Nghiên cứu độ bền kéo của hỗn hợp poly butylene terephthalate và thermoplastic polyurethane

Nghiên cứu độ bền kéo của hỗn hợp poly butylene terephthalate và thermoplastic polyurethane tại HCMUTE, ứng dụng trong công nghiệp.

• Tác giả: Lữ Hoàng Khang
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Thị Hồng Nga
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên Cứu Độ Bền Kéo Của Hỗn Hợp Poly (Butylene Terephthalate) Và Thermoplastic Polyurethane
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Mục tiêu đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu nhựa PBT Poly (Polybutylene terephthalate) và TPU
• 2.2. Tính chất và ứng dụng của PBT
• 2.3. Tính chất và ứng dụng của TPU
• 2.4. Giới thiệu chung về vật liệu polyme blend
• 2.5. Phân loại polyme blend
• 2.6. Những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu polyme blend
• 2.7. Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend
• 2.8. Ưu điểm và ứng dụng của polyme blend
• 2.9. Hỗn hợp PBT/TPU blend
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƠ TÍNH CỦA VẬT LIỆU PBT/TPU
• 3.1. Tỷ lệ ép sản phẩm
• 3.2. Thiết kế mẫu thử
• 3.3. Tiêu chuẩn thiết kế mẫu
• 3.4. Thiết kế mẫu bằng phần mềm Inventor
• 3.5. Tổng quan về máy ép phun nhựa
• 3.6. Ép mẫu thử. Chuẩn bị mẫu
• 3.7. Quy trình ép sản phẩm
• 3.8. Xác định độ bền kéo cho vật liệu nhựa theo tiêu chuẩn ASTM D638
• 3.9. Các tiêu chuẩn thử kéo cho sản phẩm nhựa. Chuẩn bị mẫu
• 3.10. Dụng cụ thí nghiệm
• 3.11. Xác định độ dai va đập Charpy cho vật liệu nhựa theo tiêu chuẩn Charpy ISO 179-1
• 3.12. Các tiêu chuẩn độ dai va đập Charpy cho sản phẩm nhựa
• 3.13. Chuẩn bị mẫu
• 3.14. Dụng cụ thí nghiệm. Nghiên cứu tổ chức tế vi. Chuẩn bị mẫu
• 3.15. Dụng cụ thí nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
• 4.1. Kết quả kiểm tra độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638
• 4.2. Kết quả kiểm tra độ bền kéo
• 4.3. Kết quả kiểm tra độ dai va đập theo tiêu chuẩn Charpy. Kiểm tra độ dai va đập
• 4.4. Kết quả nghiên cứu tổ chức tế vi
• 4.5. Tổ chức bề mặt tế vi
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• 5.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu độ bền kéo của hỗn hợp PBT và TPU

Nghiên cứu này tập trung vào độ bền kéo của hỗn hợp PBT/TPU, hai loại polymer được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp. PBT (Polybutylene Terephthalate), một loại polymer nhiệt dẻo bán tinh thể, nổi tiếng với độ bền kéo và uốn cao. Tuy nhiên, PBT có nhược điểm là giòn, độ dai va đập kém. TPU (Thermoplastic Polyurethane), một loại polymer nhiệt dẻo khác, lại sở hữu độ bền va đập và độ đàn hồi tốt. Việc kết hợp PBT và TPU nhằm mục đích cải thiện tính chất cơ học, đặc biệt là độ bền kéo và độ dai va đập của PBT, mở rộng ứng dụng của vật liệu composite này. Nghiên cứu này sẽ phân tích ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn PBT/TPU đến các tính chất cơ học của hỗn hợp.

