nghiên cứu hình thái và cấu trúc của hỗn hợp polybutylene terephthalate sợi thủy tinh với polybutylene terephthalate

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.33 MB, 116 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

GVHD: PGS. TS PHẠM THỊ HỒNG NGA SVTH: LƯƠNG QUỐC KHÁNH

NGUYỄN ĐÌNH QUANG

S K L 0 1 2 6 1 3

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Học kỳ I/ năm học 2024

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Thị Hồng Nga

Sinh viên thực hiện: Lương Quốc Khánh MSSV: 19143265 Điện thoại: 0786680978 Nguyễn Đình Quang MSSV: 19143310 Điện thoại: 0382325736

1. Đề tài tốt nghiệp:

- Mã số đề tài: CTM-69

- Tên đề tài: Nghiên cứu hình thái và cấu trúc của hỗn hợp polybutylene terephthalate/sợi thủy tinh với polybutylene terephthalate.

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Các bài báo liên quan đến lĩnh vực polyme, vật liệu trộn hợp và các bài báo có sử dụng vật liệu nghiên cứu liên quan đến hỗn hợp Polybutylene Terephthalate/Glass fiber.

- Kết quả đo độ bền kéo, độ dai va đập của hỗn hợp hợp Polybutylene Terephthalate/Glass fiber.

3. Nội dung chính của đồ án:

- Phân tích, nghiên cứu sự ảnh hưởng của sợi thuỷ tinh đến hoạt động cơ học của hỗn hợp Polybutylene Terephthalate /sợi thuỷ tinh.

- Đưa ra tỷ lệ phù hợp với cơ tính tốt nhất, nhằm ứng đụng trong các lĩnh vực cuộc sống. - Kiểm tra khả năng tượng hợp của Polybutylene Terephthalate /sợi thuỷ tinh.

7. Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt 

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt 

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

 Được phép bảo vệ ………..

(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Nguyễn Đình Quang MSSV: 19143310 Tên đề tài: Nghiên cứu hình thái và cấu trúc của hỗn hợp polybutylene terephthalate/sợi thủy tinh với polybutylene terephthalate. Ngành đào tạo: Công nghệ chế tạo máy Họ và tên GV hướng dẫn: PGS. TS. Phạm Thị Hồng Nga Ý KIẾN NHẬN XÉT 1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên ...

...

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

3. Đánh giá:

4. Kết luận:

 Được phép bảo vệ  Khơng được phép bảo vệ

1. Hình thức và kết cấu ĐATN 30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học

xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

3. Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

4. Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Nguyễn Đình Quang MSSV: 19143310 Tên đề tài: Nghiên cứu hình thái và cấu trúc của hỗn hợp polybutylene terephthalate/sợi thủy tinh với polybutylene terephthalate. Họ và tên GV phản biện: ...

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: ...

...

2. Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển) ...

...

3. Kết quả đạt được: ...

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

6. Đánh giá:

7. Kết luận:

 Được phép bảo vệ  Không được phép bảo vệ

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học

xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

LỜI CAM KẾT

- Tên đề tài: Nghiên cứu hình thái và cấu trúc của hỗn hợp polybutylene terephthalate/sợi thủy tinh với polybutylene terephthalate.

- GVHD: PGS. TS Phạm Thị Hồng Nga - Họ tên sinh viên: Lương Quốc Khánh

- Địa chỉ sinh viên: 68/21, khu phố 3, P.Trảng Dài, TP.Biên Hoà - Số điện thoại liên lạc: 0786680978

- Email: - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):

- Lời cam kết: “Tôi xin cam kết đồ án tốt nghiệp này là do chính tơi nghiên cứu và thực

hiện. Tôi không sao chép từ một bài viết của bất kỳ tác giả nào đã được công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm”.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 03 năm 2024 Ký tên

Lương Quốc Khánh

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

LỜI CAM KẾT

- Tên đề tài: Nghiên cứu hình thái và cấu trúc của hỗn hợp polybutylene terephthalate/sợi thủy tinh với polybutylene terephthalate.

- GVHD: PGS. TS Phạm Thị Hồng Nga - Họ tên sinh viên: Nguyễn Đình Quang

- Địa chỉ sinh viên: 15A đường 6, P Hiệp Phú , tp Thủ Đức, tp Hồ Chí Minh - Số điện thoại liên lạc: 0382325736

- Email: - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):

- Lời cam kết: “Tôi xin cam kết đồ án tốt nghiệp này là do chính tôi nghiên cứu và thực hiện.

Tôi không sao chép từ một bài viết của bất kỳ tác giả nào đã được cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm”.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 03 năm 2024 Ký tên

Nguyễn Đình Quang

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

LỜI CẢM ƠN

Đồ án tốt nghiệp là thử thách cuối cùng trong chặng đường đại học, nó cũng đại diện thể hiện cho thành quả học tập, kỹ năng chuyên môn, kỹ năng mềm đúc rút được trong cả quá trình học đại học. Sau chặng đường học và thực hiện đồ án tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của nhiều cơ quan, tổ chức, cá nhân… Chính vì điều đó tơi vơ cùng biết ơn, tơn trọng, và cảm ơn đến họ.

Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Phạm Thị Hồng Nga là giảng viên hướng dẫn. Cô là người đã hướng dẫn, đồng hành, định hướng phát triển… vô cùng tận tâm. Chân thành cảm ơn cơ trong q trình thực hiện nghiên cứu đề tài này.

Xin chân thành cảm ơn TS. Trần Minh Thế Uyên đã hướng dẫn, hỗ trợ và đảm bảo an tồn cho tơi trong q trình ép phun. Thầy là người hướng dẫn, giới thiệu về công nghệ ép phun và các thao tác thực hiện đối với máy ép phun.

Xin chân thành cảm ơn TS. Trần Văn Trọn đã hỗ trợ, hướng dẫn trong quá trình thực hiện nghiên cứu khoa học. Thầy là người tư vấn xử lý số liệu, định hướng cho đề tài.

Xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Vinh Tiến đã hướng dẫn, hỗ trợ… trong quá trình chụp tổ chức tế vi và tư vấn định hướng cho đề tài.

Xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Chí Thanh đã hướng dẫn, hỗ trợ… trong quá trình đo độ bền kéo và tư vấn định hướng cho đề tài.

Xin chân thành cảm ơn trung tâm CSED, Trung Tâm Hỗ Trợ Và Phát Triển Doanh Nghiệp Thành Phố đã cung cấp những số liệu, kết quả đo đạc các mẫu thử để chúng tơi có thể hoàn thành đồ án này.

Bên cạnh những giảng viên hướng dẫn, tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến tập thể quý thầy cô trong trường đã cung cấp nền tảng kiến thức, kỹ năng mềm, kỹ năng sống… Cùng với đó tơi dành lời cảm ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu, các Phòng, Khoa, đặc biệt là Khoa cơ Khí chế tạo máy và các thầy cô trong Bộ môn Hàn & Công nghệ Kim loại luôn tạo điều kiện tốt nhất cho chúng tôi học tập, nghiên cứu.

Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình ln đồng hành và hỗ trợ tơi trong tồn bộ q trình trưởng thành, q trình học đại học. Gia đình ln là nguồn động lực về tinh thần ln hỗ bên cạnh tơi trong mọi khó khăn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tp.HCM, ngày 1 tháng 2 năm 2024

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Sinh viên thực hiện

Lương Quốc Khánh

Nguyễn Đình Quang

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

TÓM TẮT

Polybutylene terephthalate (PBT) là một loại polymer kỹ thuật thiết yếu trong nhiều ứng dụng công nghiệp vì nó có độ bền kéo và mơ đun uốn tốt. Lượng rác thải sinh hoạt thải ra môi trường hàng ngày là rất lớn, trong đó các thành phần như vải, nhựa, cao su cần được hỗ trợ xử lý và tái chế. Việc tái sử dụng, tái chế vật liệu nhựa là điều mà các nhà nghiên cứu quan tâm. PBT là loại nhựa có nhiều hạn chế về tính chất cơ học nên ít nhận được đánh giá tích cực về việc sử dụng hoặc tái chế. Nghiên cứu về tái chế PBT cịn ít, trong khi nguồn nhựa tái chế lại rất lớn.

