Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Polyethylene Terephthalate Đến Cơ Tính Của Hỗn Hợp Polyethylene

1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1. Lý do chọn đề tài

1.2. Tính cấp thiết của đề tài

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

1.4. Mục tiêu đề tài

1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu

1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.7. Phương pháp nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. Vật liệu LDPE

2.2. Trộn hợp LDPE với các polymer

2.3. Vật liệu PET

2.4. Hỗn hợp LDPE/PET

3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1. Giới thiệu chung và phân loại hỗn hợp polymer

3.2. Các phương pháp xác định sự tương hợp của các polymer

3.3. Các phương pháp chế tạo hỗn hợp polymer

3.4. Ưu điểm và ứng dụng của hỗn hợp polymer

3.5. Công nghệ ép phun nhựa

3.6. Các phương pháp đánh giá các chỉ tiêu cơ tính

4. CHƯƠNG 4: PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM

4.1. Chuẩn bị mẫu thử

4.1.1. Mua vật liệu

4.1.2. Ép mẫu thử

4.2. Kiểm tra độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638

4.3. Kiểm tra độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790

4.4. Kiểm tra độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256

4.5. Quan sát tổ chức tế vi

5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

5.1. Kết quả sau khi ép phun hỗn hợp LDPE/PET

5.2. Mẫu LDPE/ 5% PET

5.3. Mẫu LDPE/ 10% PET

5.4. Mẫu LDPE/ 15% PET

5.5. Mẫu LDPE/ 20% PET

5.6. Nhận xét các biểu đồ ứng suất biến dạng kéo của hỗn hợp

5.7. Phân tích kết quả độ bền kéo của hỗn hợp LDPE/PET

5.7.1. Mẫu LDPE/ 5% PET

5.7.2. Mẫu LDPE/ 10% PET

5.7.3. Mẫu LDPE/ 15% PET

5.7.4. Mẫu LDPE/ 20% PET

5.8. Nhận xét biểu đồ ứng suất biến dạng uốn của hỗn hợp

5.9. Phân tích kết quả độ bền uốn của hỗn hợp LDPE/PET

5.10. Độ dai va đập

5.11. Phân tích kết quả độ dai va đập của hỗn hợp LDPE/PET

5.12. Phân tích tổ chức tế vi

6. CHƯƠNG 6: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM

6.1. Phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền kéo

6.2. Phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền uốn

6.3. Phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập Izod có khía

6.4. So sánh với hồi quy tuyến tính

7. CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT – HƯỚNG PHÁT TRIỂN

7.1. Tổng kết

7.2. Hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ảnh Hưởng PET Đến Cơ Tính PE

Nghiên cứu về ảnh hưởng của Polyethylene Terephthalate (PET) đến cơ tính vật liệu của hỗn hợp Polyethylene (PE) ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh tìm kiếm các giải pháp vật liệu mới, bền vững. Việc pha trộn PET và PE mở ra tiềm năng cải thiện một số tính chất nhất định của vật liệu, đồng thời góp phần vào việc tái chế và giảm thiểu rác thải nhựa. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá các tính chất cơ học như độ bền kéo, độ giãn dài, độ cứng và độ dai va đập của hỗn hợp PE/PET ở các tỷ lệ pha trộn khác nhau. Mục tiêu là xác định ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đến tính chất của hỗn hợp polymer và tìm ra tỷ lệ tối ưu cho các ứng dụng cụ thể.

1.1. Giới thiệu chung về Polyethylene PE và ứng dụng

Polyethylene (PE) là một loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ bao bì đến sản phẩm gia dụng. PE có nhiều loại, bao gồm Low-Density Polyethylene (LDPE), High-Density Polyethylene (HDPE) và Linear Low-Density Polyethylene (LLDPE), mỗi loại có những đặc tính riêng. LDPE, được đề cập đến trong tài liệu gốc, nổi bật với tính linh hoạt, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, LDPE có độ cứng và khả năng chịu nhiệt hạn chế, điều này thúc đẩy việc nghiên cứu các phương pháp cải thiện cơ tính của nó thông qua pha trộn với các polymer khác, chẳng hạn như PET.