1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính là đánh giá độ bền kéo của hỗn hợp PBT/TPU với các tỷ lệ pha trộn khác nhau. Nghiên cứu sẽ xác định tỷ lệ tối ưu để đạt được sự cân bằng giữa độ bền kéo và độ dai va đập. Các phương pháp thử nghiệm chuẩn, như ASTM D638, được sử dụng để đo độ bền kéo. Phân tích dữ liệu sẽ giúp xác định mối quan hệ giữa tỷ lệ pha trộn, cường độ kéo, và độ giãn dài. Mô hình hóa có thể được sử dụng để dự đoán tính chất cơ học của hỗn hợp ở các tỷ lệ khác nhau. Kết quả sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc lựa chọn vật liệu phù hợp trong các ứng dụng thực tế.

1.2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thử nghiệm thực nghiệm. Các mẫu hỗn hợp PBT/TPU với các tỷ lệ pha trộn khác nhau được chuẩn bị. Quá trình chế tạo mẫu được thực hiện theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt để đảm bảo tính nhất quán. Độ bền kéo của các mẫu được đo bằng máy thử độ bền kéo vạn năng, tuân thủ tiêu chuẩn ASTM D638. Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng các phần mềm thống kê để xác định các mối quan hệ giữa các biến số. Kỹ thuật hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để quan sát cấu trúc vi mô của các mẫu, giúp giải thích các đặc tính cơ học quan sát được. Phân tích hình thái hỗ trợ hiểu rõ hơn về tính chất cơ học của vật liệu composite.

II. Phân tích kết quả thử nghiệm độ bền kéo

Phần này trình bày kết quả thử nghiệm độ bền kéo của các mẫu hỗn hợp PBT/TPU. Dữ liệu thu được từ máy thử độ bền kéo được phân tích để xác định cường độ kéo, độ giãn dài, và mô đun đàn hồi của mỗi mẫu. Ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn PBT/TPU đến các tính chất cơ học được thảo luận chi tiết. Các biểu đồ và bảng số liệu được sử dụng để minh họa kết quả một cách rõ ràng. Phân tích thống kê được thực hiện để đánh giá ý nghĩa thống kê của các kết quả.

2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn đến cường độ kéo

Kết quả cho thấy cường độ kéo của hỗn hợp PBT/TPU thay đổi theo tỷ lệ pha trộn. Khi tăng tỷ lệ TPU, cường độ kéo có xu hướng giảm. Điều này có thể do tính chất dẻo của TPU làm giảm độ cứng của hỗn hợp. Tuy nhiên, sự giảm cường độ kéo không quá đáng kể ở một số tỷ lệ pha trộn cụ thể. Phân tích vi mô cho thấy sự phân bố của TPU trong ma trận PBT ảnh hưởng đến cường độ kéo. Sự phân bố đồng đều của TPU giúp duy trì cường độ kéo tốt hơn so với sự phân bố không đồng đều.

2.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn đến độ giãn dài

Ngược lại với cường độ kéo, độ giãn dài của hỗn hợp PBT/TPU tăng lên khi tăng tỷ lệ TPU. TPU có độ giãn dài cao hơn so với PBT, dẫn đến việc tăng độ giãn dài tổng thể của hỗn hợp. Kết quả này cho thấy việc thêm TPU giúp cải thiện độ dẻo dai của hỗn hợp. Sự kết hợp giữa cường độ kéo và độ giãn dài cho thấy sự thay đổi về tính chất cơ học của vật liệu composite, hướng đến mục tiêu cải thiện độ bền kéo và độ dai va đập.

III. Kết luận và ứng dụng

Nghiên cứu đã thành công trong việc đánh giá độ bền kéo của hỗn hợp PBT/TPU và xác định ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn. Kết quả cho thấy việc thêm TPU vào PBT có thể cải thiện độ dai va đập của vật liệu. Tuy nhiên, cường độ kéo giảm nhẹ. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn tỷ lệ pha trộn PBT/TPU tối ưu cho các ứng dụng cụ thể, tùy thuộc vào yêu cầu về cường độ kéo và độ dẻo dai.

3.1 Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, ví dụ như sản xuất các linh kiện ô tô, đồ gia dụng, thiết bị điện tử. Việc lựa chọn tỷ lệ pha trộn phù hợp giúp tạo ra vật liệu composite có độ bền kéo và độ dai va đập đáp ứng yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng. Vật liệu composite PBT/TPU có thể thay thế các vật liệu truyền thống, mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.