PBT là loại nhựa có đặc tính cơ học tốt như độ bền kéo, độ cứng cao và khả năng cách điện tốt. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích trên, nhựa PBT cịn có những nhược điểm như khả năng hấp thụ dung mơi thấp, nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh thấp và khả năng chống va đập thấp. Vì vậy, việc ứng dụng PBT thường bị hạn chế do tác động của môi trường làm việc hoặc các yếu tố khác, chẳng hạn như mơi trường có biên độ nhiệt độ cao, chính vì vậy đã hạn chế việc ứng dụng của PBT. Nhận thấy sợi thủy tinh còn ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bắt lửa của PBT. Do đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nó để sản xuất và cải tiến PBT được gia cố bằng sợi thủy tinh để chống cháy. Kết quả thử nghiệm cơ học của hỗn hợp PBT/PC/chất đàn hồi được gia cố bằng sợi thủy tinh cho thấy sự kết hợp này đã cải thiện độ bền va đập. Vì vậy, chúng tơi đã tiến hành nghiên cứu này để cải thiện độ bền kéo của PBT bằng cách trộn PBT-30GF, loại PBT-30GF có sẵn trên thị trường, nhằm mục đích tăng cơ tính cho PBT.

Bài nghiên cứu này được trình bày nhằm đánh giá độ bền kéo của hỗn hợp PBT/GF với hàm lượng sợi thủy tinh dao động từ 5 đến 25%. Các tỷ lệ lần lượt là 95%PBT/5%GF, 90%PBT/10%GF, 85%PBT/15%GF, 80%PBT/20%GF, 75%PBT/25%GF. Các chỉ tiêu cơ tính được thực hiện khảo sát bao gồm: độ bền kéo (ASTM D638), độ dai va đập (ASTM D256). Bên cạnh khảo sát cơ tính thì trong nghiên cứu này chúng tơi còn sử dụng kết quả chụp tổ chức tế vi phân tích sự thay đổi về độ kết tinh và nghiên cứu về khả năng tương hợp của hai vật liệu PBT và GF.

Sau q trình phân tích số liệu và thảo luận thì kết quả thu được cho thấy như sau: − Khi tăng hàm lượng GF trong hỗn hợp PBT/GF thì độ bền kéo trung bình của các tỷ

lệ có xu hướng tăng lên và cao hơn so với độ bền kéo của mẫu PBT nguyên sinh. Cụ thể, độ bền kéo tăng từ 37.13 với PBT nguyên sinh lên 41.3 tại tỷ lệ PBT/5GF và tăng mạnh lên 56.09 MPa tại tỷ lệ PBT/10GF và tăng dần đều lên 69.18 tại tỷ lệ PBT/25GF. − Tuy nhiên với kết quả của biểu đồ va đập lại khác với kết quả tăng giảm theo biểu đồ

hình Sin. Cụ thể tăng từ 3.66 với tỷ lệ PBT nguyên sinh lên 4.69 với tỷ lệ PBT/5GF và giảm về 3.71 với tỷ lệ PBT/15GF, rồi tiếp tục tăng đến 6.28 với tỷ lệ PBT/25GF.

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

− Quan sát tổ chức tế vi của các tỷ lệ cho thấy sự phân tán đều của GF trên nền PBT. Bên cạnh đó cũng có thể quan sát được việc ít xuất hiện các khối cầu nằm trên nền PBT điều này chứng minh cho việc có sự tương hợp giữa chúng.

Qua kết quả thu được, nhìn chung việc trộn GF vào PBT mang lại một số cải thiện về cơ tính cho PBT. Bên cạnh đó, việc trộn hợp này cịn giúp giảm chi phí do giá thành của PBT tái chế thấp. Điều này là cơ sở để mở rộng một số ứng dụng của PBT trong các sản phẩm thực tế của đời sống.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

ABSTRACT

Polybutylene terephthalate (PBT) is an essential engineering polymer in many industrial applications because it has good tensile strength and flexural modulus. The amount of domestic waste discharged into the environment daily is very large, in which components such as fabric, plastic, rubber need to be supported for treatment and recycling. The reuse and recycling of plastic materials is something that researchers are interested in. PBT is a plastic with many limitations in mechanical properties, so it receives few positive reviews for use or recycling. Research on PBT recycling is small, while the source of recycled plastic is huge.

PBT is a plastic with good mechanical properties such as tensile strength, high hardness and good electrical insulation. However, besides the above benefits, PBT plastic also has disadvantages such as low solvent absorption, low glass metabolism temperature, and low impact resistance. Therefore, the application of PBT is often limited due to the impact of the working environment or other factors, such as environments with high temperature amplitudes, thus limiting the application of PBT. It was found that fiberglass also directly affects the flammability of PBT. Therefore, researchers have used it to manufacture and improve PBT reinforced with fiberglass to resist fire. Mechanical test results of fiberglass-reinforced PBT/PC/elastomer blends show that this combination has improved impact strength. Therefore, we conducted this study to improve the tensile strength of PBT by mixing PBT-30GF, which is commercially available, with the aim of increasing PBT's mechanical properties.

This paper was presented to evaluate the tensile strength of PBT/GF mixtures with fiberglass content ranging from 5 to 25%. The ratios are 95%PBT/5%GF, 90%PBT/10%GF, 85%PBT/15%GF, 80%PBT/20%GF, 75%PBT/25%GF, respectively. The mechanical indicators surveyed include: tensile strength (ASTM D638), impact toughness (ASTM D256). In addition to mechanical surveys, in this study, we also used the results of microscopic organization scans, analysis of changes in crystallinity and research on the compatibility of PBT and GF materials. After the process of data analysis and discussion, the results obtained showed the following:

− When the GF content in the PBT/GF mixture increases, the average tensile strength of the ratios tends to increase and is higher than the tensile strength of the primary PBT sample. Specifically, the tensile strength increased from 37.13 at the primary PBT ratio to 41.3 at the PBT/5GF ratio and sharply increased to 56.09 MPa at the PBT/10GF ratio and steadily increased to 69.18 at the PBT/25GF ratio.

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

− However, the result of the impact chart is different from the result of rising and falling according to the sine chart. Specifically, it increased from 3.66 with the primary PBT ratio to 4.69 with the PBT/5GF ratio and decreased to 3.71 with the PBT/15GF ratio, then continued to increase to 6.28 with the PBT/25GF ratio.

− Observation of the microscopic organization of the ratios shows an even dispersion of GF on the PBT substrate. In addition, it is also possible to observe the low occurrence of spheres located on the PBT platform, which proves that there is compatibility between them.

