Xem mẫu
T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (5A), Tr. 85 - 91, 2007
NGHI£N CøU CHÕ T¹O VËT LIÖU POLYPROPYLEN COMPOZIT LAI T¹O MAT TRE VíI MAT THUû TINH
§Õn Tßa so¹n 16-8-2007
PHAN THÞ MINH NGäC, TRÇN VÜNH DIÖU, NGUYÔN THUý H»NG Trung t©m Nghiªn cøu VËt liÖu Polyme, Tr2êng §¹i häc B¸ch khoa H7 Néi
SUMMARY
The preparation and mechanical properties of bamboo - glass fiber mat reinforced polyropylene hybrid composite (BGMRPC) were investigated. The results showed that properies of the composite depend on the amount of glass fiber mat and the hybrid method. Replacing 13.5% of bamboo fiber mat by glass fiber mat, the tensile, flexural and impact strengths of BGMRPC were increased by 33%, 28% and 79% respectively comparing to bamboo fiber mat reinforced polypropylene composite (BMRPC). The moisture absorption of BMRPC and BGMRPC was studied and compared.
I - Më §ÇU
Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, x¬ sîi thùc vËt ®"îc quan t©m nghiªn cøu, sö dông l,m chÊt gia c"êng cho vËt liÖu polyme compozit (PC) do chóng cã gi¸ th,nh rÎ, kh¶ n¨ng t¸i t¹o v, ph©n huû trong m«i tr"êng [1].
Tuy nhiªn, vËt liÖu PC chØ gia c"êng b»ng sîi thùc vËt cã tÝnh n¨ng c¬ lý kh«ng cao. Ngo,i ra, ®é hÊp thô Èm lín cña vËt liÖu nãi trªn còng h¹n chÕ lÜnh vùc øng dông cña chóng.
C«ng tr×nh nghiªn cøu n,y ®R tiÕn h,nh lai t¹o mat tre víi mat thuû tinh nh»m t¹o ®"îc hÖ vËt liÖu cã tÝnh chÊt c¬ häc cao h¬n víi ®é hÊp thô Èm nhá h¬n so víi vËt liÖu kh«ng lai t¹o.
II - THùC NGHIÖM
1. Nguyªn liÖu v hãa chÊt
- Nhùa PP Hopelen Y 130 cña hRng Honam Petrochemical Corporation - H,n Quèc cã chØ sè ch¶y 4 g/10 phót ë nhiÖt ®é 230oC víi tØ träng 2,16 kg.
- MAPP cña hRng Aldrich chemical Co - Mü víi h,m l"îng MA l, 0,6%, nhiÖt ®é nãng ch¶y
152oC, tû träng 0,950 g/cm3.
- Tre t"¬i ®"îc lÊy tõ tØnh Ho, B×nh
- Mat thuû tinh lo¹i 450 g/m2 cña Trung Quèc
- NaOH 96% cña Trung Quèc. 2. Ph¬ng ph¸p chÕ t¹o mÉu
a) Ph2¬ng ph¸p chÕ t¹o mat tre
C©y tre ®"îc c"a th,nh tõng ®o¹n 25 - 30 cm, sau ®ã chÎ th,nh c¸c thanh tre v, ®"îc c¸n dËp råi ®em xö lý b»ng dung dÞch kiÒm (1,5 N) ë 70oC trong vßng 10 giê. C¸c sîi tre ®"îc t¸ch ra b»ng c,o thÐp cã ®"êng kÝnh trung b×nh kho¶ng 200 µm. C¸c tÊm mat cã khèi l"îng riªng 220 - 250 g/m2 ®"îc t¹o th,nh b»ng c¸ch ®Ó l¾ng sîi tre ngÉu nhiªn trong n"íc.
b) Ph2¬ng ph¸p xö lý mat tre b»ng dung dÞch kiÒm
Mat tre ®"îc xö lý b»ng dung dÞch NaOH 0,1 N trong vßng 72 giê ë nhiÖt ®é phßng. Sau ®ã mat tre ®"îc ®Ó kho tù nhiªn råi sÊy ë 70oC trong kho¶ng 6 giê.