1.2. Tổng quan về Polyethylene Terephthalate PET và tiềm năng

Polyethylene Terephthalate (PET) là một polymer nhiệt dẻo khác, nổi tiếng với độ bền cơ học cao, khả năng chịu lực xé và va chạm tốt, cùng với độ cứng vững. PET được sử dụng rộng rãi trong sản xuất sợi may mặc, chai đựng đồ uống và thực phẩm, cũng như các sản phẩm kỹ thuật. Việc kết hợp PET với PE được kỳ vọng sẽ cải thiện một số tính chất cơ học của PE, đặc biệt là độ bền kéo và độ cứng. Nghiên cứu này tập trung vào việc khám phá tiềm năng của hỗn hợp PET/PE trong việc tạo ra các vật liệu mới với các đặc tính vượt trội.

II. Vấn Đề Thay Đổi Cơ Tính Khi Pha Trộn PET Vào Hỗn Hợp PE

Một trong những thách thức lớn nhất khi pha trộn PET vào PE là sự khác biệt về độ tương thích giữa hai polymer này. Sự không tương thích có thể dẫn đến sự phân pha, làm giảm tính chất của hỗn hợp polymer. Việc cải thiện độ tương thích giữa PET và PE là yếu tố then chốt để đạt được biến đổi cơ tính mong muốn. Nghiên cứu cần xem xét kỹ lưỡng các yếu tố như tỷ lệ pha trộn, chất độn, chất gia cường và quy trình chế tạo để tối ưu hóa tính chất của hỗn hợp. Theo tài liệu gốc, việc thêm PET có thể ảnh hưởng đến độ bền kéo và độ dai va đập của hỗn hợp, đòi hỏi phải có sự điều chỉnh phù hợp để đạt được hiệu quả mong muốn.

2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn đến cơ tính hỗn hợp PE PET

Tài liệu gốc cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần PET và LDPE đến cơ tính vật liệu của hỗn hợp. Nghiên cứu tập trung vào các tỷ lệ LDPE/PET là 100/0, 95/5, 90/10, 85/15 và 80/20. Kết quả cho thấy độ bền kéo giảm nhẹ khi thêm 5% PET, nhưng giảm mạnh hơn khi tăng tỷ lệ PET lên 10%. Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng PET lên đến 20%, độ bền kéo lại có xu hướng tăng dần. Ngược lại, độ bền uốn có xu hướng tăng khi tăng hàm lượng PET.

2.2. Nghiên cứu về độ tương thích và cấu trúc vi mô của hỗn hợp

Nghiên cứu tổ chức tế vi thông qua ảnh SEM cho thấy các hạt PET hình cầu được đan xen vào chất nền LDPE, nhưng tạo thành pha riêng biệt, không quan sát thấy sự kết dính giữa các pha. Điều này cho thấy sự không tương tác pha tốt giữa PET và LDPE, có thể ảnh hưởng đến tính chất của hỗn hợp. Việc cải thiện độ tương thích có thể được thực hiện bằng cách sử dụng chất độn hoặc chất gia cường phù hợp, hoặc bằng cách điều chỉnh quy trình chế tạo.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Cơ Tính Hỗn Hợp Polyethylene PE

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá cơ tính của hỗn hợp PE/PET. Các mẫu thử được chế tạo bằng phương pháp ép phun theo các tỷ lệ pha trộn khác nhau. Các tính chất cơ học được khảo sát bao gồm độ bền kéo (theo tiêu chuẩn ASTM D638), độ bền uốn (theo tiêu chuẩn ASTM D790) và độ dai va đập (có rãnh V). Ngoài ra, cấu trúc vi mô của các hỗn hợp được quan sát thông qua ảnh SEM để hiểu rõ hơn về sự phân bố và tương tác pha giữa PET và PE. Các kết quả thu được được phân tích thống kê và so sánh để xác định ảnh hưởng của PET đến cơ tính của PE.

3.1. Quy trình ép phun và chuẩn bị mẫu thí nghiệm PET PE

Quá trình ép phun đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất cuối cùng của hỗn hợp polymer. Nghiên cứu này sử dụng máy ép phun Haitian MA 1200 III để chế tạo các mẫu thử. Các thông số ép phun, như nhiệt độ nóng chảy, áp suất và tốc độ phun, được điều chỉnh để đảm bảo chất lượng mẫu đồng đều. Các mẫu thử được chuẩn bị theo kích thước và hình dạng quy định của các tiêu chuẩn ASTM để đảm bảo tính chính xác và so sánh được của kết quả thử nghiệm cơ tính.