From the results obtained, in general, mixing GF into PBT brought some mechanical improvements to PBT. In addition, this mixing also helps reduce costs due to the low cost of recycled PBT. This is the basis for expanding some applications of PBT in real-life products.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ... I LỜI CAM KẾT ... VII LỜI CẢM ƠN ... IX TÓM TẮT ... XI ABSTRACT ...XIII DANH MỤC BẢNG BIỂU ... XVIII DANH MỤC SƠ ĐỜ, HÌNH VẼ ... XIX DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ... XXI

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ... 1

1.1. Lý do chọn đề tài ... 1

1.2. Tính cấp thiết của đề tài ... 2

1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ... 3

1.4. Mục tiêu của đề tài ... 3

1.5. Nhiệm vụ của nghiên cứu ... 3

1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ... 3

1.7. Phương pháp nghiên cứu ... 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ... 5

2.1. Tổng quan về ngành công nghiệp nhựa ... 5

2.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ... 5

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

3.1. Vật liệu trộn hợp polymer ... 14

3.2. Công nghệ ép phun và máy ép phun ... 16

3.3. Các phương pháp đánh giá cơ tính ... 18

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM ... 14

4.1. Chọn tỷ lệ phù hợp cho hỗn hợp nhựa PBT/GF ... 20

4.2. Chuẩn bị mẫu thử và khuôn ép ... 20

4.3. Ép mẫu thử... 22

4.4. Xác định độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 ... 24

4.5. Xác định độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256 ... 26

4.6. Quan sát tổ chức tế vi ... 29

4.7. Xác định chỉ số nóng chảy MFI ... 30

4.8. Phân tích nhiệt DSC ... 31

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... 32

5.1. Kết quả sau quá trình ép phun mẫu và q trình kiểm tra cơ tính ... 32

5.2. Kết quả đo chỉ số nóng chảy MFI ... 33

5.3. Kết quả đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 ... 35

5.4 Kết quả đo độ dai va đập có khía Izod theo tiêu chuẩn ASTM D256 ... 44

5.5. Kết quả phân tích tổ chức tế vi ... 45

5.6. Kết quả đo chỉ số DSC ... 48

CHƯƠNG 6: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM ... 52

6.1. Phương trình hồi quy bậc 2 cho độ bền kéo ... 52

6.2. Phương trình hồi quy bậc 2 của độ dai va đập ... 53

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ... 56

7.1. Tổng kết ... 56

7.2. Hướng phát triển ... 57

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 58

PHỤ LỤC I ... 60

PHỤ LỤC II ... 85

PHỤ LỤC III ... 92

... 92

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Cơng thức hóa học nhựa PBT ... 8

Bảng 4.1: Tỷ lệ hỗn hợp nhựa của từng mẫu thử ... 19

Bảng 4.2: Bảng tính toán khối lượng ... 21

Bảng 4.3: Nhiệt độ trục vít và nhiệt độ đầu phun ... 22

Bảng 4.4: Thông tin máy kéo vạn năng AG-X plus Shimadzu ... 23

Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật của máy đo va đập Tinius Olsen IT504 ... 23

Bảng 5.1: Kết quả đo độ chảy mềm MFI ... 32

Bảng 5.2: Kết quả đo độ bền kéo của mẫu PBT ... 34

Bảng 5.3: Kết quả đo độ bền kéo của mẫu PBT/5GF ... 35

Bảng 5.4: Kết quả đo độ bền kéo các mẫu PBT/GF10 ... 36

Bảng 5.5: Kết quả đo độ bền kéo các mẫu PBT/GF15 ... 37

Bảng 5.6: Kết quả đo độ bền kéo các mẫu PBT/GF20 ... 38

Bảng 5.7: Kết quả đo độ bền kéo các mẫu PBT/GF25 ... 39

Bảng 5.8: Kết quả đo độ bền kéo của các mẫuPBT / GF... 40

Bảng 5.9: Kết quả mô-đun kéo của mẫu PBT / GF ... 41

Bảng 5.10: Kết quả đo độ dai va đập có khía Notched Izod của tất cả các mẫu ... 42

Bảng 6.1: Kết quả độ bền kéo trung bình của các mẫu kéo ... 50

Bảng 6.2: Tổng hợp số liệu thực nghiệm của nhóm mẫu kéo ... 50

Bảng 6.3: Kết quả độ bền uốn trung bình của các mẫu uốn ... 51

Bảng 6.4: Tổng hợp số liệu thực nghiệm của nhóm mẫu uốn ... 52

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

DANH MỤC SƠ ĐỜ, HÌNH VẼ

Hình 1.1: Ứng dụng nhựa PBT vào bình ắc quy ... 1

Hình 2.1: Sản lượng nhựa sản xuất tiêu thụ trên thế giới qua các năm ... 4

Hình 2.2: Sợi thuỷ tinh ... 6

Hình 2.3: Cấu trúc phân tử của PBT và hình dạng thực tế hạt nhựa ... 8

Hình 2.4: Vật liệu tổng hợp PBT/30GF ... 10

Hình 3.1: Máy ép phun nhựa TOSHIBA-100Tấn ... 16

Hình 3.2: Bảng điều khiển của máy ... 16

Hình 3.3: Trục vít ... 17

Hình 3.4: Ngun lý hoạt động của máy đo độ bền kéo ... 18

Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động của máy đo độ dai va đập ... 18

Hình 4.6: Gá khn lên máy ép ... 22

Hình 4.7: Điều chỉnh thơng số ép, mẫu sau khi ép ... 22

Hình 4.8: Kích thước mẫu thử đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 ... 23

Hình 4.9: Máy thử kéo nén vạn năng Shimadzu AG-Xplus Series ... 24

Hình 4.10: Các mẫu kéo trước khi đo độ bền kéo ... 24

Hình 4.11: Mẫu được kẹp trên máy đo độ bền kéo ... 24

Hình 4.12: Các mẫu kéo sau khi đo độ bền kéo ... 25

Hình 4.13: Kích thước mẫu thử đo độ dai va đập (có rãnh V) theo tiêu chuẩn ASTM D25625 Hình 4.14: Hình ảnh thực tế của mẫu trước khi đo độ dai va đập ... 25

Hình 4.15: Máy đo độ dai va đập Tinius Olsen IT504 ... 25

Hình 4.16: Gá mẫu lên máy đo độ dai va đập... 26

Hình 4.17: Quá trình sau kiểm nghiệm độ dai va đập ... 27

Hình 4.18: Mẫu trước và sau khi đo độ dai va đập ... 27

Hình 4.19: Bề mặt của mẫu đo va đập sau quá trình đo ... 27

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Hình 4.20: Kính hiển vi điện tử HITACHI TM4000Plus ... 28 Hình 4.21: Quy trình đo chỉ số lưu lượng MFI ... 29 Hình 4.22: Máy đo nhiệt lượng quét vi sai DSC 214 Polyma ... 29 Hình 5.1: Các mẫu sau quá trình ép phun (a) mẫu kéo, (b) mẫu uốn ... 31 Hình 5.2: Hình ảnh các mẫu sau q trình đo cơ tính các tỷ lệ (a) mẫu kéo, (b) mẫu uốn ... 31 Hình 5.3: Biểu đồ MFI của mẫu thử ... 33 Hình 5.4: Biểu đồ ứng suất biến dạng kéo của mẫu PBT nguyên chất ... 35 Hình 5.5: Biểu đồ ứng suất biến dạng kéo của mẫu PBT/5GF ... 36 Hình 5.6: Biểu đồ ứng suất biến dạng kéo của mẫu PBT/10GF ... 37 Hình 5.7: Biểu đồ ứng suất biến dạng kéo của mẫu PBT/15GF ... 38 Hình 5.8: Biểu đồ ứng suất biến dạng kéo của mẫu PBT/20GF ... 39 Hình 5.9: Biểu đồ ứng suất biến dạng kéo của mẫu PBT/25GF ... 40 Hình 5.10: Biểu đồ trung bình độ bền kéo của các tỉ lệ ... 41 Bảng 5.11: Biểu đồ trung bình mơ đun kéo của các tỉ lệ ... 42 Hình 5.12: Biểu đồ độ bền va đập trung bình của các mẫu PBT/GF ... 43 Hình 5.13: Ảnh chụp tổ chức tế vi của các mẫu (a) 5GF, (b) 10GF, (c) 15GF, (d) 20GF, (e) 25GF (độ phóng đại 30x) ... 44 Hình 5.14: Ảnh chụp tổ chức tế vi của các mẫu (a) 5GF, (b) 10GF, (c) 15GF, (d) 20GF, (e) 25GF (độ phóng đại 100x) ... 45 Hình 5.15: Ảnh chụp tổ chức tế vi của các mẫu (a) 5GF, (b) 10GF, (c) 15GF, (d) 20GF, (e) 25GF (độ phóng đại 300x) ... 46 Hình 5.16: Biểu đồ DSC của mẫu thử ... 48 Hình 6.1: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền kéo lập bằng phần mềm Excel .. 51 Hình 6.2: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập lập bằng phần mềm Excel53

