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 6190944

Khảo sát tính chất và hình thái cấu trúc vật liệu compozit từ nhựa epoxy, sợi thủy tinh và nanosilica, ứng dụng trong công nghiệp.

• Tác giả: Hồ Ngọc Minh
• Người hướng dẫn: PGS TS, Trần Thị Thanh Vân
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Compozit Nhựa Epoxy Gia Cường Sợi Thủy Tinh và Nanosilica
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. TỔNG QUAN VỀ NHỰA EPOXY, NANOCOMPOZIT VÀ VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ EPOXY/NANOSILICA/ SỢI THỦY TINH
• 1.1. Phân loại nhựa epoxy
• 1.1.1. Nhựa epoxy bisphenol A
• 1.1.2. Nhựa epoxy mạch thẳng
• 1.1.3. Nhựa epoxy chứa mạch vòng no
• 1.1.4. Nhựa nhiều nhóm epoxy
• 1.1.5. Nhựa polyglyxydylphenol-formandehyt
• 1.2. Chất đóng rắn cho nhựa epoxy
• 1.2.1. Đóng rắn nhựa epoxy bằng amin
• 1.2.2. Đóng rắn nhựa epoxy bằng axit cacboxylic
• 1.2.3. Đóng rắn nhựa epoxy bằng các anhydrit
• 1.2.4. Đóng rắn bằng hợp chất cơ titan
• 1.3. Một số lĩnh vực ứng dụng chính của nhựa epoxy
• 1.4. Nano silica và nano silica hữu cơ hóa
• 1.4.1. Biến tính hạt nanosilica
• 1.5. Vật liệu epoxy nanocompozit
• 1.5.1. Giới thiệu về vật liệu polyme nanocompozit
• 1.5.2. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy
• 1.6. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và ống nano cacbon
• 1.7. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy và nano graphen
• 1.8. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và nanoclay
• 1.9. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và nanosilica
• 1.10. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
• 1.11. Vật liệu polyme compozit trên cơ sở nền nhựa epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh E và hạt nanosilica
• 2. THỰC NGHIỆM, CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu và hóa chất
• 2.2. Các phương pháp và thiết bị nghiên cứu
• 2.2.1. Xác định hiệu suất ghép của KR-12 lên nanosilica K200
• 2.2.2. Xác định kích thước hạt và thế zeta của nanosilica trước và sau biến tính
• 2.2.3. Xác định hàm lượng phần gel của các mẫu nhựa
• 2.2.4. Phương pháp xác định độ nhớt
• 2.2.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.2.6. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét tán xạ trường (FE-SEM)
• 2.2.7. Phương pháp phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X
• 2.2.8. Phương pháp phổ hồng ngoại
• 2.2.9. Phương pháp phân tích nhiệt
• 2.2.10. Phương pháp xác định tính chất cơ học động
• 2.2.11. Phương pháp xác định độ bền dai và năng lượng phá hủy của vật liệu
• 2.2.12. Phương pháp xác định độ bền uốn
• 2.2.13. Phương pháp xác định độ bền kéo đứt
• 2.2.14. Phương pháp xác định độ bền va đập
• 2.2.15. Phương pháp xác định độ bền điện
• 2.2.16. Phương pháp xác định độ cứng Brinell và độ bền mài mòn
• 2.2.17. Phương pháp xác định độ bền liên kết sợi-nhựa
• 2.2.18. Phương pháp xác định độ bền dai phá hủy tách lớp của compozit
• 2.2.19. Phương pháp xác định góc tiếp xúc
• 2.3. Phương pháp chế tạo mẫu
• 2.3.1. Biến tính nanosilica
• 2.3.2. Chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở epoxy và m-nanosilica
• 2.3.3. Chế tạo mẫu nhựa epoxy và vật liệu nanocompozit đóng rắn bằng các chất đóng rắn khác nhau
• 2.3.4. Chế tạo mẫu epoxy YD-128 đóng rắn bằng TBuT ở điều kiện khác nhau
• 2.3.5. Chế tạo các tấm mẫu nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau
• 2.3.6. Chế tạo compozit epoxy/m-nanosilica/TBuT/sợi thủy tinh
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Biến tính nanosilica
• 3.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ chất phản ứng
• 3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng
• 3.1.3. Độ bền nhiệt của nanosilica có và không biến tính
• 3.1.4. Phổ hồng ngoại của nanosilca và m-nanosilica
• 3.1.5. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
• 3.1.6. Phân bố kích thước hạt và thế zeta
• 3.1.7. Hình thái cấu trúc của nanosilica trước và sau biến tính
• 3.2. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến hệ m-nanosilica/epoxy chưa đóng rắn
• 3.2.1. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến sự thay đổi trạng thái vật lý và độ nhớt của hệ epoxy/m-nanosilica
• 3.2.2. Ảnh hưởng của nanosilica đến nhiệt độ thủy tinh hóa và nhiệt chuyển pha (ΔCp) của nhựa epoxy