3.2 Hướng phát triển nghiên cứu

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình chế tạo để cải thiện sự phân bố của TPU trong ma trận PBT, từ đó tăng cường hơn nữa độ bền kéo và độ dai va đập. Việc sử dụng các phụ gia khác cũng có thể được nghiên cứu để điều chỉnh các tính chất cơ học của hỗn hợp. Mô phỏng bằng phần mềm FEA có thể được sử dụng để dự đoán chính xác hơn tính chất cơ học của vật liệu composite.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của khoa học polymer, vật liệu polyme ngày càng giữ vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp và đời sống với nhu cầu ngày càng cao về độ bền, hiệu suất và giá thành hợp lý. Polybutylene terephthalate (PBT) là một loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật bán tinh thể được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất đồ gia dụng, linh kiện máy móc và điện tử nhờ độ bền kéo cao, khả năng chịu nhiệt lên đến 120°C và ổn định kích thước tốt. Tuy nhiên, PBT có nhược điểm là tính giòn và độ dai va đập thấp, dễ gãy khi có vết nứt vi mô. Ngược lại, thermoplastic polyurethane (TPU) là nhựa nhiệt dẻo có độ đàn hồi cao, khả năng chống mài mòn và độ bền va đập vượt trội, được sử dụng trong nhiều ứng dụng như vỏ điện thoại, giày thể thao và dây bọc cáp.

Mục tiêu nghiên cứu là cải thiện độ dai va đập của PBT bằng cách trộn với TPU, đồng thời đánh giá hiệu quả và nhược điểm của việc pha trộn này. Nghiên cứu tập trung vào việc so sánh cơ tính của hỗn hợp PBT/TPU với các tỷ lệ khác nhau, từ 0% đến 20% TPU, nhằm lựa chọn tỷ lệ tối ưu để nâng cao tính năng cơ học. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại TP. Hồ Chí Minh trong năm 2022, với các thí nghiệm được tiến hành tại Trung tâm Cao su và Chất dẻo TP. Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu polyme blend mới, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và mở rộng ứng dụng trong công nghiệp chế tạo máy và sản xuất linh kiện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết về vật liệu polyme blend, trong đó sự pha trộn hai hoặc nhiều loại polyme tạo ra vật liệu mới với đặc tính vượt trội hơn so với từng thành phần riêng lẻ. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Lý thuyết tương hợp polyme blend: Phân loại polyme blend thành ba loại dựa trên mức độ tương hợp giữa các pha: tương hợp hoàn toàn, tương hợp một phần và không tương hợp. Tính tương hợp ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ học và cấu trúc vi mô của vật liệu. Trong nghiên cứu này, PBT và TPU được xác định là hai pha không tương hợp hoàn toàn, thể hiện qua cấu trúc vi mô phân tán pha rõ ràng.

• Lý thuyết cơ tính vật liệu polyme: Đánh giá các đặc tính cơ học như độ bền kéo, độ dai va đập và biến dạng đứt gãy dựa trên các tiêu chuẩn ASTM D638 và ISO 179-1. Lý thuyết này giúp phân tích ảnh hưởng của tỷ lệ TPU đến cơ tính của hỗn hợp PBT/TPU.

Các khái niệm chính bao gồm: độ bền kéo (tensile strength), độ dai va đập (impact toughness), nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg), và cấu trúc vi mô (microstructure) quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu vật liệu PBT, TPU và hỗn hợp PBT/TPU với tỷ lệ TPU từ 0% đến 20% trọng lượng. Tổng cộng có 36 mẫu được chuẩn bị và thử nghiệm, mỗi nhóm mẫu gồm 5 mẫu theo tiêu chuẩn ASTM D638 cho kiểm tra độ bền kéo và 60 mẫu cho kiểm tra độ dai va đập theo tiêu chuẩn ISO 179-1.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Chuẩn bị mẫu: Hạt nhựa PBT và TPU được sấy chân không ở 80°C trong 6 giờ, sau đó trộn theo tỷ lệ xác định và ép phun bằng máy SHINE WELL 120T với nhiệt độ trục vít 190-193°C, nhiệt độ đầu khuôn 203-212°C, thời gian làm nguội 8 giây.