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MFI Melt Flow Index

HDT Heat deflection temperature

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1. Lý do chọn đề tài

Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường là một trong những vấn đề gây nhức nhối không chỉ ở Việt Nam mà cả trên toàn thế giới. Nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm môi trường chủ yếu do rác thải từ hoạt động sinh hoạt của con người, chất thải công nghiệp, hoạt động nơng nghiệp… Đặc biệt đối với q trình sản xuất các hoạt động xả thải phế liệu, đốt phế liệu là một trong những hoạt động gây ảnh hưởng lớn đến mơi trường. Chính vì thế mà nhiều cơng ty hiện nay đang phát triển các phương pháp tái chế lại các phế liệu trong quá trình sản xuất. Nhận thấy rủi ro trong các phong tác phòng chống cháy nổ, chúng tơi đề cử PBT có các đặc tính cơ học toàn diện như độ bền và độ cứng cao, hấp thụ độ ẩm thấp, kháng nước và hóa chất, ổn định nhiệt cao, độ cứng, mài mòn, thời gian đúc ngắn và bề mặt tốtlà một loại polymer kỹ thuật thiết yếu trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Nhằm tìm vật liệu phù hợp để làm vỏ bình ắc quy chịu va đập tốt và chống cháy tốt hơn nhựa ABS – loại nhựa được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị linh kiện điện tử.

Hình 1.1: Ứng dụng nhựa PBT vào bình ắc quy

Nhựa ABS tên đầy đủ là Acrylonitrin butadien styren, là một loại nhựa nhiệt dẻo – chảy mềm thành chất lỏng dưới tác dụng của nhiệt độ cao và đóng rắn khi nguội; Thuộc dòng nhựa kỹ thuật do thường được ứng dụng nhiều trong sản xuất linh kiện kỹ thuật. Hạt nhựa ABS nguyên sinh có màu trắng tự nhiên hoặc hơi đục. Nhựa ABS có độ bền cào, khả năng chống va đập, nhiệt và hóa chất. Độ bền của nó làm cho nó trở thành sự lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm đòi hỏi sức mạnh và hiệu suất lâu dài như vỏ bình ắc quy, các thiết bị điện tử,... Bên cạnh đó ABS vẫn có một số nhược điểm như:

− Khi gặp nhiệt độ cao dễ bị mềm, biến dạng, nóng chảy, khi cháy có mùi khét.

− Hịa tan trong este, xeton (như axeton), cloroform và ethylene dichloride; Chống chịu kém với dung môi clo, rượu và aldehyd.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

− Có thể hư hỏng do chịu tác động của ánh nắng.

PBT là một loại nhựa nhiệt dẻo hiệu suất cao thuộc họ polyester terephthalate. Tuy nhiên, PBT là loại nhựa kỹ thuật có các đặc tính cơ học tồn diện như độ cứng cao, độ bền kéo cao, ổn định nhiệt cao, cách điện tốt và khả năng chống nước. Chính vì những ưu điểm trên nên việc ứng dụng PBT trong ngành điện, điện tử, linh kiện ô tô khá phổ biến. Tuy nhiên, với những ưu điểm trên, PBT có một số nhược điểm như nhiệt độ biến dạng nhiệt thấp của PBT do nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh thấp, độ hấp thụ dung môi thấp và độ bền va đập thấp. Vì vậy, việc ứng dụng PBT bị hạn chế bởi điều kiện làm việc có tác động hoặc một số điều kiện khác như mơi trường có nhiệt độ cao. Có nhiều kỹ thuật để cải thiện tính chất cơ học của polyme, trong đó phổ biến nhất là phương pháp trộn. GF được thêm vào PBT để ngăn nhỏ giọt và giúp duy trì tính tồn vẹn của quá trình đốt cháy. Ép phun là một kỹ thuật xử lý khá phổ biến đối với PBT được gia cố bằng sợi thủy tinh. Nó làm cho sản phẩm có kích thước ổn định và chính xác, chu kỳ ép phun ngắn và chi phí thấp, PBT được gia cố bằng sợi được sử dụng trong các bộ phận cách điện khác nhau cho kỹ thuật điện, điện tử và sản xuất linh kiện ơ tơ. Vì vậy, nghiên cứu về xử lý PBT được gia cố bằng sợi trở nên cần thiết. Ngoài ra, sợi thủy tinh còn ảnh hưởng đến khả năng đánh lửa của PBT. Vì vậy, nhiều nhà nghiên cứu tập trung chế tạo và cải tiến PBT gia cố sợi thủy tinh chống cháy.

Sợi thủy tinh được hình thành từ sự nóng chảy và được sản xuất với nhiều thành phần khác nhau bằng cách thay đổi số lượng nguyên liệu thô, chẳng hạn như cát để tạo ra silicon, đất sét để sản xuất alumina, canxit để sản xuất oxit canxi và colemanite để sản xuất oxit boron. Hơn nữa, sợi vụn, sợi thô kéo trực tiếp, sợi thô lắp ráp và thảm là những sản phẩm quan trọng nhất được sử dụng trong ép phun, cuộn dây tóc, ép đùn, đúc tấm và xếp chồng thủ công để tạo thành vật liệu tổng hợp gia cố bằng sợi thủy tinh.

Các nghiên cứu về cơ chế hư hỏng cho thấy PBT là một loại polymer nhạy cảm với tốc độ biến dạng. Kết quả thử nghiệm cơ học của PBT được gia cố bằng GF cho thấy hỗn hợp có độ bền va đập được cải thiện. Nhận thấy tiềm năng từ việc trộn PBT với GF, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ sợi thủy tinh đối với tác động cơ học của hỗn hợp PBT/GF” bằng cách trộn PBT/30GF, loại vật liệu hiện có trên thị trường cho nhiều ứng dụng hơn trong cuộc sống hàng ngày, chẳng hạn như vỏ bình ắc quy. 1.2. Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay ô nhiễm môi trường đang ngày càng được quan tâm nhiều hơn vì tính nghiêm trọng của nó vì ảnh hưởng gây ra ngày càng lớn đến đời sống của con người. Chính vì thế đề tài của chúng tơi là cần thiết để góp phần cải thiện mơi trường. Cịn đối với doanh nghiệp, việc tái chế được phế thải (cụ thể là nhựa PBT) giúp tiết kiệm chi phí xử lý rác thải, vì PBT ngun chất ít được ứng dụng. Hỗn hợp polymer PBT/GF là một vật liệu hiệu suất cao làm

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

đa dạng khả năng ứng dụng của PBT trong việc phát triển sản phẩm mới bền hơn, chịu va đập, chống cháy tốt và hạ giá thành sản phẩm.

1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ sợi thủy tinh đối với tác động cơ học của hỗn hợp PBT/GF” nghiên cứu tập trung về cơ tính và cấu trúc vi mơ của các mẫu thử hỗn hợp PBT/GF. − Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu này là nguồn tư liệu tham khảo, tiền đề cho các nghiên cứu về sau không chỉ đối với trong nước mà còn đối với quốc tế. Việc nghiên cứu về sự ảnh hưởng của GF đến hỗn hợp PBT/GF cũng mở ra nhiều hướng mới nghiên cứu về chất thứ ba khi thêm vào để gia cố làm tăng thêm cơ tính cho hỗn hợp.

− Ý nghĩa thực tiễn: Giải quyết vấn đề xử lý phế phẩm cơng nghiệp sau q trình sản xuất, sử dụng sinh hoạt, từ đó giảm thiểu ơ nhiễm môi trường, giúp cải thiện môi trường sống và cắt giảm chi phí cho doanh nghiệp. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu giúp sinh viên tăng khả năng giải quyết vấn đề, khả năng tìm kiếm tài liệu, kĩ năng viết bài báo nghiên cứu khoa học…

1.4. Mục tiêu của đề tài

Việc nghiên cứu về sự ảnh hưởng của tỷ lệ sợi thuỷ tinh đến cơ tính của hỗn hợp PBT/GF nhằm mục đích:

− Tạo ra loại composite mới có đặc điểm cơ tính nổi bật, cụ thể là độ dai va đập được cải thiện so với polimer PBT nguyên chất.