• 3.3. Khảo sát phản ứng đóng rắn nhựa epoxy bằng tetrabutyl titanat (TBuT)
• 3.3.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của quá trình đóng rắn nhựa epoxy YD-128 bằng TBuT
• 3.3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn
• 3.3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn
• 3.3.1.3. Ảnh hưởng hàm lượng chất đóng rắn TBuT
• 3.3.2. Độ bền cơ học của nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau
• 3.3.3. Độ bền nhiệt của nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau
• 3.3.4. Độ bền điện của nhựa epoxy-YD128 đóng rắn bằng các hợp chất khác nhau
• 3.4. Ảnh hưởng của nanosilica đến động học và tính chất của hệ nhựa epoxy đóng rắn bằng TBuT
• 3.4.1. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến nhiệt độ đóng rắn của hệ epoxy-TBuT
• 3.4.2. Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy, epoxy/TBuT và nanocompozit epoxy/m-silica/TBuT
• 3.4.3. Năng lượng hoạt hóa và động học quá trình đóng rắn epoxy và epoxy/m-silica bằng TBuT
• 3.4.4. Hình thái cấu trúc của vật liệu nanocompozit
• 3.4.5. Độ bền nhiệt và độ bền oxy hóa nhiệt của vật liệu nanocompozit epoxy/m-nanosilica
• 3.4.6. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến cấu trúc tinh thể của hệ epoxy/m- nanosilica
• 3.4.7. Độ bền kéo đứt, độ bền uốn của vật liệu nanocompozit epoxy/m- silica/TBuT:
• 3.4.8. Độ bền va đập của nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT:
• 3.4.9. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến độ bền dai phá hủy của vật liệu nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT
• 3.4.10. Độ bền rão (Creep resitance)của vật liệu nanocompozit
• 3.4.11. Ảnh hưởng của hàm lượng m-nanosilica đến tính chất cơ học của nanocompozit epoxy/m-silica/TBuT
• 3.4.12. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến độ bền mài mòn và độ cứng bề mặt của vật liệu nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT
• 3.5. Nghiên cứu cơ chế dai hóa nhựa epoxy bằng m-nanosilica
• 3.5.1. Sự chuyển hướng vết nứt
• 3.5.2. Cơ chế ghim giữ vết nứt
• 3.5.3. Cơ chế biến dạng dẻo
• 3.5.4. Cơ chế mở rộng của lỗ trống
• 3.6. Ảnh hưởng của nanosilica đến tính chất cơ động lực của nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT
• 3.6.1. Sự biến đổi mô đun tích trữ phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica
• 3.6.2. Sự biến đổi mô đun tổn hao của nhựa epoxy và vật liệu nanocompozit phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica
• 3.6.3. Sự biến đổi tanδ phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica
• 3.6.3.1. Ảnh hưởng của tần số
• 3.7. Ảnh hưởng của nanosilica lên khả năng chống cháy và cơ chế chống cháy của nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT
• 3.8. Chế tạo và khảo sát ảnh hưởng đặc trưng tính chất, hình thái cấu trúc của compozit epoxy/m-nanosilia/TBuT/sợi thủy tinh
• 3.8.1. Ảnh hưởng của nanosilica đến khả năng thấm ướt với sợi thủy tinh
• 3.8.2. Ảnh hưởng của nanosilica lên khả năng bám dính của nhựa epoy với sợi thủy tinh
• 3.8.3. Ảnh hưởng của nanosilica đến độ bền cơ học của vật liệu compozit
• 3.8.4. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi gia cường đến độ bền cơ học của vật liệu compozit
• 3.8.5. Độ bền kéo đứt, bền uốn của vật liệu compozit epoxy/m- nanosilica/TBuT/ sợi thủy tinh
• 3.8.6. Độ bền va đập của vật liệu compozit epoxy/m-nanosilica/TBuT/ sơi thủy tinh
• 3.8.7. Độ bền dai tách lớp của vật liệu compozit
• 3.8.8. Vi cấu trúc bề mặt phá hủy compozit
• 3.8.9. Sự phân bố của các hạt m-nanosilica trên bề mặt sợi thủy tinh
• 3.8.10. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến tính chất cơ động lực của vật liệu compozit epoxy/TBu/ vải thủy tinh
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Vật Liệu Compozit Nhựa Epoxy

Nghiên cứu về vật liệu composite nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh và nanosilica đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong khoa học vật liệu. Nhựa epoxy được biết đến với khả năng kết dính mạnh mẽ và tính chất cơ học tốt. Tuy nhiên, việc gia cường bằng sợi thủy tinh và nanosilica giúp nâng cao đáng kể các tính năng của vật liệu này. Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện độ bền mà còn mở ra nhiều ứng dụng mới trong các lĩnh vực như xây dựng, giao thông và điện tử.

