Luận án chế tạo khảo sát tính chất vật liệu compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh và nanosilica

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- HỒ NGỌC MINH CHẾ TẠO, KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VÀ HÌNH THÁI CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY GIA CƯỜNG SỢI THỦY TINH E VÀ NANOSILICA LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI – 2019 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Hồ Ngọc Minh CHẾ TẠO, KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VÀ HÌNH THÁI CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY GIA CƯỜNG SỢI THỦY TINH E VÀ NANOSILICA Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 62.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS TS, Trần Thị Thanh Vân 2. GS TS, Thái Hoàng Hà Nội – 2019 luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng dẫn của PGS TS Trần Thị Thanh Vân và GS TS Thái Hoàng. Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Hồ Ngọc Minh luan an LỜI CÁM ƠN Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Thái Hoàng và PGS TS Trần Thị Thanh Vân đã tận tình hướng dẫn, động viên và khích lệ trong suốt thời gian, học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh xin trân trọng cám ơn cơ sở đào tạo Học viện Khoa học Công nghệ/ Viện Hàn lâm Khoa học-Công nghệ Việt Nam và Viện Kỹ thuật nhiệt đới/ Viện Hàn lâm Khoa học-Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho nghiên cứu sinh trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Viện. Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Đảng ủy, Thủ trưởng Viện Hóa học-Vật liệu/ Viện Khoa học và Công nghệ quân sự đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôt trong suốt quá trình đào tạo. Nghiên cứu sinh xin gửi tới các thầy, cô, cơ quan, gia đình, bạn bè lòng biết ơn sâu nặng về sự động viên, giúp đỡ, chia sẻ khó khăn giúp nghiên cứu sinh hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập và nghiên cứu.

luan an MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. iv MỤC LỤC. v DANH MỤC BẢNG BIỂU. ix DANH MỤC HÌNH.

xi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT. xiv MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ NHỰA EPOXY, NANOCOMPOZIT VÀ VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ EPOXY/NANOSILICA/ SỢI THỦY TINH. Phân loại nhựa epoxy.

Nhựa epoxy bisphenol A. Nhựa epoxy mạch thẳng. Nhựa epoxy chứa mạch vòng no. Nhựa nhiều nhóm epoxy.

Nhựa polyglyxydylphenol-formandehyt. Chất đóng rắn cho nhựa epoxy. Đóng rắn nhựa epoxy bằng amin. Đóng rắn nhựa epoxy bằng axit cacboxylic .3 Đóng rắn nhựa epoxy bằng các anhydrit.

Đóng rắn bằng hợp chất cơ titan. Một số lĩnh vực ứng dụng chính của nhựa epoxy. Nano silica và nano silica hữu cơ hóa. Biến tính hạt nanosilica.

Vật liệu epoxy nanocompozit .1 Giới thiệu về vật liệu polyme nanocompozit. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy.1 Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và ống nano cacbon. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy và nano graphen .3 Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và nanoclay. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và nanosilica.

Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh. Vật liệu polyme compozit trên cơ sở nền nhựa epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh E và hạt nanosilica. THỰC NGHIỆM, CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU. Nguyên liệu và hóa chất.

Các phương pháp và thiết bị nghiên cứu. Xác định hiệu suất ghép của KR-12 lên nanosilica K200. Xác định kích thước hạt và thế zeta của nanosilica trước và sau biến tính. Xác định hàm lượng phần gel của các mẫu nhựa.

Phương pháp xác định độ nhớt. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Phương pháp kính hiển vi điện tử quét tán xạ trường (FE-SEM). Phương pháp phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X.

Phương pháp phổ hồng ngoại. Phương pháp phân tích nhiệt. Phương pháp xác định tính chất cơ học động. Phương pháp xác định độ bền dai và năng lượng phá hủy của vật liệu.

Phương pháp xác định độ bền uốn. Phương pháp xác định độ bền kéo đứt. Phương pháp xác định độ bền va đập. Phương pháp xác định độ bền điện.

Phương pháp xác định độ cứng Brinell và độ bền mài mòn. Phương pháp xác định độ bền liên kết sợi-nhựa. Phương pháp xác định độ bền dai phá hủy tách lớp của compozit. Phương pháp xác định góc tiếp xúc.

Phương pháp chế tạo mẫu. Biến tính nanosilica. Chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở epoxy và m-nanosilica. Chế tạo mẫu nhựa epoxy và vật liệu nanocompozit đóng rắn bằng các chất đóng rắn khác nhau.

Chế tạo mẫu epoxy YD-128 đóng rắn bằng TBuT ở điều kiện khác nhau. Chế tạo các tấm mẫu nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau. Chế tạo compozit epoxy/m-nanosilica/TBuT/sợi thủy tinh. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

Biến tính nanosilica. Ảnh hưởng của tỷ lệ chất phản ứng. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng. Độ bền nhiệt của nanosilica có và không biến tính.

Phổ hồng ngoại của nanosilca và m-nanosilica. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX). Phân bố kích thước hạt và thế zeta. Hình thái cấu trúc của nanosilica trước và sau biến tính.

Ảnh hưởng của m-nanosilica đến hệ m-nanosilica/epoxy chưa đóng rắn58 3. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến sự thay đổi trạng thái vật lý và độ nhớt của hệ epoxy/m-nanosilica. Ảnh hưởng của nanosilica đến nhiệt độ thủy tinh hóa và nhiệt chuyển pha (ΔCp) của nhựa epoxy. Khảo sát phản ứng đóng rắn nhựa epoxy bằng tetrabutyl titanat (TBuT) 62 luan an 3.