− Tìm ra tỷ lệ mang nhiều đặc tính tối ưu nhất để ứng dụng vào các sản phẩm thực tế trong đời sống, chẳng hạn vỏ bình ắc quy.

− Nghiên cứu về sự tương hợp của hỗn hợp PBT/GF.

1.5. Nhiệm vụ của nghiên cứu

Những nhiệm vụ của đề tài nghiên cứu:

− Trộn PBT vào PBT/30GF theo những tỷ lệ đã quy định và ép phun mẫu thử − Đo độ bền kéo, độ dai va đập, độ bền uốn, chụp tổ chức tế vi của hỗn hợp. − Phân tích, đưa ra lý giải về lý do dẫn đến sự thay đổi trong kết quả đo được. − Quy hoạch thực nghiệm tìm ra phương trình thực nghiệm thể hiện sự ảnh hưởng

của GF trong hỗn hợp PBT/GF với các tiêu chí về cơ tính.

1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

− Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu về độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/GF

− Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các mẫu sau quá trình ép khi nhiệt độ khn cố định, khảo sát cơ tính trên máy đo của các mẫu từ tỷ lệ 0%GF đến 25%GF.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

1.7. Phương pháp nghiên cứu

Một số phương pháp được sử dụng:

− Phương pháp phân tích, tổng hợp lý thuyết. − Phương pháp phân loại, hệ thống hóa lý thuyết. − Phương pháp quan sát khoa học.

− Phương pháp thực nghiệm khoa học.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về ngành công nghiệp nhựa

Chất dẻo, hay còn gọi là chất dẻo hoặc polymer, được dùng làm nguyên liệu chế tạo nhiều loại đồ dùng đóng góp quan trọng vào phục vụ cuộc sống con người cũng như phục vụ cho sự phát triển của nhiều ngành nghề và lĩnh vực kinh tế khác nhau: điện, điện tử, cơ khí, giao thơng vận tải, thuỷ lợi, nông nghiệp… Cùng với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, chất dẻo dần được được sử dụng rộng rãi và trở thành vật liệu thay thế cho những vật liệu truyền thống tưởng chừng như không thể nào thay thế được là gỗ, kim loại, silicat… Nhựa xuất hiện ngày càng nhiều trong xung quanh cuộc sống chúng ta. Hãy nhìn những vật dụng trong khơng gian bạn sinh sống sẽ thấy rất nhiều đồ dùng làm bằng nhựa. Nhựa được dùng nhiều trong cuộc sống hàng ngày bởi tính chất của nhựa tương đối gọn nhẹ nên dễ dàng sử dụng để chế tạo ra các sản phẩm. Do đó, ngành cơng nghiệp Nhựa càng ngày càng có vai trị to lớn đối với đời sống cũng như kinh tế của các nước.

Thuật ngữ "nhựa" có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp "Plastikos", có nghĩa là quá trình đúc. Vật liệu bao gồm các phân tử hydro và cacbon, được gọi là hydrocacbon, đóng vai trò là khối sắp xếp cơ bản cho các phân tử polyme dài. Những khối này, thường được gọi là monome, liên kết với nhau để tạo nên chuỗi carbon dài hay được gọi là polyme.

Nhựa được định nghĩa là một chất kết hợp thành phần của một chất hữu cơ có khối lượng phân tử đáng kể. Nó có thể được phân loại theo các polyme chứa các chuỗi nguyên tử carbon dài. Các nguyên tử carbon có thể được liên kết với nhau và tạo ra các phân tử tương tự như chuỗi mở rộng trong cấu trúc phân tử.

Việc phát hiện ra nhựa là do nhà hoá học nổi tiếng người Đức Christian

Schonbein tiến hành vào năm 1846. Điều kỳ lạ là nhựa đã được phát hiện một cách tình cờ. Khi Christian đang thực hiện các thí nghiệm trong nhà bếp của mình thì vơ tình làm đổ dung dịch gồm axit nitric và axit sunfuric. Để lau sạch sự cố rò rỉ, ông dùng một miếng vải

và trải nó lên nhà bếp sau khi làm sạch vết tràn. Theo thời gian, ông nhận ra rằng tấm vải đã biến mất hoàn tồn, có lẽ từ sự cố này mà nhựa đã được tái chế.

Hình 2.1: Sản lượng nhựa sản xuất tiêu thụ trên thế giới qua các năm

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Nhựa từ đâu ra? Trước đây, nhựa thường được làm từ dầu mỏ, hay là tách từ dầu mỏ. Sau này, nhằm phục vụ nhu cầu tiêu dùng mà con người đã nhân tạo thêm nhiều loại nhựa khác nhau.

Nhựa làm từ các nguyên liệu thiên nhiên bao gồm: dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên, muối ăn, Cellulose và dầu thô. Nhựa đã và đang trở thành một loại nguyên vật liệu hiện đại trong các lĩnh vực. Chúng được ứng dụng phổ biến nhằm thay thế các loại vật liệu từ thiên nhiên như: vải, gỗ, nhựa, kim loại, thuỷ tinh. .. Bởi ưu điểm về tính chất của nhựa là có độ bền cao, khó trầy xước và có đa dạng màu sắc.

2.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Việc phát triển không ngừng của ngành vật liệu khiến ngày càng nhiều vật liệu mới được tạo ra. Vì thế việc pha trộn các vật liệu nhằm tạo ra một hỗn hợp có các tỷ lệ nhất định, tạo ra một vật liệu tốt hơn cũng được quan tâm đến.

Nghiên cứu của Bo Liu về động học kết tinh không đẳng nhiệt của vật liệu tổng hợp poly(butylene terephthalate) / sợi thủy tinh đã được thực hiện bằng phương pháp đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC) ở tốc độ làm mát là 2,5, 5, tương ứng là 10 và 20 ° C/phút. Hình thái của các mẫu được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét và kính hiển vi quang học phân cực. Các mẫu thử được chuẩn bị bằng cách trộn nóng chảy. Các phân tích dữ liệu kết tinh tan chảy bằng các mơ hình động học vĩ mơ khác nhau, mơ hình Liu–Mo và phương trình Lauritzen–Hoffman cho thấy GF đã tăng tốc độ kết tinh của PBT [1].

PBT được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện do khả năng chịu nhiệt cao và đặc tính cách điện tuyệt vời [2]. Việc bổ sung GF vào PBT làm tăng độ nhớt nóng chảy và ngăn ngừa sự nhỏ giọt [3–5].

Ở nghiên cứu của Xianghong Wu và cộng sự cho thấy cường độ uốn của PBT composite tăng lên khi hàm lượng sợi thủy tinh tăng lên. Ví dụ, độ bền uốn của PBT (sợi thủy tinh 20wt%) là 155MPa, tăng 16,6%, so với PBT nguyên chất ở mức133Mpa. Cường độ va đập tăng khi hàm lượng sợi thủy tinh tăng, ngụ ý rằng chiều dài sợi thủy tinh ít ảnh hưởng về cường độ tác động. Điều này là hợp lý vì cường độ va đập phản ánh khả năng chống chịu sự phát triển vết nứt, rõ ràng là không bị ảnh hưởng bởi chiều dài sợi thủy tinh [6].

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Hình 2.2: Sợi thuỷ tinh

❖ Thông số kĩ thuật sợi thuỷ tinh

Hình 2.2: Thơng số kĩ thuật các loại sợi thuỷ tinh

❖ Tính chất cơ học của nhựa gia cố sợi thuỷ tinh:

Nhựa gia cố GF có sự pha trộn đặc biệt giữa các tính chất cơ học làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng. Dưới đây là một vài tính chất cơ học nổi bật của nhựa gia cố sợi thuỷ tinh:

− Tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao: GF có tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao, có nghĩa là nó vừa khoẻ vừa nhẹ. Đặc tính này làm cho nó trở nên hồn hảo cho các ứng dụng nơi trọng lượng là một yếu tố quan trọng, chẳng hạn như trong ngành hàng không vũ trụ và tàu biển.

