxy gia cường sợi thuỷ tinh/ nano-BaTiO3 và sợi thuỷ tinh/ nano-PZT 159

6.2.2 Kết quả chế tạo vật liệu polyme compozit nền epoxy gia cường sợi thuỷ tinh/ nano-BaTiO3 159

6.2.2.1 Tính chất cơ học và tính chất cơ nhiệt động học 159

6.2.2.2 Đặc trưng cấu trúc vật liệu BTO/GF/EP bằng ảnh SEM 164

6.2.2.3 Đặc trưng phổ FTIR của vật liệu BTO/GF/EP 165

6.2.2.4 Tính chất điện môi của vật liệu BTO/GF/EP 166

6.2.2.5 Kết luận 167

6.2.3 Kết quả chế tạo vật liệu polyme compozit nền epoxy gia cường sợi thuỷ tinh/ nano-PZT 168

6.2.3.1 Đặc trưng cấu trúc vật liệu PZT/GF/EP bằng ảnh SEM 168

6.2.3.2 Tính chất điện môi của vật liệu PZT/GF/EP 169

6.3 Chế tạo và tính chất vật liệu polyme compozit nền polypropylen/ sợi thuỷ tinh/ nano-BaTiO3 và nano-PZT 170

6.3.1 Quy trình chế tạo vật liệu polyme compozit nền polypropylen/ sợi thuỷ tinh/ nano-BaTiO3 và nano-PZT 170

6.3.2 Kết quả chế tạo vật liệu polyme compozit nền polypropylen/ sợi thuỷ tinh/ nano-BaTiO3 171

6.3.3 Kết quả chế tạo vật liệu polyme compozit nền polypropylen/ sợi thuỷ tinh/ nano-PZT 173

6.4 Chế tạo và tính chất vật liệu polyme compozit nền polypropylen/ sợi tre/ nano-BaTiO3 và nano-PZT 175

6.4.1 Quy trình chế tạo vật liệu polyme compozit nền polypropylen/ sợi tre/ nano-BaTiO3 và nano-PZT 175

vii

6.4.2 Kết quả chế tạo vật liệu polyme compozit nền polypropylen/ sợi tre/

nano-BaTiO3 175

6.4.3 Kết quả chế tạo vật liệu polyme compozit nền polypropylen/ sợi tre/ nano-PZT 177

6.5 Kết luận chương 6 179

Chương 7 – BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT SỢI CHỨA HẠT ÁP ĐIỆN 180

7.1 Chuẩn bị mẫu và phương pháp nghiên cứu đặc trưng 181

7.2 Ảnh hưởng của môi trường lên hệ vật liệu compozit nền nhựa epoxy gia cường sợi thuỷ tinh chứa hạt áp điện nano-BaTiO3 182

7.2.1 Ảnh hưởng của độ ẩm 183

7.2.1.1 Môi trường có độ ẩm RH = 99 % 183

7.2.1.2 Môi trường có độ ẩm RH = 80 % 186

7.2.1.3 Môi trường có độ ẩm RH = 45 % 188

7.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 191

7.2.3 Ảnh hưởng của ánh sáng tử ngoại 195

7.2.4 Ảnh hưởng của môi trường muối (nước biển) 196

7.3 Ảnh hưởng của môi trường lên hệ vật liệu compozit nền polypropylen gia cường sợi thuỷ tinh/ hạt áp điện nano-BaTiO3 197

7.4 Ảnh hưởng của môi trường lên hệ vật liệu compozit nền nhựa polypropylen gia cường sợi tre chứa hạt áp điện nano-BaTiO3 200

7.5 Kết luận chương 7 204

Chương 8 – QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU ĐÃ ĐĂNG KÝ TRONG THUYẾT MINH ĐỀ TÀI 205

8.1 Quy trình chế tạo hạt áp điện nano BaTiO3, hạt áp điện nano PbZr0,53Ti0,47O3 (PZT) 205

8.1.1 Quy trình chế tạo hạt áp điện nano BaTiO3 205

8.1.2 Quy trình chế tạo hạt áp điện nano PbZr0,53Ti0,47O3 (PZT) 206

8.2 Quy trình chế tạo vật liệu polyme compozit nền polypropylen sử dụng sợi gia cường là sợi tre chiếm 40% khối lượng 208

8.3 Quy trình chế tạo compozit nền epoxy gia cường sợi thủy tinh chứa hạt áp điện nano BaTiO3 (hoặc PZT) 209

viii

PHẦN III - KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ 211

KẾT LUẬN 212

ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ 219

TÀI LIỆU THAM KHẢO 222

PHỤ LỤC 232

- Phụ lục 1 Các chương trình cho phần mềm phân tích cấu trúc FullProf và

đường phân bố cỡ hạt của vật liệu BaTiO3, PZT

- Phụ lục 2 Các văn bản, công văn, quyết định

- Phụ lục 3 Danh mục các bài báo khoa học đăng trên tạp chí, tuyển tập

ix

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BF Sợi tre (Bamboo Fiber)

BTO BaTiO3, Bari titanat

DDM 4,4-diamino diphenyl methane

DEA Phân tích tính chất điện môi (Dielectric Annalysis)

DGEBA Epoxy diglycidyl ete bisphenol A

DMA Phân tích cơ nhiệt động học (Dynamic Mechanical Analysis) DSC Nhiệt lượng kế quét vi sai (Differential Scanning Calorimetry)DTA Phân tích nhiệt vi sai (Differential Thermal Analysis)

EDS Phổ tán sắc năng lượng tia X (Energy Dispersive X-ray

analysis)

EP, EPR Epoxy, nhựa Epoxy

FT-IR Hồng ngoại biến đổi Fourrier (Fourier Transform Infrared

Spectroscopy)

GF Sợi thuỷ tinh (Glass Fiber)

IR Phân tích hồng ngoại (Infrared Spectroscopy)

MAPP Maleic anhydrit ghép polypropylen

IOM Hiển vi quang học (Image Optical Microscopy)

PC Polyme compozit (Polyme composit)

PP Polypropylen

PPMA Polypropylen biến tính bằng maleic anhydrit

MAPP Maleic anhydrit ghép Polypropylen

Ps Phân cực tự phát (Polarisation spontaneous)

x

TG Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermo Gravimetry Analysis) TMA Phân tích cơ nhiệt (Thermo-Mechanical Analysis)

XRD Nhiễu xạ tia X (X ray diffraction)

ε Hằng số điện môi (Dielectric constant) / Độ thẩm điện môi

(Permittivity) γ-APS 3-aminopropyl triethoxylane

RH Độ ẩm (Relative Humidity)

BTO/GF Nano-BaTiO3 ghép trên sợi thuỷ tinh

PZT/GF Nano-PZTghép trên sợi thuỷ tinh

BTO/BF Nano-BaTiO3 ghép trên sợi tre

PZT/BF Nano-PZTghép trên sợi tre

BTO/EP Polyme compozit nền epoxy chứa các hạt BTO

PZT/EP Polyme compozit nền epoxy chứa các hạt PZT

BTO/GF/EP Polyme compozit nền epoxy gia cường sợi thuỷ tinh chứa các

hạt BTO

xi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Một số đặc trưng kỹ thuật của nhựa PP 14

Bảng 1.2 Tính chất cơ lý của sợi tre 19

Bảng 1.3 Các dạng tồn tại cấu trúc của BaTiO3 22

Bảng 3.1 Tổng hợp kết quả các mẫu BaTiO3: ảnh hưởng của thời gian 44

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của thời gian đến cấu trúc sản phẩm BaTiO3 48

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến cấu trúc sản phẩm BaTiO3 50