• Thí nghiệm cơ tính: Đo độ bền kéo trên máy kéo vạn năng AG-X plus Shimadzu với tải trọng tối đa 20 kN, sử dụng camera đo biến dạng không tiếp xúc. Đo độ dai va đập bằng máy đo va đập IT504 theo phương pháp Charpy.

• Quan sát tổ chức tế vi: Sử dụng kính hiển vi điện tử quét HITACHI S-4800 để khảo sát cấu trúc bề mặt và phân bố pha của các mẫu trước và sau khi thử nghiệm.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2022, từ chuẩn bị vật liệu, thiết kế mẫu, tiến hành thí nghiệm đến phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ bền kéo giảm khi tăng tỷ lệ TPU: Độ bền kéo trung bình của PBT nguyên chất đạt 37.13 MPa, trong khi hỗn hợp 20% TPU chỉ còn khoảng 13 MPa, giảm 63.6%. Độ bền kéo giảm dần theo tỷ lệ TPU tăng (5% TPU: ~31 MPa; 10% TPU: ~28 MPa; 15% TPU: ~26 MPa). Điều này được thể hiện rõ qua biểu đồ ứng suất-biến dạng, cho thấy sự giảm ứng suất tối đa và tăng biến dạng đứt gãy.

2. Độ dai va đập tăng rõ rệt với TPU: Độ dai va đập trung bình của PBT nguyên chất là 3.66 kJ/m², trong khi TPU nguyên chất đạt 34.61 kJ/m². Hỗn hợp PBT/TPU có độ dai va đập tăng dần theo tỷ lệ TPU, ví dụ mẫu 20% TPU đạt khoảng 8.45 kJ/m², gấp hơn 2 lần so với PBT nguyên chất.

3. Biến dạng đứt gãy tăng theo TPU: Biến dạng đứt gãy của PBT rất thấp (khoảng 1%), trong khi TPU có biến dạng rất lớn (trung bình 298%). Hỗn hợp PBT/TPU thể hiện sự gia tăng biến dạng đứt gãy theo tỷ lệ TPU, cho thấy tính dẻo dai được cải thiện.

4. Cấu trúc vi mô không đồng nhất: Quan sát SEM cho thấy hỗn hợp PBT/10% TPU có cấu trúc hai pha rõ ràng, với pha TPU phân tán dưới dạng giọt trong nền PBT. Không có sự kết dính mạnh giữa hai pha, thể hiện tính không tương hợp hoàn toàn, ảnh hưởng đến cơ tính hỗn hợp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự giảm độ bền kéo khi tăng TPU là do sự khác biệt về nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) giữa PBT (55-65°C) và TPU (-44°C). Ở nhiệt độ phòng (khoảng 37°C), PBT vẫn ở trạng thái cứng, trong khi TPU mềm và dẻo, làm giảm tính liên kết cơ học của hỗn hợp. TPU hoạt động như các vùng đàn hồi tập trung ứng suất, dẫn đến giảm ứng suất chịu kéo tối đa.

Tuy nhiên, TPU cải thiện đáng kể độ dai va đập và biến dạng đứt gãy của hỗn hợp, giúp khắc phục nhược điểm giòn của PBT. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về polyme blend không tương hợp, trong đó sự phân tán pha mềm trong pha cứng giúp tăng khả năng hấp thụ năng lượng va đập.