− Độ cứng cao: GF là vật liệu siêu cứng, do đó nó khơng bị biến dạng khi chịu tải. Đặc tính này làm cho nó trở nên phù hợp đối với các ứng dụng yêu cầu độ cứng, chẳng hạn như các bộ phận kim khí.

− Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời: GF có khả năng chống ăn mịn cao, hồn hảo cho các ứng dụng có vật liệu tiếp xúc với điều kiện ăn mòn, chẳng hạn như xử lý nước thải và môi trường biển.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

− Chịu va đập tốt: GF có khả năng chống va đập tốt và có thể hấp thụ năng lượng va đập mà khơng gây nứt, nứt. Đặc tính này khiến nó trở nên hồn hảo cho các ứng dụng địi hỏi khả năng chống va đập, chẳng hạn như dụng cụ thể thao và thiết bị điện tử…

− Độ dẫn nhiệt thấp: GF có độ dẫn nhiệt thấp, nghĩa là nó dẫn nhiệt khơng tốt. Đặc tính này làm cho nó trở nên hồn hảo cho các ứng dụng đòi hỏi cách nhiệt, chẳng hạn như xây dựng và xây dựng.

❖ Ưu điểm của nhựa gia cường sợi thủy tinh

GF phổ biến trong nhiều ngành cơng nghiệp khác nhau do có nhiều ưu điểm so với các vật liệu truyền thống như thép, nhôm và gỗ. Dưới đây là một số lợi ích chính của GF:

− GF là vật liệu được biết đến với đặc tính nhẹ, khiến nó trở thành lựa chọn hồn hảo cho những tình huống mà trọng lượng là yếu tố quan trọng. Trên thực tế, nó có thể nhẹ hơn thép tới 75% và nhẹ hơn nhôm tới 30%.

− GF, mặc dù có trọng lượng nhẹ nhưng sở hữu tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao, cho phép nó chịu được tải trọng đáng kể mà khơng ảnh hưởng đến độ nhẹ của nó..

− Nhờ khả năng chống ăn mòn đặc biệt, GF chứng tỏ là vật liệu bền bỉ và đàn hồi, có thể chịu được cả những điều kiện khắc nghiệt nhất, bao gồm tiếp xúc với nước muối, hóa chất và bức xạ UV.

− Thiết kế linh hoạt: GF có thể được đúc thành các hình dạng phức tạp và tùy chỉnh để đáp ứng các yêu cầu thiết kế cụ thể. Điều này làm cho nó trở thành một vật liệu linh hoạt có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau.

− Bảo trì thấp: GF u cầu ít bảo trì và dễ dàng làm sạch. Nó sẽ khơng bị rỉ sét, mục nát hoặc bị ăn mịn và có khả năng chống phai màu, phấn hóa và nứt.

− Chống cháy: GF là vật liệu chống cháy có thể chịu được nhiệt độ cao mà khơng bị nóng chảy hay thải ra khói độc. Điều này làm cho nó trở thành vật liệu an tồn có thể được sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến hỏa hoạn.

− Tiết kiệm chi phí: Mặc dù chi phí sản xuất của GF có thể cao hơn vật liệu thơng thường, nhưng yêu cầu bảo trì thấp và tuổi thọ cao khiến nó trở thành vật liệu tiết kiệm chi phí về mơi trường.

− Đa năng: GF có thể được tạo thành các hình dạng phức tạp, giúp tạo ra các hình dạng và cấu trúc phức tạp. Nó cũng có thể được tuỳ chỉnh để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật phức tạp.

❖ Nhược điểm của nhựa gia cường sợi thủy tinh

Mặc dù GF có nhiều ưu điểm tuy nhiên cũng có một vài nhược điểm đáng lưu ý khi sử dụng vật liệu này cho dự án. Một số nhược điểm chủ yếu của GF bao gồm:

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

− Độ giịn: GF rất giịn và có thể bị nứt, vỡ khi bị tác động đột ngột. Đây có thể là một vấn đề đáng quan ngại đối với các ứng dụng đòi hỏi vật liệu phải chịu đựng tác động hoặc ứng suất cao.

− Suy thoái do oxy hố: Mặc dù GF hồn tồn có khả năng chống lại tia UV, nhưng việc tiếp xúc lâu với ánh sáng mặt trời có thể làm vật liệu oxy hố, dẫn đến hư hỏng và suy giảm đặc tính cơ học.

− Khó sửa chữa: GF rất khó sửa chữa, đặc biệt nếu hư hỏng ở vị trí cao hoặc nếu hư hỏng trên diện tích rộng. Việc sửa chữa có thể yêu cầu máy móc và trang thiết bị đặc biệt, rất đắt.

2.4. Tổng quan về nhựa PBT

Nhựa PBT là một vật liệu nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật bán kết tinh. Nó có đặc tính và thành phần giống với polyethylene terephthalate (PET). Nó là một thành viên của họ polyester polymer.

Bảng 2.1 Công thức hóa học nhựa PBT

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

PBT đã đạt được sự chú ý về mặt thương mại trong một loạt các lĩnh vực khác nhau, bao gồm ô tô, điện và điện tử, y học và nhiều hơn nữa.

Dịng sản phẩm PBT bao gồm nhiều kích cỡ khác nhau, đặc biệt thích hợp để ép nhựa. so với nhựa không gia cố, PBT gia cố sợi thuỷ tinh có khả năng gia tăng gấp hai hoặc ba lần độ bền kéo, uốn cong và nén. Các lớp PBT chưa được lấp đầy có một lượng lớn các chất lỏng nhớt tan chảy. Điều này giúp đơn giản hoá quy trình xử lý trong cơng nghệ ép phun và đùn (từ thổi tan chảy sợi PBT đến đúc que và tấm, ống lót sợi quang hoặc bọc sợi dây cáp phanh).

Các phiên bản PBT chống cháy và PBT bơi trơn có ở hai loại: khơng gia cường và có gia cường sợi thuỷ tinh. So với loại không gia cường, lớp gia cường thuỷ tinh có thể tăng gấp 2 hoặc 3 lần độ bền kéo, uốn cong và nén.

Nhược điểm:

− Độ co ngót cao.

− Khả năng chịu thuỷ phân thấp (nhạy cảm với nước ấm). − Có thể bị biến dạng hoặc co ngót khơng đồng nhất. − PBT không được gia cường chống va đập có khía kém.

− Nhiệt độ nóng chảy thấp (60 °C) so với các vật liệu tổng hợp khác.

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

2.5. Tổng quan về hỗn hợp PBT/30GF

PBT/GF30 là vật liệu composite chứa PBT và GF gia cường. PBT là một loại nhựa polyester nhiệt dẻo được biết đến với các tính chất cơ học và cách điện tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn và cố định kích thước. GF được thêm vào thành phần PBT như vật liệu gia cường giúp cải thiện độ bền, độ cứng và khả năng chịu nhiệt.

"GF 30" trong PBT/GF30 được định nghĩa là composite có 30% trọng lượng của sợi thuỷ tinh. Tỷ lệ phần trăm của sợi thuỷ tinh có thể thay đổi tuỳ thuộc vào các đặc tính cơ học và yêu cầu ứng dụng. Hàm lượng sợi thuỷ tinh cao hơn thường dẫn đến các đặc tính cơ học được cải thiện nhưng cũng có thể tác động đến các đặc tính khác như khả

năng đúc khn và hồn thiện bề mặt.

Vật liệu tổng hợp PBT/GF30 cũng được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau, bao gồm ô tơ, điện và điện tử, ứng dụng địi hỏi sự cân bằng về độ bền hoá học, độ ổn định cấu trúc và khả năng chịu ăn mịn và hố chất. Các ứng dụng điển hình bao gồm đầu nối điện, vỏ cho các bộ phận điện, bộ phận ô tô và bộ phận trong các thiết bị và máy móc khác nhau.