c) Ph2¬ng ph¸p chÕ t¹o m7ng PP - MAPP
85
Trén hîp PP víi l"îng MAPP cÇn thiÕt råi cho t¹o h¹t qua m¸y ®ïn. M,ng PP - MAPP ®"îc chÕ t¹o qua m¸y thæi m,ng LABTECH.
d) Ph2¬ng ph¸p chÕ t¹o vËt liÖu polyme compozit
VËt liÖu BMRPC v, BGMRPC ®"îc chÕ t¹o b»ng ph"¬ng ph¸p Ðp nãng trong khu«n trªn m¸y Ðp Shinto 30 tÊn (NhËt B¶n) ë nhiÖt ®é 190oC trong thêi gian 30 phót d"íi ¸p lùc 40 KG/cm3.
3. C¸c ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu
a) §é bÒn kÐo
§é bÒn kÐo ®"îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ISO 178-1993 trªn m¸y INSTRON (Mü) víi tèc ®é víi tèc ®é kÐo 5 mm/phót, nhiÖt ®é 20oC v, ®é Èm 75%.
b) §é bÒn uèn
§é bÒn uèn ®"îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ISO 178-1993 trªn m¸y INSTRON (Mü) víi tèc ®é uèn 5 mm/phót
c) §é bÒn va ®Ëp
§é bÒn va ®Ëp ®"îc x¸c ®Þnh theo tiªu chÈun ISO 179-1993 trªn m¸y Rabmana ITR -2000 (óc) víi tèc ®é 3,5 m/s.
4. Ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é hÊp thô Èm v hÖ sè khuÕch t¸n
§é hÊp thô Èm ®"îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ASTM D 5229. H,m l"îng Èm ®"îc tÝnh theo c«ng thøc:
M = MtM M0 ´100(%)
Trong ®ã: Mt l, khèi l"îng mÉu t¹i thêi ®iÓm t. g; M0 l, khèi l"îng mÉu kh« ban ®Çu, g; HÖ sè khuÕch t¸n ®"îc tÝnh theo ph"¬ng tr×nh Fick.
h 2 M2 M1 2 4Mmax t2 t1
Trong ®ã Dx l, hÖ sè khuÕch t¸n, mm/s2; Mmax l, h,m Èm tèi ®a, %; M1 l, h,m Èm t¹i thêi ®iÓm t1 M2 l, h,m Èm t¹i thêi ®iÓm t2.
III - KÕT QU¶ V" TH¶O LUËN
1. Kh¶o s¸t ¶nh hëng kiÓu lai t¹o v hm lîng mat thuû tinh ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu PC
Nh»m t¨ng c"êng tÝnh chÊt c¬ häc v, gi¶m ®é hót Èm cña vËt liÖu PC ®R tiÕn h,nh lai t¹o mat tre víi mat thuû tinh theo c¸c kiÓu sau: vá cèt 1 líp, vá cèt 2 líp v, xen kÏ víi h,m l"îng sîi gia c"êng 45% v, MAPP 6%.
TÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu BGMRPC nhËn ®"îc tr×nh b,y trªn h×nh 1, 2 v, 3.
67,71 69,29 72,33
50,95
34,30
H×nh 1: ¶nh h"ëng cña ph"¬ng ph¸p lai t¹o ®Õn ®é bÒn kÐo cña vËt liÖu PC
86
99,73
87,80
94,43
68,57
31,70
H×nh 2: ¶nh h"ëng cña ph"¬ng ph¸p lai t¹o ®Õn ®é bÒn uèn cña vËt liÖu PC
26,82
29,06 19,82
11,05
5,62
H×nh 3: ¶nh h"ëng cña ph"¬ng ph¸p lai t¹o ®Õn ®é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu PC MB - VËt liÖu BMRPC víi h,m l"îng mat tre 45%
HM-1 - VËt liÖu BGMRPC lai t¹o theo kiÓu vá-cèt víi h,m l"îng mat thuû tinh 13,5% v, mat tre 31,5% HM-2 - VËt liÖu BGMRPC lai t¹o theo kiÓu vá-cèt víi h,m l"îng mat thuû tinh 25% v, mat tre 20% HM-XK - VËt liÖu BGMRPC lai t¹o theo kiÓu xen kÏ víi h,m l"îng mat thuû tinh 25% v, mat tre 20%.