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến kích thước hạt BaTiO3 52

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của nguồn titan đến chất lượng sản phẩm BaTiO3 54

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của chất cho thêm đến chất lượng BaTiO3 56

Bảng 3.7 Kết quả phân tích Rietveld mẫu BaTiO3 (220oC/7 giờ) 58

Bảng 3.8 Kết quả phân tích Rietveld mẫu BaTiO3 (150oC/7 giờ) 58

Bảng 3.9 Vị trí các pic, mặt phẳng h k l trong cấu trúc BaTiO3 59

Bảng 3.10 Sự phụ thuộc của thế Zeta vào giá trị pH 66

Bảng 3.11 Sự phụ thuộc của thế Zeta hạt BaTiO3 vào môi trường phân tán 68 Bảng 3.12 Sự phụ thuộc hằng số điện môi vào thời gian phản ứng tại 150oC 68

Bảng 3.13 Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào nhiệt độ phản ứng 69

Bảng 3.14 Kết quả phân tích Rietveld sản phẩm PZT (190oC/48 giờ) 83

Bảng 3.15 Hằng số điện môi của các mẫu PZT 87

Bảng 4.1 Các dải hấp thụ khác nhau trong thành phần của epoxy 91

Bảng 4.2 Các dải hấp thụ khác nhau của chất đóng rắn DDM 93

xii

Bảng 4.3 Các dải hấp thụ khác nhau trong thành phần của DGEBA/ DDM sau khi đóng rắn 95Bảng 4.4 Các pic đặc trưng của hợp chất ghép nối silan γ-APS 97Bảng 4.5 Các dải hấp thụ khác nhau bề mặt sợi thủy tinh 99Bảng 4.6 Độ bền uốn, modul uốn của compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh ghép và không ghép silan tại các hàm lượng sợi thay đổi 101Bảng 4.7 Độ bền kéo, uốn và va đập của compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh ghép silan tại các hàm lượng sợi thay đổi 102Bảng 4.8 Modul tích lũy, nhiệt độ hóa thủy tinh của compozit nền epoxy với hàm lượng sợi thủy tinh khác nhau tại tần số 1 Hz và 20 Hz 106Bảng 4.9 Tính chất cơ lý của nhựa polypropylen 111Bảng 4.10 Độ bền kéo, uốn và va đập của compozit nền polypropylen gia cường bằng sợi tre 113Bảng 4.11 Hằng số điện môi vật liệu PC polypropylen gia cường 20% sợi tre

đo tại các lát cắt khác nhau 117Bảng 4.12 Hằng số điện môi vật liệu PC polypropylen gia cường 30% sợi tre

đo tại các lát cắt khác nhau 117Bảng 4.13 Hằng số điện môi vật liệu PC polypropylen gia cường 40% sợi tre

đo tại các lát cắt khác nhau 117Bảng 4.14 Độ bền kéo, uốn và va đập của compozit nền polypropylen gia cường bằng sợi thuỷ tinh 120Bảng 4.15 Hằng số điện môi vật liệu PC polypropylen gia cường 20% sợi thuỷ tinh đo tại các lát cắt khác nhau 122Bảng 4.16 Hằng số điện môi vật liệu PC polypropylen gia cường 30% sợi thuỷ tinh đo tại các lát cắt khác nhau 122Bảng 4.17 Hằng số điện môi vật liệu PC polypropylen gia cường 40% sợi thuỷ tinh đo tại các lát cắt khác nhau 123

xiii

Bảng 5.1 Độ chuyển hóa α của hệ nano-compozit nền epoxy/ nano-BaTiO3

sau khi đóng rắn, xác định từ phổ FT-IR và phân tích DSC 136

Bảng 5.2 Kết quả tổng hợp DSC của nanoPC epoxy/ nano BaTiO3 137

Bảng 5.3 Độ chuyển hóa α của hệ nano-compozit nền epoxy/ nano-PZT sau khi đóng rắn, xác định từ phổ FT-IR 141

Bảng 5.4 Tổng hợp DSC của nanocompozit nền epoxy/ hạt áp điện PZT 142

Bảng 5.5 Kết quả phân tích DSC của hệ màng PC epoxy/ nano PZT 142

Bảng 5.6 Kết quả tổng hợp DSC của hệ polypropylen/ nano-BaTiO3 146

Bảng 5.7 Kết quả tổng hợp DSC của hệ polypropylen/ nano-PZT 150

Bảng 6.1 Độ bền uốn của compozit sợi thủy tinh chứa hạt BaTiO3 159

Bảng 6.2 Modul tích lũy và Tg của compozit BTO/GF/EP tại f = 1 Hz 163

Bảng 7.1 Giá trị hằng số điện môi mẫu BTO/GF/EP sau 84 ngày phơi trong môi trường ẩm khác nhau tại tần số f = 5 kHz 190

xiv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang Hình 1.1 Công thức cấu tạo của nhựa epoxy 11Hình 1.2 Một đoạn mạch của polypropylen dạng isotactic và syndiotactic 14Hình 1.3 Sợi thuỷ tinh (nguồn Internet) 17Hình 1.4 Cấu trúc giải phẫu của tre và sợi tre 18Hình 1.5 Cấu trúc perovskit của BaTiO3 20Hình 1.6 Sự phụ thuộc của độ thẩm điện môi vào nhiệt độ của đơn tinh thể BaTiO3 theo các trục a và c 22

Hình 1.7 Một số dạng cấu trúc tinh thể của PZT (http://www.ytca.com) 23 Hình 2.1 Hệ đo tính chất cơ nhiệt động học, DMA 2980 tại PTN MAPIEM -

ĐH Nam Toulon-Var 35Hình 2.2 Hệ đo tính chất điện môi RCL Master PM3550 (hình trái) và Dielectric Analyzer (hình phải) 36Hình 3.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp BaTiO3 theo phương pháp thủy nhiệt 43Hình 3.2 Giản đồ XRD mẫu BaTiO3 tổng hợp ở thời gian khác nhau 44Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu BaTiO3 tổng hợp ở thời gian phản ứng khác nhau 46Hình 3.4 Sự phụ thuộc kích thước hạt BaTiO3vào thời gian phản ứng 47Hình 3.5 Ảnh TEM mẫu BaTiO3 tổng hợp tại 3,5 giờ và 15 giờ 47Hình 3.6 Giản đồ phân tích Rietveld cấu trúc mẫu BaTiO3 (150oC/7h) 48Hình 3.7 Giản đồ nhiễu xạ tia X các mẫu BaTiO3 : ảnh hưởng của nhiệt độ.50Hình 3.8 Ảnh SEM các mẫu BaTiO3 tổng hợp ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau và sự phụ thuộc của kích thước hạt vào nhiệt độ 51Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến thành phần phần trăm khối lượng các pha BaTiO3 ở dạng cấu trúc lập phương và tứ phương 53Hình 3.10 Ảnh hưởng của nguồn tiền chất titan đến sự hình thành BaTiO3 54

xv

Hình 3.11 Ảnh SEM các mẫu BaTiO3 : ảnh hưởng của chất cho thêm 56

Hình 3.12 Giản đồ phân tích Rietveld cấu trúc mẫu BaTiO3 (220oC/7 giờ) 57 Hình 3.13 Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của log D vào log(t) 61