Hình 2.4: Vật liệu tổng hợp PBT/30GF

❖ Tính chất cơ học của PBT/30GF

PBT/30GF là vật liệu composite được cấu tạo bởi Polybutylene Terephthalate và 30% sợi thuỷ tinh gia cường. Việc thêm sợi thuỷ tinh vào PBT giúp cải thiện các tính chất cơ học, giúp vật liệu dai hơn và nhẹ hơn so với PBT nguyên chất. Dưới đây là một vài tính chất cơ học phổ biến của PBT/30GF:

− Độ bền kéo

Độ bền kéo là thước đo khả năng chịu đựng sự kéo căng của vật liệu mà không bị đứt gãy. PBT/GF30 thể hiện độ bền kéo cao thông qua tác động gia cường của các sợi thuỷ tinh. Việc thêm các sợi thuỷ tinh giúp tăng thêm độ bền và độ cứng tổng thể của PBT, khiến nó phù hợp với các ứng dụng yêu cầu sự bền vững về kết cấu và khả năng chịu tải.

− Độ bền uốn

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Độ bền uốn xác định khả năng chịu lực của vật liệu khi chịu lực uốn. PBT/30GF sở hữu độ bền uốn vượt trội nhờ lớp sợi thuỷ tinh gia cường. Đặc tính này cực kỳ quan

trọng đối với các ứng dụng đòi hỏi vật liệu phải chịu lực uốn lớn mà không gây biến dạng hoặc hư hỏng.

− Modulus đàn hồi

Modulus đàn hồi, thường được gọi là modulus Young, biểu thị độ cứng hoặc độ cứng của vật liệu. PBT/30GF có modulus đàn hồi cao vì có cấu trúc từ các sợi thuỷ tinh. Modulus cao giúp tăng cường độ ổn định cấu trúc và giúp PBT/30GF duy trì hình dạng dưới áp lực cơ học, giúp nó phù hợp với các ứng dụng địi hỏi độ bền và cấu trúc cao.

− Độ bền va đập

Độ bền va đập đo khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu khi bị ảnh

hưởng bởi ngoại lực bất ngờ. PBT/30GF thể hiện khả năng chống va đập cao, một phần là nhờ vào đặc tính gia cường bằng sợi thuỷ tinh. Đặc tính này giúp PBT/30GF thích hợp với các ứng dụng địi hỏi khả năng chống va đập cao như sản xuất phụ tùng ô tô và vỏ bọc điện tử.

− Nhiệt độ biến dạng do nhiệt

Nhiệt độ biến dạng do nhiệt (HDT) là nhiệt độ mà tại đó vật liệu bị biến dạng dưới một tải trọng nhất định. PBT/30GF thể hiện nhiệt độ biến dạng do nhiệt cao, cho phép nó giữ lại các tính chất vật lý dưới nhiệt độ cao. Thuộc tính này đặc biệt cần thiết đối với các ứng dụng liên quan đến việc tiếp xúc với nhiệt, bao gồm các bộ phận ô tô dưới mui xe và đầu nối nhiệt.

− Kháng hóa chất

PBT/30GF thể hiện khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều loại hoá chất, như dầu mỡ, nhiên liệu và dung mơi. Đặc tính này giúp nó thích hợp với các ứng dụng tiếp xúc với nhiều loại hoá chất khác nhau, bao gồm các ứng dụng ô tô và công nghiệp. Tuy nhiên, điều cần thiết là phải kiểm tra khả năng tương thích hố chất và thực hiện thử nghiệm kỹ lưỡng khi ứng dụng PBT/30GF trong điều kiện chịu tác động hoá chất mạnh.

− Cách điện

Ngồi các đặc tính vật lý trên, PBT/30GF cũng sở hữu các đặc tính cách điện tuyệt vời. Các sợi thuỷ tinh góp phần tạo nên độ bền điện môi cao và độ dẫn điện thấp của vật liệu, khiến nó thích hợp cho các thiết bị điện và điện tử. PBT/30GF cũng được ứng

dụng trong các đầu nối điện, vật liệu cách điện và vỏ bọc, những vật liệu đòi hỏi cách điện cao.

❖ Lợi ích vượt trội của PBT/30GF

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

Một trong những tính năng đáng chú ý của PBT/30GF là khả năng ổn định kích thước vượt trội của nó. Cấu tạo có sợi thuỷ tinh làm giảm thiểu tối đa sự giãn nở hoặc co ngót của vật liệu trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Thuộc tính này đảm bảo rằng PBT/30GF duy trì ổn định hình dạng và kích thước, cho phép nó phù hợp với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và kích thước chính xác.

PBT/30GF được biểu hiện bởi khả năng chịu lún cực kỳ tốt, có nghĩa là hình dạng và kích thước của nó được duy trì và ổn định ngay cả khi áp lực cơ học đang tác động trong thời gian dài hoặc tải trọng lớn liên tục. Đặc tính này giúp cho nó rất phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến việc sử dụng lâu dài hoặc tải trọng liên tục, từ đó đảm bảo tính tồn vẹn và tuổi thọ của vật liệu.

Mặc dù có các đặc tính cơ học tuyệt vời, PBT/30GF cũng có trọng lượng nhẹ.

Việc thêm sợi thuỷ tinh giúp tăng độ bền mà không làm tăng thêm trọng lượng của vật liệu. Đặc tính nhẹ này giúp vật liệu có ưu thế trong các ngành cơng nghiệp địi hỏi ít trọng

lượng, bao gồm xe hơi, hàng không vũ trụ và điện tử gia dụng.

PBT/30GF cung cấp khả năng linh hoạt trong sản xuất, tạo thành hình dạng và các bộ phận phức tạp. Khả năng tạo hình tốt của vật liệu cho phép chúng được chế tạo các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao, được thiết kế đặc biệt để đáp ứng các yêu cầu cụ thể.

PBT/30GF có bề mặt hồn thiện rất đẹp, mang lại tính thẩm mỹ cao. Vật liệu này có thể dễ dàng tạo khuôn để tạo nên các bề mặt phẳng, giảm thiểu chi phí xử lý sau các cơng đoạn hồn thiện bổ sung. Tính năng này rất có lợi trong các ứng dụng mang tính thẩm mỹ cao như thiết bị gia dụng và linh kiện nội thất xe hơi.

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1. Vật liệu trộn hợp polymer

Trộn hợp polymer được coi là một hỗn hợp từ hai đến nhiều polymer, copolymer và giữa các polymer, copolymer đó khơng có các liên kết đồng hóa trị [7]. Nghiên cứu của Rao cho thấy trộn hợp polymer là một hỗn hợp của hai hay nhiều polymer, trong đó hàm lượng của polymer thứ 2 khơng nhỏ hơn 2 % [8].

Nhằm mục đích cải thiện những yếu điểm của nhựa PBT cũng như nhiều loại polymer khác thì phương pháp được sử dụng nhiều nhất và cũng được chứng minh đó là trộn từ hai loại polymer với nhau, mục đích tạo ra một hỗn hợp có nhiều ưu điểm so với các polymer ban đầu. Đã có nhiều nghiên cứu chứng minh điều này.

Nghiên cứu của Bo Liu về động học kết tinh không đẳng nhiệt của vật liệu tổng hợp PBT/ GF đã được thực hiện bằng phương pháp đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC) ở tốc độ làm mát là 2.5, 5, tương ứng là 10 và 20 °C/phút. Hình thái của các mẫu được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét và kính hiển vi quang học phân cực. Các mẫu thử được chuẩn bị bằng cách trộn nóng chảy. Các phân tích dữ liệu kết tinh tan chảy bằng các mơ hình động học vĩ mơ khác nhau, mơ hình Liu–Mo và phương trình Lauritzen–Hoffman cho thấy GF đã tăng tốc độ kết tinh của PBT [1].