3.2. Phương pháp thử nghiệm độ bền kéo uốn và va đập hỗn hợp PE

Nghiên cứu sử dụng máy kéo vạn năng AG-X plus Shimadzu để đo độ bền kéo và độ bền uốn của các mẫu thử. Độ bền kéo được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D638, trong khi độ bền uốn được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D790. Độ dai va đập được đo bằng máy đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256. Các kết quả thử nghiệm được ghi lại và phân tích để đánh giá ảnh hưởng của PET đến cơ tính của PE.

3.3. Phân tích cấu trúc vi mô bằng kính hiển vi điện tử SEM

Để hiểu rõ hơn về cấu trúc vi mô của hỗn hợp, các mẫu thử được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hitachi TM4000Plus. Ảnh SEM được chụp tại các bề mặt đứt gãy của mẫu để quan sát sự phân bố và tương tác pha giữa PET và PE. Ảnh SEM cung cấp thông tin quan trọng về độ tương thích và sự hình thành pha trong hỗn hợp, giúp giải thích các kết quả thử nghiệm cơ tính.

IV. Kết Quả Ảnh Hưởng PET Đến Tính Chất Cơ Học Của PE

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc bổ sung PET vào LDPE có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học. Độ bền kéo có xu hướng giảm khi tăng hàm lượng PET đến một mức nhất định, sau đó lại tăng lên. Độ bền uốn lại có xu hướng tăng khi tăng hàm lượng PET. Độ dai va đập của hỗn hợp thường thấp hơn so với LDPE nguyên chất. Phân tích SEM cho thấy sự phân pha giữa PET và LDPE, có thể ảnh hưởng đến cơ tính của hỗn hợp. Tuy nhiên, mẫu chứa 5% PET cho thấy sự cải thiện đáng kể về độ bền uốn mà vẫn duy trì được các tính chất cơ học khác, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong một số lĩnh vực nhất định.

4.1. Phân tích chi tiết độ bền kéo của hỗn hợp LDPE PET

Theo tài liệu, độ bền kéo của hỗn hợp LDPE/PET thay đổi theo hàm lượng PET. Khi thêm 5% PET, độ bền kéo giảm nhẹ từ 12.65 MPa. Khi tăng lên 10% PET, độ bền kéo giảm mạnh xuống 10.97 MPa. Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng hàm lượng PET lên 20%, độ bền kéo lại có xu hướng tăng lên 12.4 MPa. Điều này cho thấy có một sự phức tạp trong tương tác pha giữa LDPE và PET, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực kéo của hỗn hợp.

4.2. Kết quả khảo sát độ bền uốn của hỗn hợp Polyethylene PE

Khác với độ bền kéo, độ bền uốn của hỗn hợp LDPE/PET có xu hướng tăng khi tăng hàm lượng PET. Kết quả đo cho thấy độ bền uốn đạt 7.13 MPa ở các tỷ lệ PET khác nhau. Điều này cho thấy PET có khả năng cải thiện khả năng chống uốn của LDPE. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng sự tăng độ bền uốn có thể đi kèm với sự giảm độ dai va đập, cần cân nhắc trong các ứng dụng cụ thể.

4.3. Đánh giá độ dai va đập của vật liệu hỗn hợp PET PE

Độ dai va đập của hỗn hợp LDPE/PET thấp hơn so với LDPE nguyên chất. Các mẫu chứa PET đều gãy trong quá trình thử nghiệm, trong khi mẫu LDPE nguyên chất không gãy. Độ dai va đập của các mẫu chứa PET là 16.14 kJ/m². Điều này cho thấy việc bổ sung PET có thể làm giảm khả năng chịu va đập của LDPE, cần xem xét kỹ lưỡng trong các ứng dụng yêu cầu khả năng chống va đập cao.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hỗn Hợp Polyethylene PE Và PET

Mặc dù có những hạn chế nhất định, hỗn hợp PE/PET vẫn có tiềm năng ứng dụng trong một số lĩnh vực. Với khả năng cải thiện độ bền uốn, hỗn hợp này có thể được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm cần độ cứng và khả năng chịu uốn tốt, chẳng hạn như các chi tiết trong ngành xây dựng hoặc đồ gia dụng. Đặc biệt, mẫu chứa 5% PET có thể là lựa chọn phù hợp do vẫn duy trì được các tính chất cơ học khác. Hơn nữa, việc sử dụng PET tái chế trong hỗn hợp có thể góp phần vào việc giảm thiểu rác thải nhựa và thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn.