Biểu đồ ứng suất-biến dạng và độ dai va đập có thể được trình bày qua các biểu đồ cột và đường cong để minh họa rõ ràng xu hướng thay đổi theo tỷ lệ TPU. Bảng số liệu chi tiết hỗ trợ phân tích độ biến thiên và sai số trong các nhóm mẫu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu tỷ lệ TPU trong hỗn hợp: Khuyến nghị sử dụng tỷ lệ TPU từ 5-10% để cân bằng giữa độ bền kéo và độ dai va đập, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tính dẻo dai cao mà vẫn giữ được cơ tính tương đối.

2. Nâng cao tính tương hợp pha: Áp dụng các chất tương hợp hoặc phương pháp xử lý bề mặt để cải thiện liên kết giữa PBT và TPU, từ đó tăng cường độ bền kéo mà không làm giảm độ dai va đập.

3. Mở rộng nghiên cứu với phụ gia nano: Thêm các hạt nano như đất sét, ống nano carbon (CNT) hoặc sợi carbon (CF) để tăng cường cơ tính và ổn định cấu trúc vi mô của hỗn hợp.

4. Ứng dụng trong sản xuất linh kiện chịu va đập: Khuyến nghị các doanh nghiệp sản xuất linh kiện điện tử, ô tô và đồ gia dụng áp dụng hỗn hợp PBT/TPU với tỷ lệ phù hợp để nâng cao độ bền va đập sản phẩm, giảm thiểu hư hỏng do va chạm.

Các giải pháp nên được triển khai trong vòng 1-2 năm với sự phối hợp giữa viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp sản xuất vật liệu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Cơ khí chế tạo máy, Vật liệu polymer: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phân tích cơ bản về vật liệu polyme blend, hỗ trợ phát triển đề tài liên quan.

2. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu nhựa và linh kiện điện tử: Tham khảo để cải tiến sản phẩm, lựa chọn vật liệu phù hợp nhằm nâng cao tính năng cơ học và độ bền va đập.

3. Chuyên gia thiết kế sản phẩm công nghiệp: Áp dụng kiến thức về cơ tính và cấu trúc vi mô để thiết kế sản phẩm có độ bền cao, giảm thiểu rủi ro gãy vỡ trong quá trình sử dụng.

4. Cơ quan quản lý và phát triển công nghệ vật liệu: Sử dụng kết quả nghiên cứu để định hướng chính sách phát triển vật liệu mới, thúc đẩy ứng dụng khoa học công nghệ trong công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần pha trộn PBT với TPU?
   PBT có độ bền kéo cao nhưng giòn và dễ gãy, trong khi TPU có độ dai va đập và đàn hồi tốt. Pha trộn giúp cải thiện tính dẻo dai của PBT, mở rộng ứng dụng trong các sản phẩm yêu cầu chịu va đập.

2. Tỷ lệ TPU nào là tối ưu để cải thiện cơ tính?
   Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ TPU từ 5-10% là phù hợp để tăng độ dai va đập mà không làm giảm quá nhiều độ bền kéo, cân bằng giữa hai tính chất cơ học quan trọng.

3. Phương pháp nào được sử dụng để đánh giá cơ tính?
   Độ bền kéo được đo theo tiêu chuẩn ASTM D638 trên máy kéo vạn năng AG-X plus Shimadzu, độ dai va đập theo tiêu chuẩn ISO 179-1 bằng máy đo va đập IT504.

4. Cấu trúc vi mô ảnh hưởng thế nào đến tính chất vật liệu?
   Cấu trúc vi mô không đồng nhất với pha TPU phân tán trong nền PBT tạo ra sự không tương hợp, ảnh hưởng đến liên kết pha và cơ tính tổng thể, đặc biệt làm giảm độ bền kéo nhưng tăng độ dai va đập.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất thực tế không?
   Có, kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển vật liệu polyme blend mới, giúp doanh nghiệp cải tiến sản phẩm linh kiện chịu va đập, nâng cao chất lượng và độ bền sản phẩm.