Hình 3.14 Sự phụ thuộc log(D n /t) vào 1/T 62

Hình 3.15 Giản đồ phân tích nhiệt vi sai các mẫu BaTiO3 64

Hình 3.16 Phổ hồng ngoại FT-IR của sản phẩm BaTiO3 65

Hình 3.17 Phân tích nguyên tố bằng EDS sản phẩm BaTiO3 65

Hình 3.18 Sự phụ thuộc của thế Zeta vào giá trị pH 66

Hình 3.19 Giản đồ phân bố thế Zeta của BaTiO3 trong môi trường nước 67

Hình 3.20 Sự phụ thuộc của thế Zeta hạt BaTiO3 vào môi trường phân tán 67 Hình 3.21 Sơ đồ quy trình tổng hợp PZT theo phương pháp thủy nhiệt 74

Hình 3.22 Giản đồ XRD sản phẩm PZT ở các hàm lượng Pb2+ khác nhau 75

Hình 3.23 Ảnh SEM các độ phóng đại của vật liệu PZT (Pb2+ = 1,0) 76

Hình 3.24 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu PZT điều chế ở 190oC với các thời gian phản ứng khác nhau 76

Hình 3.25 Ảnh SEM ở độ phóng đại khác nhau của các vật liệu PZT 77

Hình 3.26 Giản đồ XRD của các mẫu PZT : ảnh hưởng quá trình trộn hợp 80 Hình 3.27 Giản đồ XRD của các mẫu PZT sử dụng các nguồn muối titan 81

Hình 3.28 Giản đồ nhiễu xạ tia X và ảnh SEM của vật liệu nano PZT 82

Hình 3.29 Giản đồ phân tích cấu trúc của mẫu bột PZT (190oC/48 giờ) 83

Hình 3.30 Phổ hồng ngoại FT-IR của sản phẩm PZT 86

Hình 3.31 Phân tích nguyên tố bằng EDS sản phẩm PZT 86

Hình 3.32 Giản đồ phân bố thế Zeta của PZT trong môi trường nước 87

Hình 4.1 Cấu trúc hóa học phân tử nhựa DGEBA 89

Hình 4.2 Phổ hồng ngoại FT-IR của epoxy 91

xvi

Hình 4.3 Cấu trúc hóa học phân tử nhựa epoxy và chất đóng rắn DDM 92

Hình 4.4 Phổ FT-IR của chất đóng rắn DDM 92

Hình 4.5 Sơ đồ quy trình đóng rắn nhựa epoxy với DDM 94

Hình 4.6 Phổ hồng ngoại của hệ nhựa epoxy - DDM sau đóng rắn 95

Hình 4.7 Đường DSC của hệ nhựa epoxy sau khi đóng rắn 96

Hình 4.8 Phổ FTIR của chất ghép nối silan γ-APS 97

Hình 4.9 Đường cong TGA của hợp chất silan γ-APS 98

Hình 4.10 Ảnh SEM chụp bề mặt sợi thủy tinh 98

Hình 4.11 Phổ hồng ngoại của bề mặt sợi thủy tinh 98

Hình 4.12 Độ bền uốn của compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh 101

Hình 4.13 Modul uốn của compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh 102

Hình 4.14 Độ bền kéo của compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh 103

Hình 4.15 Modul kéo của compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh 103

Hình 4.16 Độ bền uốn của compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh 103

Hình 4.17 Modul uốn của compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh 103

Hình 4.18 Độ bền va đập của compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh 104

Hình 4.19 Đường cong DMA của hệ nhựa epoxy/DDM 105

Hình 4.20 Đường cong DMA của compozit epoxy với 30% sợi thủy tinh 105 Hình 4.21 Đường cong DMA của compozit epoxy với 40% sợi thủy tinh 105 Hình 4.22 Đường cong DMA của compozit nền epoxy với 47 % sợi 106

Hình 4.23 Ảnh kính hiển vi chụp bề mặt cắt ngang của mẫu compozit nền epoxy gia cường sợi thủy tinh với các hàm lượng sợi khác nhau 107

Hình 4.24 Hằng số điện môi của compozit nền epoxy với sợi thuỷ tinh 108

Hình 4.25 Ảnh hưởng của r đến độ chuyển hóa của nhựa epoxy trong compozit gia cường sợi thuỷ tinh 110

xvii

Hình 4.26 Độ bền kéo của compozit PP gia cường sợi tre 114

Hình 4.27 Độ bền uốn của compozit PP gia cường sợi tre 114

Hình 4.28 Độ bền va đập của compozit PP gia cường sợi tre 114

Hình 4.29 Ảnh SEM, IOM chụp bề mặt cắt ngang của mẫu compozit nền polypropylen gia cường bằng sợi tre với các hàm lượng sợi khác nhau 115

Hình 4.30 Phổ hồng ngoại FT-IR của (a) sợi tre biến tính silan, (b) sợi tre.116 Hình 4.31 Hằng số điện môi của compozit nền polypropylen - sợi tre 118

Hình 4.32 Độ bền kéo của compozit PP gia cường sợi thuỷ tinh 120

Hình 4.33 Độ bền uốn của compozit PP gia cường sợi thuỷ tinh 120

Hình 4.34 Độ bền va đập của compozit PP gia cường sợi thuỷ tinh 120

Hình 4.35 Ảnh IOM chụp bề mặt cắt ngang của mẫu compozit nền polypropylen gia cường sợi thuỷ tinh 121

Hình 4.36 Hằng số điện môi compozit nền polypropylen - sợi thuỷ tinh 123

Hình 5.1 Phổ FT-IR của hạt nano BaTiO3 ghép và không ghép silan 127

Hình 5.2 Đường TGA của hạt nano BaTiO3 ghép và không ghép silan 127

Hình 5.3 Ảnh SEM chụp bề mặt hạt nano BaTiO3 128

Hình 5.4 Phổ FT-IR của hạt nano PZT ghép (b) và không ghép silan (a) và ảnh SEM bề mặt hạt sau khi ghép silan 129

Hình 5.5 Mô phỏng sự ghép silan trên bề mặt hạt PZT (BaTiO3) 129

Hình 5.6 Đường TGA của hạt nano PZT trước và sau khi ghép silan 130

Hình 5.7 Đường cong DSC xác định tổng nhiệt phản ứng (a) và nhiệt độ thủy tinh hóa Tg (b) của màng epoxy và nanocompozit nền epoxy với hạt nano-BaTiO3 ghép và không ghép silan 132

Hình 5.8 Sơ đồ mô phỏng phản ứng giữa hạt nano BaTiO3 sau khi ghép silan với nhựa epoxy 132

xviii

Hình 5.9 Bề mặt ảnh SEM của nhựa nền epoxy (a), nano-compozit epoxy chứa hạt nano-BaTiO3 không ghép silan (b) và nano-compozit epoxy chứa hạt

nano-BaTiO3 ghép silan (c) 134

Hình 5.10 Độ chuyển hóa của hệ nhựa nền epoxy và nano-compozit xác định từ dữ liệu phân tích DSC 135

Hình 5.11 Ảnh SEM của một số mẫu compozit epoxy/ nano BaTiO3 137

Hình 5.12 Đường DSC của các mẫu nano-compozit nền epoxy/BaTiO3 137

Hình 5.13 Đường cong DMA của hệ nano-compozit epoxy /BaTiO3 138

Hình 5.14 Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào tần số, nhiệt độ và hàm lượng BaTiO3 của vật liệu epoxy nano-composzit 139

