CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Lý do chọn đề tài Khi nền công nghiệp đang ngày càng phát triển, càng được thúc đẩy mạnh mẽ thì không chỉ riêng Việt Nam mà trên toàn thế giới đều đang cùng nhau đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường. Bắt nguồn là từ chất thải của các ngành công nghiệp, có thể từ nơi sản xuất hoặc có thể là sản phẩm tiêu dùng… Trong đó, luôn luôn được kể đến chính là rác thải nhựa. Nguyên nhân là do khả năng phân hủy của nó rất lâu, phải tính lên đến hàng trăm năm và khả năng xử lí vẫn còn hạn chế, nếu đốt rác thải nhựa thì vẫn gây ảnh hưởng xấu đến môi trường.
Do đó, khối lượng rác thải nhựa đều đang tăng dần theo từng năm mà chưa có giải pháp nào có thể giải quyết triệt để. Khi nhận thấy đây là vấn đề mang tính toàn cầu, các cơ quan môi trường, các nhà nghiên cứu khoa học… đều cùng nhau hướng tới giải pháp tái chế các nguồn rác thải nhựa. Để có thể tạo ra một hỗn hợp nhựa mới nhằm năng cao độ bền cũng như khả năng chống cháy. Và có thể dễ dàng tái chế sau khi đã sử dụng.
Nhóm đã sử dụng hỗn hợp nhựa PBT/PA6 nhằm mục đích để PBT trộn hợp với PA6 đã có nhiều ưu điểm vượt trội về cơ tính để cải thiện những nhược điểm của PBT. Vì vậy nhóm nghiên cứu quyết định thực hiện nghiên cứu này nhằm cải thiện nhược điểm của PBT và tăng khả năng ứng dụng trong cuộc sống. Nhóm nghiên cứu quyết định sử dụng nhựa PBT và nhựa PA6 nguyên sinh để thực hiện nghiên cứu này.1: Sản phẩm làm từ nhựa PBT Khi mà cuộc sống càng trở nên hiện đại, tiện ích cũng trở nên nhiều hơn để phục vụ cho nhu cầu của con người. Tiêu biểu là trong những bữa ăn của con người hiện tại, bất kể là người lao động trí óc hay tay chân, đa số đều sử dụng tới bếp điện, bếp hồng ngoại nhờ vào ưu điểm tiện lợi và tiết kiệm thời gian nấu ăn.
Tuy nhiên, đi kèm theo đó cũng là những mối nguy hiểm tiềm ẩn. Đặc biệt là về vấn đề cháy, nổ khi mà nguồn nhiệt phát ra khá cao. Hiện nay, đây là vấn đề được ưu tiên hàng đầu sau hàng loạt tai nạn cháy, nổ xảy ra liên tục không những trong nước mà còn trên thế giới. Do đó, việc tạo ra thêm nhiều vật liệu có khả năng chống cháy, nổ cũng được ưu tiên.
Chính vì lí do này nên ngoài việc sử dụng hỗn hợp PBT và PA6 nguyên sinh thì nhóm còn bổ sung thêm sợi thủy tinh vào hỗn hợp. Mục đích của việc 1 này là để tăng cường khả năng chống cháy cho hỗn hợp vật liệu sau cùng, cụ thể ở đây là khung chịu nhiệt của bếp hồng ngoại. Hỗn hợp PBT/PA6 sau khi được gia cường sợi thủy tinh không chỉ tạo ra một hỗn hợp mới có ưu điểm vượt trội hơn về cơ tính mà còn có khả năng chống cháy và có thể tạo tiền đề để tạo ra thêm các hỗn hợp khác có khả năng tương tự.2: Khung chịu nhiệt của bếp hồng ngoại PBT ứng dụng nhiều trong kỹ thuật điện, trong xây dựng, sản xuất các bộ phận của ô tô, đồ điện gia dụng và các vật dụng gia đình… Được ứng dụng nhiều như vậy chính là nhờ vào các ưu điểm như độ bền cao, độ cứng cao, có khả năng kháng hóa chất tốt, độ bền kích thước cao. Ngoài ra, nhờ vào khả năng kháng dung môi và kháng clo mạnh, PBT còn được dùng nhiều trong dụng cụ bể bơi.