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của quá trình đóng rắn nhựa epoxy YD-128 bằng TBuT. Ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn. Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn. Ảnh hưởng hàm lượng chất đóng rắn TBuT.

Độ bền cơ học của nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau. Độ bền nhiệt của nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau. Độ bền điện của nhựa epoxy-YD128 đóng rắn bằng các hợp chất khác nhau. Ảnh hưởng của nanosilica đến động học và tính chất của hệ nhựa epoxy đóng rắn bằng TBuT.

Ảnh hưởng của m-nanosilica đến nhiệt độ đóng rắn của hệ epoxy-TBuT. Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy, epoxy/TBuT và nanocompozit epoxy/m-silica/TBuT. Năng lượng hoạt hóa và động học quá trình đóng rắn epoxy và epoxy/m-silica bằng TBuT. Hình thái cấu trúc của vật liệu nanocompozit.

Độ bền nhiệt và độ bền oxy hóa nhiệt của vật liệu nanocompozit epoxy/m-nanosilica. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến cấu trúc tinh thể của hệ epoxy/m- nanosilica. Error! Bookmark not defined. Độ bền kéo đứt, độ bền uốn của vật liệu nanocompozit epoxy/m- silica/TBuT:.

Độ bền va đập của nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT:. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến độ bền dai phá hủy của vật liệu nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT. Độ bền rão (Creep resitance)của vật liệu nanocompozit. Ảnh hưởng của hàm lượng m-nanosilica đến tính chất cơ học của nanocompozit epoxy/m-silica/TBuT.

Ảnh hưởng của m-nanosilica đến độ bền mài mòn và độ cứng bề mặt của vật liệu nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT. Nghiên cứu cơ chế dai hóa nhựa epoxy bằng m-nanosilica. Sự chuyển hướng vết nứt. Cơ chế ghim giữ vết nứt.

Cơ chế biến dạng dẻo. Cơ chế mở rộng của lỗ trống. Ảnh hưởng của nanosilica đến tính chất cơ động lực của nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT. Sự biến đổi mô đun tích trữ phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica.

Sự biến đổi mô đun tổn hao của nhựa epoxy và vật liệu nanocompozit phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica. Sự biến đổi tanδ phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica. Ảnh hưởng của tần số. Ảnh hưởng của nanosilica lên khả năng chống cháy và cơ chế chống cháy của nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT.

Chế tạo và khảo sát ảnh hưởng đặc trưng tính chất, hình thái cấu trúc của compozit epoxy/m-nanosilia/TBuT/sợi thủy tinh. Ảnh hưởng của nanosilica đến khả năng thấm ướt với sợi thủy tinh. Ảnh hưởng của nanosilica lên khả năng bám dính của nhựa epoy với sợi thủy tinh. Ảnh hưởng của nanosilica đến độ bền cơ học của vật liệu compozit.

Ảnh hưởng của hàm lượng sợi gia cường đến độ bền cơ học của vật liệu compozit. Độ bền kéo đứt, bền uốn của vật liệu compozit epoxy/m- nanosilica/TBuT/ sợi thủy tinh. Độ bền va đập của vật liệu compozit epoxy/m-nanosilica/TBuT/ sơi thủy tinh. Độ bền dai tách lớp của vật liệu compozit.

Vi cấu trúc bề mặt phá hủy compozit. Sự phân bố của các hạt m-nanosilica trên bề mặt sợi thủy tinh. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến tính chất cơ động lực của vật liệu compozit epoxy/TBu/ vải thủy tinh. 118 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ.

120 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 121 luan an DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Đặctrưng của một số loại nhựa Epoxy-dian. Hệ chất đóng rắn titanium alkoxit-amin cho nhựa epoxy.

Một số hợp chất ghép TCA thông dụng hiện nay. Khả năng gia cường của hạt độn biến tính TCA trong nền polyme. Tính chất vật lí của các loại sợi thủy tinh khác nhau. Các tính chất cơ học của các sợi thủy tinh khác nhau.

Chỉ tiêu kỹ thuật của nhựa epoxy YD-128. Các thông số kĩ thuật của tetrabutyltitanat. Chỉ tiêu kĩ thuật nanosilica K200. Thành phần nhựa epoxy và chất đóng rắn.

Thành phần nguyên tố trong nanosilica biến tính và không biến tính. Độ nhớt của nhựa epoxy với hàm lượng nanosilica khác nhau. Nhiệt độ phân hủy cực đại, hàm lượng cốc hóa và điện áp đánh thủng của nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau. Các thông số nhiệt của phản ứng đóng rắn epoxy/TBuT.

Các thông số Ti ; Tp ; Tf phản ứng đóng rắn của hệ epoxy/ TBuT/ nanosilica biến tính và không biến tính ở các tốc độ gia nhiệt khác nhau. Các giá trị Td10, Tmax1, Tmax2 và lượng tro còn lại của epoxy và nanocompozit trong các môi trường khác nhau. Độ bền dai và năng lượng phá hủy của nhựa epoxy và nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT. Thành phần nguyên tố lớp cốc hóa của nhựa epoxy và nanocompozit.

Độ nhớt động học và góc tiếp xúc của nhựa epoxy với hàm lượng m-nanosilica khác nhau trên nền thủy tinh. Ảnh hưởng m-của nanosilica đến độ bền cơ học của compozit. 107 luan an Bảng 3.