Hình 5.15 Bề mặt ảnh SEM nano-composzit epoxy/ 5% nano-PZT 140

Hình 5.16 Ảnh SEM bề mặt cắt compozit khối epoxy/ PZT 141

Hình 5.17 Đường cong DSC của hệ màng PC epoxy/ nano-PZT 142

Hình 5.18 Ảnh SEM bề mặt cắt compozit màng epoxy/ nano-PZT 143

Hình 5.19 Hằng số điện môi của hệ màng PC epoxy/ nano-PZT 144

Hình 5.20 Ảnh chụp kính hiển vi bề mặt màng hệ PP/nano-BaTiO3 146

Hình 5.21 Đường cong DSC của hệ polypropylen/ nano-BaTiO3 146

Hình 5.22 Phổ FT-IR của PP và hệ 10% nano-BaTiO3/PP 147

Hình 5.23 Hằng số điện môi của hệ polypropylen/ nano-BaTiO3 148

Hình 5.24 Ảnh chụp kính hiển vi bề mặt màng hệ PP/nano-PZT 149

Hình 5.25 Đường cong DSC của hệ polypropylen/ nano-PZT 150

Hình 5.26 Phổ FT-IR của PP và hệ 10% nano-PZT/PP 151

Hình 5.27 Hằng số điện môi của hệ polypropylen/ nano-PZT 151

Hình 6.1 Mô phỏng bề mặt (a) sợi thủy tinh và (b) sợi thủy tinh ghép hạt nano-BaTiO3 155

xix

Hình 6.2 Ảnh SEM bề mặt (a) sợi thủy tinh; (b) ghép hạt nano-BaTiO3 không ghép silan γ-APS; (c) ghép hạt nano-BaTiO3 đã ghép silan γ-APS 156Hình 6.3 Phổ FT-IR bề mặt sợi thủy tinh chứa hạt nano-BaTiO3 156Hình 6.4 Ảnh SEM bề mặt sợi thủy tinh ghép hạt nano-BaTiO3 nhúng trong (a) axeton; (b) etanol; (c) isopropanol 157Hình 6.5 Ảnh SEM của bề mặt sợi thủy tinh ghép trong hỗn hợp chứa (a) 100; (b) 150; (c) 200; (d) 300 mg BaTiO3/ 10 ml etanol 158Hình 6.6 Độ bền uốn của compozit BTO/GF/EP và so sánh với GF/EP 160Hình 6.7 Modul uốn của compozit BTO/GF/EP và so sánh với GF/EP 160Hình 6.8 Đường cong DMA của compozit 30% BTO/GF/EP 161Hình 6.9 Đường cong DMA của compozit 40% BTO/GF/EP 161Hình 6.10 Đường cong DMA của compozit 43% BTO/GF/EP 162Hình 6.11 Đường cong DMA của compozit 47% BTO/GF/EP 162Hình 6.12 Đường cong DMA của compozit 50% BTO/GF/EP 162Hình 6.13 Ảnh SEM chụp bề mặt cắt ngang mẫu BTO/GF/EP 164Hình 6.14 Phổ FT-IR của nhựa epoxy và compozit nền epoxy gia cường sợi thủy tinh; sợi thủy tinh chứa hạt nano-BaTiO3 165Hình 6.15 Hằng số điện môi của compozit BTO/GF/EP 166Hình 6.16 Ảnh SEM chụp bề mặt cắt ngang mẫu PZT/GF/EP 168Hình 6.17 Phân tích DSC hệ compozit PZT/GF/EP 169Hình 6.18 Hằng số điện môi của compozit PZT/GF/EP 170Hình 6.19 Ảnh chụp bề mặt cắt ngang mẫu BTO/GF/PP 172Hình 6.20 Hằng số điện môi mặt cắt theo chiều dài mẫu của compozit BTO/GF/PP ở các hàm lượng sợi gia cường 20%, 30% và 40% BTO/GF 173Hình 6.21 Ảnh chụp bề mặt cắt ngang mẫu PZT/GF/PP 174

xx

Hình 6.22 Hằng số điện môi mặt cắt theo chiều dài mẫu của compozit PZT/GF/PP ở các hàm lượng sợi gia cường 20%, 30% và 40% GF/PZT 174Hình 6.23 Ảnh chụp bề mặt cắt ngang mẫu BTO/BF/PP 176Hình 6.24 Hằng số điện môi mặt cắt theo chiều dài mẫu của compozit BTO/BF/PP ở các hàm lượng sợi gia cường 20%, 30% và 40% BF/BTO 177Hình 6.25 Ảnh chụp bề mặt cắt ngang mẫu PZT/BF/PP 178Hình 6.26 Hằng số điện môi mặt cắt theo chiều dài mẫu của compozit PZT/BF/PP ở các hàm lượng sợi gia cường 20%, 30% và 40% BF/BTO 178Hình 7.1 Phổ FT-IR của vật liệu BTO/GF/EP trong môi trường ẩm 99% 183Hình 7.2 Độ tăng diện tích pic –OH và độ tăng khối lượng mẫu BTO/GF/EP trong môi trường độ ẩm 99% theo thời gian 183Hình 7.3 HSĐM của vật liệu BTO/GF/EP trong môi trường ẩm 99% 184Hình 7.4 Mối quan hệ giữa hằng số điện môi với độ tăng khối lượng và độ tăng diện tích pic –OH của vật liệu BTO/GF/EP trong m trường ẩm 99% 185Hình 7.5 Phổ FT-IR của vật liệu BTO/GF/EP trong môi trường ẩm 80% 186Hình 7.6 Độ tăng diện tích pic –OH và độ tăng khối lượng mẫu BTO/GF/EP trong môi trường độ ẩm 80% theo thời gian 186Hình 7.7 HSĐM của vật liệu BTO/GF/EP trong môi trường ẩm 80% 187Hình 7.8 Mối quan hệ giữa hằng số điện môi với độ tăng khối lượng và độ tăng diện tích pic –OH của vật liệu BTO/GF/EP trong m trường ẩm 80% 187Hình 7.9 Phổ FT-IR của vật liệu BTO/GF/EP trong môi trường ẩm 45% 188Hình 7.10 Độ tăng diện tích pic –OH và độ tăng khối lượng mẫu BTO/GF/EP trong môi trường độ ẩm 45% theo thời gian 188Hình 7.11 HSĐM của vật liệu BTO/GF/EP trong môi trường ẩm 45% 189Hình 7.12 Mối quan hệ giữa hằng số điện môi với độ tăng khối lượng và độ tăng diện tích pic –OH của vật liệu BTO/GF/EP trong m.trường ẩm 45% 189Hình 7.13 Phổ FT-IR các mẫu BTO/GF/EP phơi theo thời gian tại 600C 192

xxi

Hình 7.14 Phổ FT-IR các mẫu BTO/GF/EP phơi theo thời gian tại 800C 192Hình 7.15 Phổ FT-IR các mẫu BTO/GF/EP phơi theo thời gian tại 1000C 192Hình 7.16 Hằng số điện môi theo thời gian, tần số trong điều kiện 600C 194Hình 7.17 Hằng số điện môi theo thời gian, tần số trong điều kiện 800C 194Hình 7.18 Hằng số điện môi theo thời gian, tần số trong điều kiện 1000C 194Hình 7.19 Phổ FTIR của PC theo thời gian trong điều kiện chiếu tia UV 195Hình 7.20 Hằng số điện môi theo thời gian và tần số của vật liệu BTO/GF/EP trong điều kiện chiếu tia UV 196Hình 7.21 Hằng số điện môi theo thời gian và tần số của vật liệu BTO/GF/EP trong điều kiện nước biển 196Hình 7.22 Hằng số điện môi theo thời gian và tần số của vật liệu BTO/GF/PP tại RH = 100% 198Hình 7.23 Hằng số điện môi theo thời gian và tần số của vật liệu BTO/GF/PP tại T = 100oC 198Hình 7.24 Hằng số điện môi theo thời gian và tần số của vật liệu BTO/GF/PP trong môi trường UV 199Hình 7.25 Hằng số điện môi theo thời gian và tần số của vật liệu BTO/GF/PP trong môi trường muối 200Hình 7.26 Hằng số điện môi theo thời gian và tần số của vật liệu BTO/BF/PP tại RH = 100% 201Hình 7.27 Hằng số điện môi theo thời gian và tần số của vật liệu BTO/BF/PP tại T = 100oC 202Hình 7.28 Hằng số điện môi theo thời gian và tần số của vật liệu BTO/BF/PP trong môi trường UV 203Hình 7.29 Hằng số điện môi theo thời gian và tần số của vật liệu BTO/BF/PP trong môi trường muối 204