C¸c sè liÖu trªn h×nh 1, 2 v, 3 cho thÊy vËt liÖu BMRPC v, ®Æc biÖt vËt liÖu BGMRPC cã tÝnh chÊt c¬ häc cao h¬n rÊt nhiÒu so víi polypropylen.
Khi thay thÕ 13,5% mat gia c"êng b»ng mat thuû tinh theo kiÓu vá-cèt ®é bÒn kÐo, ®é bÒn uèn v, ®é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu HM-1 so víi
BM t¨ng t"¬ng øng l, 133%, 128% v, 179%.
NÕu t¨ng h,m l"îng mat thuû tinh lªn 25% tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu HM-2 t¨ng kh«ng ®¸ng kÓ so víi HM-1: ®é bÒn kÐo gÇn nh" nhau, ®é bÒn uèn v, ®é bÒn va ®Ëp t¨ng kho¶ng 110%.
Thay ®æi kiÓu lai t¹o tõ vá cèt (mÉu HM-2) sang xen kÏ (mÉu (HM-XK) ®é bÒn kÐo t¨ng tõ
87
69,29 MPa lªn 72,33 MPa v, ®é bÒn va ®Ëp t¨ng tõ 23,06 KJ/m2 lªn 26,82 KJ/m2 nh"ng ®é bÒn uèn l¹i gi¶m tõ 99,73 MPa xuèng cßn 94,43 MPa.
Nh" vËy, víi h,m l"îng mat thuû tinh kh¸c nhau, ®é bÒn c¬ häc cña vËt liÖu kh¸c nhau. Ngo,i ra, kiÓu lai t¹o mat thñy tinh v, mat tre còng cã ¶nh h"ëng ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu. Do vËy, tuú theo yªu cÇu ®Æc tÝnh kü thuËt cña s¶n phÈm m, lùa chän kiÓu lai t¹o v, h,m l"îng mat thuû tinh thÝch hîp.
2. Kh¶o s¸t ®é hót Èm cña vËt liÖu PC
Kh¶ n¨ng chÞu n"íc v, chÞu Èm cña vËt liÖu l, tÝnh chÊt sö dông quan träng cña vËt liÖu PC.
§Ó kh¶o s¸t ®Æc tÝnh trªn, ®R tiÕn h,nh chÕ t¹o c¸c mÉu vËt liÖu víi 45% h,m l"îng mat tre v, PP (M0), mat tre v, PP-MAPP (MB), mat tre MAPP v, PP (M-MAPP), mat tre lai t¹o mat thuû tinh theo kiÓu vá cèt v, PP-MAPP (HM-1).
§Ó x¸c ®Þnh ®é hÊp thô n"íc cña vËt liÖu, c¸c mÉu ®"îc ng©m v,o n"íc cÊt trong kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh.
KÕt qu¶ ®é hÊp thô n"íc cña vËt liÖu PC ®"îc thÓ hiÖn ë h×nh 4.
Thêi gian, ng,y
H×nh 4: §é hÊp thô n"íc cña vËt liÖu PC
C¸c sè liÖu trªn h×nh 4 cho thÊy tÊt c¶ c¸c mÉu vËt liÖu hÊp thô nhanh víi tèc ®é gÇn nh" nhau ë 25 giê ng©m n"íc ®Çu tiªn. Cã thÓ l, ë giai ®o¹n n,y n"íc thÈm thÊu v,o vËt liÖu theo c¬ chÕ mao qu¶n (phÝa c¸c vÕt c¾t cña mÉu). Nh"ng sau ®ã ®é hÊp thô n"íc cña c¸c hÖ vËt liÖu kh¸c nhau v, t¨ng dÇn theo thêi gian.