3.1.1. Những yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính vật liệu trộn hợp polimer

Đây là các yếu tố tác động ảnh hưởng tới vật liệu polimer:

− Tính tương hợp (sự tạo thành pha trộn ổn định và đồng thể của hai hoặc nhiều loại polymer).

− Hình thái cấu trúc (cấu trúc thể hiện trên cấu tạo phân tử của vật liệu).

− Khả năng trộn hợp (khả năng trộn lẫn hỗn hợp các thành phần polymer trong điều kiện nhất định hình thành nên những tổ hợp dị thể hoặc đồng thể).

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

− Một số hợp chất polymer, các cấu tạo phân tử có thể tự trộn hòa vào nhau đến mức độ phân tử và cấu trúc ấy tồn tại ở trạng thái cân bằng, những hệ này gọi là những hệ tương hợp về mặt nhiệt động học.

3.1.2. Phân loại vật liệu trộn hợp polymer

Hợp chất Polymer được phân làm 3 loại phụ thuộc sự tương hợp giữa các polymer thành phần [15-20]:

− Hợp chất Polymer trộn lẫn và tương hợp hoàn toàn: mang entanpy nhỏ hơn khơng vì sự đồng nhất và các tương tác đặc biệt được thấy ở mức độ phân tử.

− Hợp chất Polymer trộn lẫn và tương hợp một phần: một phần của polymer này được hồ tan trong polymer cịn lại, ranh giới và sự phân chia của các pha không rõ ràng. − Hợp chất Polymer không tương hợp và không trộn lẫn: hình thái của pha thơ, khơng

được mịn, ranh giới phân chia của pha rõ ràng, độ bám dính bề mặt giữa hai pha rất tệ.

3.1.3. Xác định sự tương hợp hoặc không tương hợp của vật liệu trộn hợp polymer

Để xác định khả năng tương hợp của hỗn hợp polymer người ta căn cứ vào nhiều thông tin tổng hợp từ các phương diện khác nhau chẳng hạn như cấu trúc hình thái học, quan sát bề mặt, năng lượng tự do giữa các polymer thành phần, tính chất nhiệt, tính chất cơ lý, tính chất điện, tính chất quang,... Dưới đây là các phương pháp sử dụng phổ biến để xác định [21]:

❖ Phương pháp dựa trên nhiệt độ thủy tinh hóa

Nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) của các polymer là nhiệt độ khi polymer được chuyển từ trạng thái giòn, cứng sang mềm, dễ uốn nắn và ngược lại. Chỉ ra sự linh động của các phân tử polymer. Cách xác định Tg của polymer, người ta dựa vào việc xác định thể tích riêng, nhiệt lượng quét vi sai (DSC), phân tích cơ nhiệt động (DMTA), modun đàn hồi,…

❖ Phương pháp dựa trên độ nhớt

Đo độ nhớt của các polymer là phương pháp quan trọng, để có thể biết được sự tương hợp của các polymer thành phần. Khả năng tương tác đẩy trong một dung môi giữa các polymer hịa trộn chung có khả năng gây ra sự co rút các bó của những đại phân tử polymer và vì thế khiến độ nhớt của hỗn hợp polymer giảm so với độ nhớt của các polymer thành phần. Trường hợp trên, các polymer khả năng tương hợp là khơng có. Ngược lại, khi mà đại phân tử có tương tác vật lý hay hóa học, độ nhớt của dung dịch cũng như kích thước phân tử polymer tăng lên. Trường hợp này, các polymer tương hợp một phần.

❖ Phương pháp giản đồ pha

Để tìm hiểu các polymer có tương hợp tốt hay không tương hợp người ta xây dựng giản đồ pha của các polymer theo tỷ lệ polymer thành phần.

❖ Phương pháp dựa trên tổ chức tế vi quan sát được

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Dựa theo ảnh tổ chức tế vi được chụp của hỗn hợp Polymer, người ta có thể quan sát được sự đồng nhất hay không đồng nhất, liên tục hay không liên tục, đồng thể và dị thể của các pha polymer trong hỗn hợp polymer. Phương pháp phổ biến như quét bằng hiển vi điện tử (TEM), kính hiển vi điện tử (SEM),…

❖ Dựa vào momen xoắn ở trạng thái nóng chảy

Sự biến đổi mơmen xoắn của polymer ở trạng thái nóng chảy là phương pháp tin cậy để đánh giá khả năng tương tác của các polymer thành phần. Dự đoán khả năng tương hợp hay khơng của các polymer, có quan hệ với độ nhớt tương đối của polyme thành phần.

❖ Dựa vào nhiệt độ nóng chảy của polyme

Thể hiện khả năng tương hợp của nhiệt độ nóng chảy giữa hỗn hợp polymer thu được và các polyme thành phần.

3.1.4. Những yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu trộn hợp polymer

Vật liệu trộn hợp Polymer có các tính chất được phụ thuộc vào sự tương hợp của các polymer thành phần trong một hỗn hợp. Những nguyên nhân tác động đến việc tương hợp của hỗn hợp polymer :

− Khối lượng và sự phân bố của khối lượng phân tử − Nhiệt độ

− Cấu trúc phân tử các polymer − Tỷ lệ của các cấu tử

− Năng lượng ngoại phân tử bám dính

3.2. Cơng nghệ ép phun và máy ép phun

Công nghệ ép phun là cơng nghệ phun vật liệu được làm nóng chảy vào khn đúc để tạo hình sản phẩm. Quy trình ép phun có thể sử dụng nhiều loại vật liệu như kim loại (thường gọi là đúc áp lực), vật liệu đàn hồi, thuỷ tinh, và phổ biến nhẩt là nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo. Nhựa được nấu chảy trong máy ép phun và sau đó được bơm vào khn, nơi nó nguội đi và hóa cứng thành sản phẩm mong muốn. Các khuôn sau khi được thiết kế theo biên dạng bên ngoài của sản phẩm, sẽ được thợ làm khuôn gia công, vật liệu sử dụng chế tạo khuôn thường là các hợp kim (thép, nhôm) sau đó được gia cơng chính xác và đánh bóng để đạt được hình dạng của sản phẩm. Cơng nghệ ép phun được sử dụng rộng rãi trong sản xuất, từ đồ điện tử, da dụng và cả y tế,…

Các chi tiết sản phẩm phải được thiết kế hợp lí để quá trình phun diễn ra được thuận lợi; hình dạng, vật liệu, các đặc điểm của sản phẩm, vật liệu làm khuôn và các thông số máy phải được tính tốn cẩn thận. Điều này tạo nên tính linh hoạt của công nghệ ép phun.

Cấu tạo cơ bản của của máy ép phun gồm các bộ phận chính như: hệ thống kẹp, khuôn, hệ thống phun, hệ thống hỗ trợ ép phun, hệ thống điều khiển.

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Hình 3.1: Máy ép phun nhựa Toshiba 100 tấn Hệ thống hỗ trợ ép phun gồm có 04 hệ thống chính:

− Thân máy (Frame):

Bộ phận dùng để liên kết các hệ thống khác nhau của máy ép nhựa. − Hệ thống thủy lực (Hydraulic system):

Nơi tạo ra nguồn lực cho các hoạt động đóng, mở khn, lực kẹp, tạo lực cho chốt đẩy, tác động quay của trục vít và hoạt động trượt của lõi bề mặt.…

− Hệ thống điện (Electrical system):

Có chức năng cung cấp nguồn điện, để các moter hoạt động.

Hình 3.2: Bảng điều khiển của máy

− Hệ thống làm nguội (Cooling system)

Làm nguội khuôn bằng nước hoặc dầu… để nhựa nguội, đơng cứng thành hình dạng mong muốn, nhựa nguội và thành hình sau đó được đẩy ra khỏi khuôn. − Hệ thống phun (press system)

Tác dụng làm nóng chảy vật liệu nhựa bằng tác động của nhiệt độ cao, giữ nhựa ở nhiệt độ hóa lỏng, nén nhựa và khử khí ở q trình bơm nhựa vào khuôn.

</div>