1.1. Đặc Điểm Của Nhựa Epoxy Và Vật Liệu Compozit

Nhựa epoxy là một loại polymer có khả năng kết dính cao, thường được sử dụng trong sản xuất vật liệu composite. Vật liệu này có tính chất cơ học vượt trội, nhưng vẫn cần cải thiện độ dai và khả năng chịu va đập. Việc gia cường bằng sợi thủy tinh và nanosilica giúp tăng cường tính năng này.

1.2. Lợi Ích Của Việc Sử Dụng Nanosilica Trong Compozit

Nanosilica là một loại hạt nano có kích thước nhỏ, giúp cải thiện tính chất cơ học và nhiệt của nhựa epoxy. Việc thêm nanosilica vào vật liệu composite không chỉ tăng cường độ bền mà còn giảm thiểu trọng lượng, tạo ra những sản phẩm nhẹ và bền hơn.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Vật Liệu Compozit Nhựa Epoxy

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc nghiên cứu và phát triển vật liệu composite nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh và nanosilica cũng gặp phải nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự phân tán đồng đều của nanosilica trong nhựa epoxy. Nếu không được phân tán tốt, hiệu quả gia cường sẽ không đạt được.

2.1. Vấn Đề Phân Tán Nanosilica Trong Nhựa Epoxy

Phân tán không đồng đều của nanosilica có thể dẫn đến sự giảm sút trong tính chất cơ học của vật liệu composite. Các nghiên cứu hiện tại đang tìm kiếm các phương pháp cải thiện khả năng phân tán của nanosilica trong nhựa epoxy.

2.2. Tác Động Của Tỷ Lệ Thành Phần Đến Tính Chất Vật Liệu

Tỷ lệ giữa nhựa epoxy, sợi thủy tinh và nanosilica có ảnh hưởng lớn đến tính chất cuối cùng của vật liệu composite. Việc tối ưu hóa tỷ lệ này là một thách thức lớn trong nghiên cứu và phát triển.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Vật Liệu Compozit Nhựa Epoxy

Để nghiên cứu vật liệu composite nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh và nanosilica, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp xác định tính chất cơ học mà còn đánh giá hiệu quả của việc gia cường.

3.1. Phương Pháp Chế Tạo Vật Liệu Compozit

Quy trình chế tạo vật liệu composite bao gồm việc trộn nhựa epoxy với sợi thủy tinh và nanosilica theo tỷ lệ nhất định. Các phương pháp như ép khuôn hoặc đúc cũng được sử dụng để tạo ra các mẫu thử nghiệm.

3.2. Phương Pháp Đánh Giá Tính Chất Cơ Học

Các phương pháp như kiểm tra độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập được sử dụng để đánh giá tính chất cơ học của vật liệu composite. Những kết quả này giúp xác định hiệu quả của việc gia cường bằng nanosilica.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Vật Liệu Compozit Nhựa Epoxy

Vật liệu composite nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh và nanosilica có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khác nhau. Từ ngành xây dựng đến sản xuất thiết bị điện tử, vật liệu này đang chứng tỏ được giá trị của mình.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Xây Dựng

Trong ngành xây dựng, vật liệu composite nhựa epoxy được sử dụng để sản xuất các cấu kiện nhẹ nhưng bền, giúp giảm trọng lượng công trình và tiết kiệm chi phí.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Điện Tử

Vật liệu này cũng được ứng dụng trong sản xuất các thiết bị điện tử, nơi yêu cầu tính năng cách điện và độ bền cao. Việc sử dụng nanosilica giúp cải thiện khả năng chống cháy và độ bền nhiệt của sản phẩm.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Vật Liệu Compozit Nhựa Epoxy

Nghiên cứu về vật liệu composite nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh và nanosilica đã mở ra nhiều hướng đi mới trong khoa học vật liệu. Những thách thức hiện tại cần được giải quyết để tối ưu hóa tính năng của vật liệu này.

5.1. Tương Lai Của Vật Liệu Compozit

Tương lai của vật liệu composite nhựa epoxy hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến về tính năng và ứng dụng. Nghiên cứu tiếp tục sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp gia cường hiệu quả hơn.

5.2. Định Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải thiện khả năng phân tán của nanosilica trong nhựa epoxy để đạt được hiệu quả cao nhất.