5.1. Sử dụng hỗn hợp PET PE trong sản xuất bao bì

Một trong những ứng dụng tiềm năng của hỗn hợp PET/PE là trong sản xuất bao bì. Việc kết hợp PET và PE có thể tạo ra các loại bao bì có độ bền cao hơn, khả năng chống thấm tốt hơn và có thể tái chế được. Tỷ lệ pha trộn cần được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng loại bao bì.

5.2. Ứng dụng trong ngành xây dựng và đồ gia dụng PE PET

Hỗn hợp PET/PE cũng có thể được sử dụng trong ngành xây dựng và đồ gia dụng để sản xuất các chi tiết cần độ cứng và khả năng chịu uốn tốt. Ví dụ, hỗn hợp này có thể được sử dụng để sản xuất các tấm ốp, ống dẫn, hoặc các chi tiết trang trí. Việc sử dụng PET tái chế trong hỗn hợp có thể giúp giảm chi phí và giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.3. Tiềm năng tái chế và tính bền vững của vật liệu PE PET

Việc sử dụng PET tái chế trong hỗn hợp PE/PET không chỉ giúp giảm thiểu rác thải nhựa mà còn giảm thiểu lượng năng lượng tiêu thụ trong quá trình sản xuất vật liệu mới. Nghiên cứu về khả năng tái chế PET/PE và ảnh hưởng môi trường của việc sử dụng hỗn hợp này là rất quan trọng để đánh giá tính bền vững của vật liệu.

VI. Kết Luận Tối Ưu Cơ Tính Hỗn Hợp PET PE Cho Tương Lai

Nghiên cứu này đã cung cấp những thông tin quan trọng về ảnh hưởng của PET đến cơ tính của LDPE. Kết quả cho thấy việc điều chỉnh tỷ lệ pha trộn và quy trình chế tạo có thể tạo ra các hỗn hợp với các tính chất mong muốn. Mẫu chứa 5% PET có tiềm năng ứng dụng trong một số lĩnh vực nhất định. Trong tương lai, cần có thêm các nghiên cứu để cải thiện độ tương thích giữa PET và PE, cũng như đánh giá tính bền vững và khả năng tái chế của hỗn hợp. Theo tài liệu gốc, nghiên cứu này đã thành công trong việc cải thiện độ bền uốn của LDPE, tuy nhiên, các tính chất cơ học khác có thể bị giảm. Do đó, cần có sự cân nhắc kỹ lưỡng trước khi ứng dụng hỗn hợp này trong thực tế.

6.1. Tổng kết kết quả nghiên cứu và bài học kinh nghiệm PE PET

Nghiên cứu đã thành công trong việc đánh giá ảnh hưởng của PET đến cơ tính của LDPE thông qua các phương pháp thử nghiệm cơ tính và phân tích cấu trúc vi mô. Các kết quả thu được cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho việc phát triển các vật liệu hỗn hợp mới với các tính chất được điều chỉnh theo yêu cầu. Bài học kinh nghiệm từ nghiên cứu này là việc điều chỉnh tỷ lệ pha trộn và quy trình chế tạo có thể ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của hỗn hợp polymer.

6.2. Hướng phát triển và nghiên cứu tiếp theo về vật liệu PE PET

Trong tương lai, cần có thêm các nghiên cứu để cải thiện độ tương thích giữa PET và PE bằng cách sử dụng chất độn hoặc chất gia cường. Các nghiên cứu về quy trình gia công hỗn hợp mới, chẳng hạn như sử dụng kỹ thuật đùn phản ứng, cũng có thể giúp cải thiện tính chất của hỗn hợp. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu về tính bền vững và khả năng tái chế của hỗn hợp PET/PE để đảm bảo rằng vật liệu này có thể đóng góp vào việc giảm thiểu rác thải nhựa và bảo vệ môi trường.

Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Hàm Lượng Polyethylene Terephthalate Đến Cơ Tính Của Hỗn Hợp Low-Density Polyethylene