1

MỞ ĐẦU

Polyme compozit là loại vật liệu tổ hợp được hình thành trên cơ sở các chất kết dính polyme với nhiều chủng loại khác nhau như nhựa epoxy, nhựa polyeste không no, phenol formanđêhit được gia cường bằng các loại sợi, như sợi cacbon, sợi polyeste, nylon, sợi thủy tinh và các phụ gia khác Người

ta gọi đây là “dòng vật liệu đặc biệt mang tầm thời đại”, vì chúng đều có nguồn gốc từ dầu mỏ - khí đốt, than đá, gỗ, cát, muối, không khí và nước, những thứ dễ mua, dễ kiếm.Với những tính năng ưu việt so với các loại vật liệu truyền thống như độ bền riêng, modul đàn hồi riêng cao, chống mài mòn tốt, bền trong các môi trường xâm thực vật liệu polyme compozit ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của ngành kinh tế quốc dân như công nghiệp đóng tàu, chế tạo vỏ máy bay, ô tô, vật liệu xây dựng và nhiều lĩnh vực khác của đời sống xã hội Tính riêng nhựa dùng để sản xất vật liệu compozit được tiêu thụ ở Việt Nam khoảng 5.000 tấn mỗi năm Đặc biệt trong điều kiện khí hậu nóng ẩm có độ ăn mòn cao, vật liệu polyme compozit là lựa chọn tốt nhất để thay thế sắt thép, gỗ và trong tương lai thay thế dần cả hợp kim đặc biệt, hay sẽ được sử dụng như lớp phủ để bảo vệ bề mặt kim loại [1]

Ở Việt Nam hiện nay, bên cạnh vật liệu polyme gia cường bằng sợi thủy tinh, một số phòng thí nghiệm đang tập trung nghiên cứu các loại compozit trên cơ sở nhựa epoxy, cao su thiên nhiên với các chất gia cường có nguồn gốc từ thiên nhiên như đất sét, tre nứa, Sợi thiên nhiên có một số ưu điểm hơn so với sợi thủy tinh như: thân thiện với môi trường, tỷ trọng thấp, giảm trọng lượng cho sản phẩm compozit, giá thành hạ [2], [3], [4] Mặc dù

đã đạt được một số kết quả trong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo polyme compozit, việc khảo sát tìm mối tương quan giữa thành phần pha, cấu trúc, sự

2

tương hợp, cơ chế kết dính, tính chất cơ nhiệt,… của vật liệu compozit còn thiếu hệ thống Việc nghiên cứu cơ chế kết dính, sự lão hóa của vật liệu polyme compozit đòi hỏi các thiết bị, máy móc phân tích ở kích cỡ vi mô không phải phòng thí nghiệm nào ở Việt nam cũng có được Ngoài ra, việc đánh giá độ bền cơ nhiệt trong môi trường khí hậu nóng ẩm đòi hỏi phải dùng đến những phép đo cũng như các phương pháp nghiên cứu đặc biệt, đòi hỏi nhiều thời gian và công sức Việc chế tạo một vật liệu thông minh có thể tự cảm biến được quá trình lão hóa của vật liệu trước khi vật liệu hỏng hóc là một giải pháp rất hữu hiệu để khắc phục tình trạng trên Như ta đã biết, sự lão hóa, rạn nứt vật liệu chủ yếu gây ra do sự phá hủy bề mặt giữa các pha trong vật liệu compozit Sự phá hủy bề mặt pha này lại gây ra do ứng suất biến dạng trong hệ bề mặt pha ba chiều Sự biến dạng này có thể đo được trực tiếp bằng cách đưa vào hệ các hạt áp điện có kích thước nanô như những trung tâm cảm

biến (sensor) Từ đó tạo cơ sở dễ dàng điều chỉnh thành phần vật liệu nhằm

tạo ra các loại polyme compozit bền vững trong môi trường ăn mòn và khí hậu nóng ẩm

Các vật liệu như PZT, BaTiO3, ZnO là các vật liệu áp điện được sử dụng phổ biến nhất Gần đây tuy có xu hướng phát triển các vật liệu không chứa chì nhằm giảm việc gây ô nhiễm môi trường, nhưng cho đến nay các vật liệu chứa chì vẫn có hiệu ứng áp điện mạnh nhất [5], [6] Dựa vào hiệu ứng thuận và nghịch của các vật liệu áp điện, người ta có thể chế tạo ra các cảm biến dùng trong nhiều lĩnh vực như: cảm biến thu phát sóng siêu âm trong các máy dò độ sâu sông biển, dò khuyết tật trong kim loại và bê tông; máy liên lạc trong các tàu ngầm; máy phát điện và xác định toạ độ của các đối tượng di chuyển trong nước; các thiết bị khám và điều trị bệnh; các ngòi nổ áp điện; dùng làm các bộ lọc tần số trong vô tuyến, bộ nhớ trong các máy tính Ngoài

ra, vật liệu áp điện còn được ứng dụng rất rộng rãi để phục vụ cho cuộc sống

3

hàng ngày như trong máy bật lửa, các cảm biến, máy siêu âm, bộ phận phun

mực trong máy in, động cơ piezo,

Hiện nay vật liệu polyme compozit được quan tâm nghiên cứu rất nhiều

trong lĩnh vực sử dụng như các vật liệu chức năng (functional material) hay vật liệu thông minh (smart material) Các vật liệu này kết hợp tính mềm dẻo

của nền polyme với các tính chất đặc trưng của chất độn Ví dụ như compozit của polyme với các chất độn dẫn điện như sợi carbon [7], [8], [9] có thể được

sử dụng làm các vật liệu cảm biến biến dạng, cảm biến nứt gãy hay cảm biến nhiệt độ Việc tạo nên các vật liệu có khả năng tự cảm biến này sẽ làm giảm

thiểu việc phải sử dụng các sensơ để đánh giá hoặc đo các tính chất vật liệu

Nhờ đó có thể giảm được chi phí sử dụng, đồng thời lại có thể tăng cường được độ bền của vật liệu, đặc biệt là độ bền cơ học Các vật liệu có khả năng

tự cảm biến như trên được xếp vào loại vật liệu thông minh, dựa trên khả năng tự cảm nhận và đáp ứng lại một tác động nào đó, tương tự như cơ thể con người Vật liệu thông minh có một số nét chung là: nhạy cảm với một số tham biến của môi trường như nhiệt độ, độ truyền nhiệt, truyền điện, truyền

âm thanh, phản xạ và chúng có khả năng phản ứng với các tham biến đó, do vậy ta có được một tổ hợp thiết bị dò tìm, ghi nhận sự thay đổi của môi trường hay đặc tính của vật liệu, một hệ thống xử lý dữ liệu cho phép tạo ra phản ứng ở vật liệu

Các nghiên cứu trên thế giới: vật liệu gốm áp điện từ trước đến nay vẫn

được xem là các sensơ đo biến dạng rất tốt Tuy nhiên do độ cứng và độ giòn cao, khi các sensơ làm bằng vật liệu này được gắn trên bề mặt các vật liệu

như polyme sẽ tạo sự không tương thích và làm ảnh hưởng đến tính chất cơ học của toàn hệ và do đó sẽ làm giảm độ chính xác của phép đo Một giải pháp được đưa ra là đưa vật liệu áp điện vào trong lòng vật liệu cần đo