Tuy nhiên, vẫn có những mặt hạn chế như độ dai va đập thấp, nhiệt độ biến dạng thấp, không có khả năng kháng bazơ mạnh… Do đó, PBT vẫn khá hạn chế trong một số lĩnh vực khác. PA6 là một loại nhựa nguyên sinh được biết đến rất nhiều hiện nay. Ưu điểm của PA6 rất nhiều như bền, nhẹ, chịu được mài mòn và rất bền trong môi trường hóa chất. Không chỉ vậy, PA6 có thể chịu được nhiệt độ thấp, dễ gia công, dễ pha màu, không độc hại và còn có khả năng cách điện tốt.
Bởi vì những ưu điểm trên, PA6 không chỉ được ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất ô tô, công nghiệp điện, điện tử, máy móc chính xác và thiết bị y tế mà còn có vai trò quan trọng trong các ứng dụng thực tế như cánh quạt gió, bánh răng, chi tiết bơm… Tuy nhiên, PA6 lại có hạn chế về mặt hút ẩm cao, khả năng chống axit kém… nên cần có những giải pháp gia cường hoặc kết hợp với loại nhựa khác để cải thiện nhược điểm này. Sợi thủy tinh là loại vật liệu bao gồm nhiều sợi thủy tinh cực kỳ mịn, dựa trên silica hoặc thủy tinh công thức khác được ép thành nhiều sợi với đường kính nhỏ phù hợp. Sợi thủy tinh có các đặc tính cơ học khá giống với các vật liệu dạng sợi khác như polyme và sợi carbon. Dù không đạt độ cứng cao khi so với sợi carbon nhưng giá thành lại rẻ hơn và ít giòn hơn khi sử dụng trong vật liệu tổng hợp.
Vì vậy, sợi thủy tinh đã trở thành chất gia cố cho nhiều sản phẩm polymer nhằm tổng hợp thành vật liệu composite hay còn gọi là nhựa gia cường sợi 2 thủy tinh. Vật liệu sau khi được gia cường sợi thủy tinh thì độ bền, độ cứng và khả năng chịu va đập đều được tăng lên vượt trội. Những ưu điểm khác của sợi thủy tinh như có trọng lượng nhẹ, độ bền cao, có khả năng cách nhiệt tốt, kháng được nước và axit… Nhờ đó, sợi thủy tinh được ứng dụng rất rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực từ đời sống, sản xuất ô tô, y tế hay thậm chí là quân sự… Tuy nhiên, sợi thủy tinh vẫn có thể gây hại về sức khỏe như gây ngứa ngáy cho da và gây kích ứng đến đường hô hấp (ho, nghẹt mũi, đau họng…). Do đó, khi tiếp xúc với sợi thủy tinh cần được trang bị bảo hộ đầy đủ.
Những hạn chế kể trên của PBT đã được nhiều nhà nghiên cứu trước đây chỉ ra. Để cải thiện thì có nhiều cách đã được đề ra nhưng phổ biến và tiết kiệm chi phí nhất là phương pháp trộn hỗn hợp. Kết hợp những ưu điểm vượt trội về cơ tính của PA6 như độ bền, khả năng chịu va đập cao cùng PBT với sợi thủy tinh có khả năng chịu nhiệt tốt bằng cách trộn các loại vật liệu này với nhau để tạo ra một composite mang nhiều đặc tính vượt trội. Trên thế giới đã có những nghiên cứu về hỗn hợp PBT/PA6 nhưng chưa khai thác hết các khía cạnh về mặt cơ tính.