§é hÊp thô n"íc cña c¸c hÖ vËt liÖu kh¶o s¸t ®"îc s¾p xÕp theo thø tù gi¶m dÇn: MB > MT > M0 > HM-1.
VËt liÖu MB cã ®é hÊp thô n"íc lín nhÊt, sau 1600 h lªn tíi 26,85 %. Së dÜ, hÖ vËt liÖu trªn cã gi¸ trÞ ®é hÊp thô n"íc cao l, do MAPP cã tÝnh
ph©n cùc - "u n"íc, h¬n n÷a líp m,ng PP-MAPP l¹i ®"îc phñ líp ngo,i cïng cña mÉu.
VËt liÖu (M0) cã ®é hÊp thô n"íc thÊp h¬n hÖ MB v× líp ngo,i cïng l, m,ng PP kh«ng chøa MAPP.
Cßn hÖ HM-1 l, hÖ lai t¹o mat tre v, mat thuû tinh theo kiÓu vá cèt cã ®é hÊp thô n"íc thÊp nhÊt, thÊp h¬n c¶ hÖ tre-PP mÆc dï líp phñ PP ngo,i cïng cã chøa MAPP. §iÒu n,y cã thÓ ®"îc gi¶i thÝch bëi tÝnh kÞ n"íc cña mat thuû tinh trong hÖ HM-1.
HÖ sè khuÕch t¸n Dx cña c¸c hÖ vËt liÖu PC ®"îc tr×nh b,y ë b¶ng 1.
88
B¶ng 1. §é hÊp thô n"íc v, hÖ sè khuÕch t¸n cña vËt liÖu PC
STT Lo¹i mÉu
1 M0 2 MB 3 MT
4 HM-1
H,m l"îng sîi, %
45 45 45
31,5/18,5
HÖ sè khuÕch t¸n D , 10-6 cm2/s
1,27 1,71 1,59
1,15
L"îng n"íc hÊp thô Mmax, %
24,58 26,85 22,53
23,55
KÕt qu¶ tÝnh to¸n hÖ sè khuÕch t¸n trªn b¶ng 1 cho thÊy thø tù s¾p xÕp còng gièng nh" tr"êng hîp ®é hÊp thô n"íc:
DMB > DMT > DMo > DHM-1
§Ó duy tr× ®é Èm kh«ng ®æi trong kho¶ng kh«ng khÝ kÝn, c¸c mÉu vËt liÖu ®"îc ®Æt trong
c¸c b×nh hót Èm cã chøa c¸c dung dÞch muèi bRo ho, NaCl, KBr v, K2SO4 víi c¸c ®é Èm t"¬ng ®èi lÇn l"ît l, 75%, 80% v, 95% (ë 30 C) [6] trong thêi gian ba th¸ng ë nhiÖt ®é phßng tõ 27 - 30oC.
KÕt qu¶ kh¶o s¸t ®é hÊp thô Èm cña c¸c hÖ vËt liÖu ®"îc tr×nh b,y trªn h×nh 5, 6 v, 7.
Thêi gian, ng,y
H×nh 5: §é hÊp thô Èm cña c¸c mÉu vËt liÖu ë ®é Èm 95%
C¸c sè liÖu trªn h×nh 5, 6, 7 cho thÊy møc ®é hÊp thô Èm cña c¸c hÖ vËt liÖu theo thø tù ®óng nh" ®èi víi ®é hÊp thô n"íc (MB > MT > M0 > HM-1) nh"ng cã sù kh¸c biÖt gi÷a c¸c hÖ vËt liÖu râ rÖt h¬n.
HÖ mat lai t¹o tre - thuû tinh theo kiÓu vá cèt cã kh¶ n¨ng chÞu Èm tèt nhÊt. Thay thÕ kho¶ng 1/3 träng l"îng mat tre b»ng mat thuû tinh ®é hÊp thô Èm gi¶m ®¸ng kÓ (kho¶ng 50% ë m«i tr"êng Èm 75%).
89
...
- tailieumienphi.vn
nguon tai.lieu . vn