“coupling agent” để chức hóa các hạt áp điện hoặc các chất hoạt động bề mặt

để chống sự kết tụ của các hạt áp điện Các chất hoạt động bề mặt được dùng

có thể là phốtphat este, còn các tác nhân tạo liên kết có thể là các silan như KH550 [11], APS (3-amino-propyl-triethoxylane), các amin như INAAT (isopropyl tris(N-amino-ethyl aminoethyl titanate, KR44) [12]

Đã có nhiều nghiên cứu về hệ áp điện/polyme compozit để ứng dụng

làm các thiết bị nghe dưới nước (hydrophone), vật liệu phát sóng âm (acoustic emission), trong các thiết bị y tế như đầu dò siêu âm, v.v… [13], [14], [15], [16], [17] Nhưng việc biến các các vật liệu này thành các sensơ để đánh giá

quá trình lão hóa của chính vật liệu, từ đó đưa ra các giải pháp ngăn chặn và khắc phục là một ý tưởng tương đối mới, không chỉ có ý nghĩa thực tiễn trong việc bảo vệ vật liệu mà còn có ý nghĩa khoa học trong việc nghiên cứu điều chỉnh và tạo ra các tính chất tốt nhất cho vật liệu

Cho đến nay, vật liệu polyme compozit chứa các hạt áp điện (BaTiO3hoặc PZT) được sử dụng làm các trung tâm cảm biến chỉ mới có một vài nhóm tác giả trên thế giới quan tâm nghiên cứu trên cơ sở nền polyalinin, polyimit, nhựa epoxy, hay compozit sợi thủy tinh/epoxy, PVDF, P(VDF-

TrFE) copolyme [18], [19], [20], [21], [22] Các kết quả khoa học chỉ tập

5

trung nghiên cứu đưa ra các tham số liên quan đến tính chất điện môi khi đưa các hạt cảm biến vào nền polyme Đây là một tham số quan trọng nhất trong quá trình nghiên cứu đưa các hạt áp điện vào sử dụng trên nền các polyme compozit để làm các trung tâm cảm biến Chính vì thế, các thông số nghiên cứu sự biến đổi các tính chất cơ lý của polyme khi đưa các hạt áp điện vào làm trung tâm cảm biến chưa được công bố một cách chính thức

Đặc điểm khí hậu nóng ẩm ảnh hưởng lớn đến độ bền của vật liệu nói chung và vật liệu polyme nói riêng Polyme compozit là lựa chọn tốt nhất để sản xuất vật liệu cho mọi công trình dân sinh và quốc phòng trong tương lai

Do đó, việc chế tạo, nghiên cứu nhằm cải thiện tính chất cơ nhiệt, độ bền kết dính của vật liệu compozit trên cơ sở polyme sử dụng trong môi trường nóng

ẩm, môi trường dễ bị ăn mòn như nước biển là đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất cấp thiết

Đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chứa các hạt áp điện

kích thước nanô và khảo sát sự biến đổi tính chất cơ nhiệt trong điều

kiện khí hậu nhiệt đới” trong khuôn khổ dự án hợp tác Quốc tế về Khoa học

và Công nghệ theo Nghị định thư song phương giữa hai chính phủ Việt Nam

và Cộng hoà Pháp; và với sự hỗ trợ kinh phí của Bộ Khoa học và Công nghệ Việt nam được đưa ra nghiên cứu; với mong muốn các kết quả thu được có thể được ứng dụng trong nghiên cứu chế tạo các vật liệu compozit trên cơ sở polyme gia cường bằng sợi thủy tinh, hoặc sợi tự nhiên (như sợi tre), trong tương lai gần Sự có mặt của các hạt áp điện nano trong thành phần compozit

sẽ góp phần làm các trung tâm cảm biến để theo dõi tín hiệu lão hoá của vật liệu compozit theo thời gian sử dụng

Đây là hướng nghiên cứu còn khá mới mẻ tại Việt nam, hoàn toàn chưa

có bất kỳ một nghiên cứu nào được đề cập tới khi dự án này được xây dựng từ cuối năm 2007 và đầu năm 2008 Các thiết bị nghiên cứu đánh giá tính chất cho vật liệu hiện có tại Việt nam chỉ mới được đầu tư theo từng mảng lĩnh vực

6

riêng biệt và ở mức độ đánh giá “macro” (hoặc hoàn toàn về lĩnh vực vật liệu polyme compozit thể hiện thông qua các tính chất cơ lý của vật liệu, hoặc thiết bị đánh giá tính chất điện môi cho vật liệu điện môi dạng gốm cổ điển) Việc đánh giá, khảo sát các tính chất vật liệu compozit chế tạo trong đề tài này thuộc các tính chất “micro”, vi cấu trúc, các tính chất cơ nhiệt động học, nên trong quá trình triển khai đề tài tại Việt Nam có gặp khó khăn vì không đủ thiết bị nghiên cứu đánh giá Do đó, sự kết hợp trong quá trình nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc nhóm nghiên cứu của Phòng thí nghiệm MaPIEM, Đại học Nam Toulon-Var (Laboratoire Matériaux Polymères Interfaces Environnement Marin, Université du Sud Toulon-Var; trước đây là MFS - Laboratoire des Matériaux à Finalités Spécifiques, Faculté des Sciences et Techniques), đã góp phần cho đề tài được tận dụng các thiết bị nghiên cứu chuyên dụng để đánh giá tính chất vi cấu trúc, tính chất cơ nhiệt động học (DMA - Dynamic Mechanical Analysis), tính chất điện môi (DEA - Dielectric Analysis) và từ đó giải thích được mối quan hệ qua lại giữa các tính chất cơ nhiệt động học và tính chất điện môi mà các thiết bị nghiên cứu của Việt Nam chưa thể thực hiện và phát hiện được Sự trao đổi qua lại giữa các nhà nghiên cứu hai nước, đã tạo điều kiện cho nhóm khoa học nghiên cứu Việt Nam thay đổi phương pháp đo, chế tạo thay đổi hệ đo mới trên cơ sở thiết bị đang sử dụng để đo khảo sát hằng số điện môi của vật liệu điện môi “macro” cho phép đánh giá hằng số điện môi của vật liệu polyme compozit chứa hạt áp điện ở trạng thái vi cấu trúc với các kết quả tiệm cận với kết quả thực của vật liệu và kết quả đo được bên phía đối tác

Ngoài ra, tại Khoa Hoá học, với kinh phí của các dự án đầu tư chiều sâu, thiết bị hồng ngoại (IR) phân tích vi cấu trúc nano “siêu nhạy”, duy nhất có tại Việt nam, với sự tìm tòi, phân tích, nhóm nghiên cứu tại Việt Nam

đã sử dụng thiết bị này và xây dựng một phương pháp tiếp cận mới trong việc đánh giá vi cấu trúc vật liệu polyme compozit được chế tạo Sự phối hợp hai

7

phương pháp đo hằng số điện môi và IR đã lý giải được một cách dáng tin cậy sự kết gắn, sự biến đổi tính chất cơ nhiệt động học của vật liệu

Bản báo cáo tổng hợp gồm các phần, chương chính:

PHẦN I: Giới thiệu chung

- Chương 1 Giới thiệu chung về các hợp chất và vật liệu chính chế tạo

vật liệu polyme compozit chứa các hạt áp điện kích thước nanô

- Chương 2 Hoá chất, thiết bị, dụng cụ, các phương pháp nghiên cứu

đánh giá đặc trưng và tính chất của các loại vật liệu

PHẦN II: Kết quả nghiên cứu

- Chương 3 Nghiên cứu điều chế hạt áp điện BaTiO3 và PZT

- Chương 4 Nghiên cứu chế tạo và tính chất của vật liệu polyme

compozit sợi nền epoxy và polypropylen

- Chương 5 Nghiên cứu chế tạo và tính chất của vật liệu polyme

compozit chứa hạt áp điện

- Chương 6 Nghiên cứu chế tạo và tính chất của vật liệu polyme

compozit sợi chứa hạt áp điện

- Chương 7 Bước đầu nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của môi trường

đến tính chất của vật liệu polyme comoposit sợi chứa hạt áp điện

- Chương 8 Quy trình công nghệ chế tạo vật liệu đã đăng ký trong

thuyết minh đề tài

PHẦN III Kết luận, Đề xuất và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Các Phụ lục

8

PHẦN I - GIỚI THIỆU CHUNG

- Chương 1 Giới thiệu chung về các hợp chất và vật liệu chính chế tạo vật liệu polyme compozit chứa các hạt áp điện kích thước nanô

- Chương 2 Hoá chất, thiết bị, dụng cụ, các phương pháp nghiên cứu đánh giá đặc trưng và tính chất của các loại vật liệu

9

Chương 1 - GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC HỢP CHẤT VÀ VẬT LIỆU CHÍNH CHẾ TẠO POLYME COMPOZIT SỢI

CHỨA HẠT ÁP ĐIỆN KÍCH THƯỚC NANÔ

Hiện nay, vật liệu polyme compozit được quan tâm nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực sử dụng như các vật liệu chức năng hay vật liệu thông minh Các vật liệu này kết hợp tính mềm dẻo của nền polyme với các tính chất đặc trưng của chất gia cường hay chất độn Việc sử dụng các vật liệu có khả năng

tự cảm biến này sẽ làm giảm thiểu việc phải sử dụng các sensơ để đánh giá

hoặc đo các tính chất của vật liệu; nhờ đó có thể giảm được chi phí sử dụng, đồng thời lại có thể tăng cường được độ bền của vật liệu, đặc biệt là độ bền cơ học Các vật liệu có khả năng tự cảm biến như trên được xếp vào loại vật liệu thông minh, dựa trên khả năng tự cảm nhận và đáp ứng lại một tác động nào

đó, tương tự như cơ thể con người Vật liệu thông minh có một số nét chung

là nhạy cảm với một số tham biến của môi trường như nhiệt độ, độ truyền nhiệt, truyền âm thanh, phản xạ… và chúng có khả năng phản ứng với các tham biến đó, do vậy để có được một tổ hợp thiết bị dò tìm, ghi nhận sự thay đổi của môi trường hay đặc tính của vật liệu, một hệ thống xử lý dữ liệu cho phép tạo ra phản ứng ở vật liệu

Vật liệu gốm áp điện từ trước đến nay vẫn được xem là các sensơ đo biến dạng rất tốt Tuy nhiên do độ cứng và độ giòn cao, khi các sensơ làm bằng vật liệu này được gắn trên bề mặt các vật liệu như polyme sẽ tạo ra sự không tương thích và làm ảnh hưởng đến tính chất cơ học của toàn bộ hệ thống và do đó sẽ làm giảm độ chính xác của phép đo Một giải pháp được đưa ra là đưa vật liệu áp điện này vào trong lòng vật liệu cần đo (polyme)

1 1 Giới thiệu về vật liệu nền

1.1.1 Giới thiều về nhựa epoxy

Nhựa epoxy được chế tạo từ năm 1938 và ngày nay chủ yếu được sử dụng làm nhựa nền cho vật liệu polyme compozit chất lượng cao Nhựa này được hình thành từ phản ứng ngưng tụ epyclohydrin và polyhydroxyl Trạng thái tồn tại của nhựa thay đổi từ dạng lỏng, lỏng nhớt đến dạng rắn tuỳ thuộc vào khối lượng phân tử Trước khi đóng rắn, nhựa epoxy có tính chất của một nhựa nhiệt dẻo, và chỉ trở thành nhiệt rắn sau khi đã xảy ra phản ứng khâu mạch với các chất đóng rắn chất đóng rắn ở đây có thể là amin mạch thẳng, amin thơm và các anhydrit… Do đó, tính chất của nhựa epoxy thay đổi rất lớn tuỳ thuộc vào việc sử dụng loại chất đóng rắn nào Epoxy có độ bền cao, chịu môi trường hoá chất rất tốt và khả năng bám dính sợi tốt hơn hẳn polyeste không no Đặc biệt độ co ngót của nhựa này rất nhỏ: 0,25% ÷ 2% [23], [24]

Trong khoảng 25 năm trở lại đây sản lượng nhựa epoxy trên toàn thế giới tăng từ 30000 tấn/năm lên 1 triệu tấn/năm Trong đó chủ yếu là Epoxy-dian (hay epoxy bisphenolA, epoxy diglycidyl ete bisphenol A (DGEBA)) chiếm 90-92% tổng sản lượng epoxy [25], [26]

Nhựa epoxy-dian chủ yếu được điều chế trong công nghiệp là sản phẩm trùng ngưng dị thể giữa epiclohidrin và diphenylol propran (bis phenol A) thông qua phản ứng kết hợp nối tiếp luân phiên của nhóm epoxy với nhóm

11

hydroxylphenol và tái tạo nhóm epoxy nhờ khử clohydro để tạo thành nhựa

có công thức chung [26]:

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của nhựa epoxy

Tuỳ thuộc vào điều kiện tiến hành phản ứng, chỉ số n có thể thay đổi từ

0 đến 200 Nhựa epoxy cũng có thể xem như một loại polyete có các nhóm hydroxyl bên cạnh (số nhóm này trong phân tử ứng với chỉ số n) và hai nhóm epoxy ở cuối mạch Phản ứng tạo thành nhựa epoxy mạch thẳng xảy ra theo hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: Nhóm hydroxyl của diphenylolpropan kết hợp với nhóm

epoxy của epyclohydrin trong môi trường kiềm:

Giai đoạn 2: clohydrin glycol tạo thành chứa nhóm hydroxyl ở vị trí α

so với nguyên tử clo Với cách bố trí các nhóm như vậy, clohydro dễ dàng tách ra và tạo thành nhóm epoxy mới theo cơ chế nucleofin của halogen bằng ion alcogolat:

và Bisphenol A, nhiệt độ, thời gian phản ứng và nồng độ NaOH

Nhựa epoxy có rất nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi để chế tạo compozit có tính cơ học cao, độ bám dính cao với nhiều loại chất gia cường, tiện lợi khi xử lý công nghệ, tạo dáng các kết cấu và có thể giữ lâu ở trạng thái chưa đóng rắn nên thuận lợi cho việc chế tạo kết cấu compozit và các bán thành phẩm Quá trình đóng rắn nhựa epoxy có dải nhiệt rộng và không kéo theo việc thoát các chất dễ bay hơi, độ co ngót thấp, bền với tác động của nhiều loại dung môi và những môi trường độc hại, độ hút ẩm thấp [25], [26], [27]

OH C

CH3

CH3R

13

Nhược điểm của nhựa epoxy là chịu nhiệt độ tương đối thấp Đặc trưng

cơ học của nhựa epoxy bị giảm rất nhanh ở nhiệt độ gần nhiệt độ thuỷ tinh hoá của polyme