Do đó, sự kết hợp của PBT, PA6, sợi thủy tinh hoàn toàn có thể tạo ra một vật liệu mới vượt trội về mặt cơ tính, có khả năng ứng dụng nhiều hơn trong tương lai. Tính cấp thiết của đề tài Ô nhiễm môi trường là một vấn đề đang ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh hoạt và sức khỏe của con người. Do đó, nhóm nghiên cứu thực hiện đề tài này nhằm tái chế rác thải nhựa là điều vô cùng cần thiết trong việc góp phần bảo vệ môi trường. Không chỉ vậy, chi phí xử lí rác thải nhựa cũng được giảm đi phần nào đối với các doanh nghiệp sản xuất.
Hơn hết, việc tạo nên một hỗn hợp polymer mới có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các ngành khoa học. Hỗn hợp polymer PBT/PA6/GF sẽ tạo nên một vật liệu mới có hiệu suất cao, giúp khả năng ứng dụng của PBT trở nên đa dạng hơn trong nhiều lĩnh vực và cải thiện chi phí sản xuất. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài “Nghiên cứu cơ tính và cấu trúc của hỗn hợp polybutylene terephthalate/polyamide 6/sợi thủy tinh với polybutylene terephthalate/polyamide 6” nghiên cứu này tập trung về cơ tính và cấu trúc vi mô của các mẫu thử hỗn hợp PBT/PA6/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 tác giả trong nước mà còn đối với các tác giả quốc tế.
Việc nghiên cứu về sự ảnh hưởng của GF đến hỗn hợp PBT/PA6/GF cũng mở ra thêm nhiều hướng mới nghiên cứu về chất thứ ba khi thêm vào để gia cố thêm cơ tính cho hỗn hợp. Ý nghĩa thực tiễn: Giải quyết vấn đề xử lý phế phẩm công nghiệp sau quá trình sản xuất, từ đó giảm thiểu ô 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, kỹ năng viết bài báo nghiên cứu khoa học. Mục tiêu của đề tài Việc nghiên cứu về sự ảnh hưởng của GF đến cơ tính của hỗn hợp PBT/PA6 nhằm mục đích: - Tạo ra vật liệu composite có ưu điểm vượt trội về cơ tính, cụ thể là độ bền kéo, khả năng chịu va đập.
- Tìm ra tỷ lệ mang nhiều đặc tính tối ưu nhất để ứng dụng vào các sản phẩm thực tế trong đời sống. - Nghiên cứu về khả năng kết hợp của các chất có trong hỗn hợp PBT/PA6/GF. Nhiệm vụ của nghiên cứu Những nhiệm vụ của đề tài: - Trộn GF vào hỗn hợp gồm có PBT và PA6 theo những tỷ lệ đã quy định và ép phun mẫu. - Đo độ bền kéo, độ dai va đập, phân tích nhiệt DSC, đo độ mềm chảy MFI và chụp tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6 và hỗn hợp PBT/PA6/GF.
Phân tích, đưa ra lý giải về lý do dẫn đến sự thay đổi ở kết quả thu được. - Quy hoạch thực nghiệm tìm ra phương trình thực nghiệm để thể hiện sự ảnh hưởng của GF đối với hỗn hợp PBT/PA6/GF với các tiêu chí về cơ tính. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu về độ bền kéo, độ dai va đập, phân tích nhiệt DSC, độ mềm chảy MFI, tổ chức tế vi của các mẫu PBT/PA6/GF. Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các mẫu sau quá trình ép phun với nhiệt độ khuôn cố định, khảo sát cơ tính trên máy đo của các mẫu từ tỷ lệ 0, 3, 6, 9, 12, 15 và 18% hàm lượng GF được thêm vào hỗn hợp PBT/PA6.
Phương pháp nghiên cứu Một số phương pháp được sử dụng trong đề tài: - Mẫu được tạo ra bởi phương pháp ép phun trên máy ép phun nhựa TOSHIBA-100 tấn. Với vật liệu là hỗn hợp ba chất PBT, PA6 và PBT30-GF được trộn theo một tỉ lệ nhất định. - Phương pháp đo và phương pháp dùng dụng cụ đo.