1.1.2 Giới thiệu về polypropylen

Ngày nay nhựa nhiệt dẻo đã và đang đưa ra một số lợi thế vượt trội hơn nhựa nhiệt rắn như giá thành gia công thấp hơn, có thể tạo các chi tiết có hình dáng cấu trúc phức tạp hơn Một số phương pháp gia công thường sử dụng là

ép phun và ép đùn Những loại nhựa nhiệt dẻo thường sử dụng với sợi tự nhiên là polypropylen (PP), polyetylen (PE), polystyren (PS) và polyvinylclorit (PVC) Đối với các loại compozit nhiệt dẻo, sự phân bố sợi là rất quan trọng, nó tạo nên độ sít chặt của sợi trong sản phẩm Vật liệu compozit nhiệt dẻo có tính dẻo, độ sít chặt cao và tính chất cơ học tốt Ngoài

ra, tính chất cơ học của vật liệu compozit nhiệt dẻo còn chịu ảnh hưởng của chế độ gia công và sự định hướng của sợi trong compozit Bên cạnh đó nhựa nhiệt dẻo còn có ưu điểm là khả năng tái sinh Do vậy, có thể tận dụng nhựa nhiệt dẻo tái sinh để làm nền cho compozit cốt sợi thực vật Hiện nay, lượng chất thải rắn có nguồn gốc từ nhựa nhiệt dẻo đang không ngừng tăng lên Theo thống kê năm 2000, trên thế giới có khoảng 24 triệu tấn rác thải loại này, chủ yếu là LDPE, LLDPE, ngoài ra còn có PP, PET và PS [28]

PP là một loại nhựa nhiệt dẻo tương đối rẻ tiền đã được nghiên cứu nhiều nhất và sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô để chế tạo các chi tiết bên trong và trong nhiều ngành công nghiệp khác từ những năm cuối thế kỷ 20

PP là nhựa nhiệt dẻo được tổng hợp trên cơ sở phản ứng trùng hợp các monome propylen Các monome có thể kết hợp với nhau theo nhiều cách tạo nên các đoạn mạch polyme có hình thái cấu tạo khác nhau ảnh hưởng đến khả năng kết tinh của polyme Do vậy nhựa PP là một hệ dị thể hai pha bao gồm

14

cả pha tinh thể và pha vô định hình PP thương mại có khối lượng phân tử từ 38.000 đến 60.000 Tuỳ thuộc vào hình thái sắp xếp của các monome trong mạch đại phân tử PP có các đồng phân sau [28], [29]:

- PP dạng đồng phân atactic: Loại này không có khả năng kết tinh do vậy có tính chất không tốt như kém bền nhiệt, dung môi và mềm

- PP dạng đồng phân isotactic: Có khả năng kết tinh, hàm lượng tinh thể cao, độ đa phân tán bé tạo ra khả năng ứng dụng rộng rãi bởi tính bền nhiệt, dung môi, khoảng nhiệt độ chảy mềm bé và độ cứng cao Hầu hết các loại nhựa PP trên thị trường bao gồm thành phần chính là đồng phân này, tuy nhiên sản phẩm vẫn chứa một lượng nhỏ đồng phân dạng atactic

- PP dạng đồng phân syndiotactic: Loại này ít thấy trên thị trường

Hình 1.2 Một đoạn mạch của polypropylen dạng isotactic và syndiotactic Tính chất cơ lý của PP phụ thuộc nhiều vào hàm lượng PP isotactic Tính chất cơ lý của PP có hàm lượng isotactic 98% trình bày ở bảng 1.1 [28], [30]:

Bảng 1.1 Một số đặc trưng kỹ thuật của nhựa PP

15

Độ dãn dài tương đối (%)

Độ cứng theo Rockwell

Điểm nóng chảy, Tn/c(oC)

Nhiệt độ sử dụng tối đa (oC)

Tang góc tổn hao điện môi ở 106 Hz

độ nóng chảy xuống 120oC PP bắt đầu kết tinh Trong quá trình tạo hạt có chất ổn định thì ở 300oC PP không bị oxy hoá mà chỉ bị phân huỷ sau vài giờ đốt nóng trong không khí [30]

PP có thể gia công bằng các phương pháp ép đùn, ép phun, tạo hình nhiệt, thổi Trong đó đặc trưng về chỉ số chảy của mỗi loại PP là thông số quan trọng với mỗi phương pháp gia công Tuỳ thuộc vào phương pháp gia công cụ thể mà cho ra các sản phẩm khác nhau từ nhựa PP Đặc biệt PP còn

có khả năng cách điện tốt nên được sử dụng để phủ dây cách điện.Với ưu điểm tỷ trọng nhẹ, bền hoá học, bền màu, bền với ánh sáng khi có chất ổn định, đặc biệt các sản phẩm làm từ PP có độ bóng cao Lĩnh vực ứng dụng của

PP đang ngày được mở rộng đặc biệt trong ngành công nghiệp ôtô việc sử dụng PP đã và đang là một giải pháp nhằm thay thế các vật liệu nặng như kim loại, bộ phận tản nhiệt, bình đựng nước làm mát, các chi tiết trang trí trong ôtô Đặc biệt compozit nhựa nhiệt dẻo với các sản phẩm của quá trình ép phun đang ngày càng được sử dụng rộng rãi cho các bộ phận trong ôtô [28]

16

1 2 Giới thiệu về vật liệu gia cường gia cường

Chất gia cường đóng vai trò chịu ứng suất tập trung trong vật liệu, nó làm tăng đáng kể độ bền của vật liệu Cấu trúc, hàm lượng, hình dáng và kích thước, tương tác của chất gia cường và nhựa nền cũng như độ bền liên kết giữa chúng ảnh hưởng lẫn đến tính chất của vật liệu polyme compozit và quyết định khả năng gia công của vật liệu Sự liên kết giữa chất gia cường và polyme được quyết định bởi tính chất hoá học ban đầu của polyme và đặc trưng hình học của chất gia cường Liên kết bền được tạo thành khi giữa chất gia cường và nền polyme xuất hiện những liên kết hoá học hay lực bám dính [26] Chất gia cường dạng sợi có khả năng gia cường rất lớn, do đó vật liệu có

độ bền cơ lý cao hơn rất nhiều so với vật liệu gia cường dạng bột Việc lựa chọn loại sợi phụ thuộc vào giá thành và các đặc tính, tính chất của sợi Để sử dụng làm chất gia cường, sợi cần có độ bền và độ bền nhiệt cao, tỷ trọng thấp…Vật liệu polyme compozit gia cường bằng sợi lai tạo là loại vật liệu mới trong đó chất gia cường gồm từ hai hay nhiều loại sợi khác nhau So với polyme compozit gia cường bằng sợi thông thường, polyme compozit gia cường bằng sợi lai tạo kết hợp được nhiều tính chất của các loại sợi nên có các đặc tính tương đối tốt

Sợi được sử dụng làm chất gia cường có thể ở dạng liên tục (sợi dài, vải…) hay gián đoạn (sợi ngắn, vụn…) Một số cốt dạng sợi thường được sử dụng: sợi cacbon, sợi thuỷ tinh, sợi aramit, sợi tự nhiên (sợi đay, sơi tre, sợi dừa…)

1.2.1 Sợi thuỷ tinh

Sợi thuỷ tinh được kéo ra từ các loại thuỷ tinh kéo sợi được (thuỷ tinh dệt), có đường kính nhỏ vài chục micromet Khi đó các sợi này sẽ mất đi những nhược điểm của thuỷ tinh khối như: giòn, dễ nứt gãy, mà trở nên có nhiều ưu điểm cơ học hơn Thành phần thuỷ tinh dệt có thể chứa thêm những