Kết luận

• Đã xác định được ảnh hưởng của TPU đến cơ tính hỗn hợp PBT/TPU, với độ bền kéo giảm và độ dai va đập tăng theo tỷ lệ TPU.
• Tỷ lệ TPU từ 5-10% được khuyến nghị để cân bằng giữa độ bền và độ dai va đập.
• Cấu trúc vi mô SEM cho thấy sự phân tán pha TPU không đồng nhất, ảnh hưởng đến tính tương hợp và cơ tính.
• Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển vật liệu polyme blend mới, mở rộng ứng dụng trong công nghiệp chế tạo máy và sản xuất linh kiện.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu cải thiện tính tương hợp pha và bổ sung phụ gia nano để nâng cao cơ tính hỗn hợp.

Các bước tiếp theo bao gồm thử nghiệm với chất tương hợp, mở rộng tỷ lệ pha trộn và ứng dụng thực tế trong sản xuất. Độc giả và doanh nghiệp được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển sản phẩm mới, nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Sự phát triển trong lĩnh vực khoa học polymer trong những năm gần đã có những bước tiến mạnh mẽ, đã tạo ra những vật liệu mới có tiềm năng thương mại rất lớn. Nhu cầu về các loại vật liệu ngày càng được đòi hỏi cao như về độ bền, giá thành, hiệu suất và có tính công nghệ cao điều này đã dẫn đến việc sản xuất các sản phẩm mới ngày càng được mở rộng. Vật liệu Polyme ngày càng giữ vai trò quan trọng trong sản xuất và có vị trí đứng trong các loại vật liệu hiện nay, giờ đây polyme đã có thể thay thế nhiều vật liệu kỹ thuật thông thường như thép, đá và gỗ trong các lĩnh vực ứng dụng khác nhau, ngoài ra giá thành của vật liệu Polyme cũng thấp hơn so với các loại vật liệu khác.

Qua đó, vật liệu polyme tự nhiên và tổng hợp đều quan trọng đối với con người và nhu cầu sử dụng ngày càng tăng. Nghiên cứu vật liệu polyme ngày nay đã có nhiều cải tiến hơn để có thể thay thế các vật liệu hiện có, và các mô hình nghiên cứu đã được thực thiện trong các đề tài nghiên cứu trong nước nói chung và thế giới nói riêng, điều đó đã thể hiện tầm quan trọng của vật liệu polyme trong lĩnh vực này. Lý do chọn đề tài Do nhu cầu sử dụng nhựa nói riêng hay vật liệu tổng hợp nói chung trong nhiều lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống. Vật liệu tổng hợp là vật liệu được tạo thành từ hai hoặc nhiều chất với các tính chất vật lý hoặc hóa học khác nhau, khi kết hợp lại, tạo ra vật liệu với các đặc điểm khác nhau từ các thành phần riêng lẻ, có những đặc điểm vượt trội hơn so với vật liệu đơn lẻ.

PBT và TPU là hai loại nhựa được sử dụng phổ biến, rộng rãi trong đời sống hiện nay, ứng dụng vào một số lĩnh vực như: sản xuất đồ gia dụng, linh kiện máy móc, linh kiện điện tử,. PBT là một trong những polyme nhiệt dẻo kỹ thuật bán tinh thể quan trọng nhất được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Mặc dù có những ưu điểm vượt trội như vậy nhưng PBT lại có nhược điểm là giòn, độ dai va đập kém nên khi có các vết nứt vi mô sẽ dẫn đến gãy giòn. Vì vậy cần phải khắc phục độ dai vập kém của PBT để có thể ứng dụng được nhiều trong các lĩnh vực đời sống.

Nhựa TPU là loại nhựa nhiệt dẻo, có độ đàn hồi tốt, khả năng chống mài mòn vượt trội, có độ bền cao và có thể sử dụng trong thời gian lâu dài. 1 Luan van Hiểu được đặc tính của PBT và TPU, việc kết hợp chúng lại tạo ra một loại vật liệu mới với mong muốn có được những đặc tính có lợi của cả hai và tận dụng chúng vào các lĩnh vực trong sản xuất và đời sống. Mục tiêu đề tài Cải thiện độ dai va đập của PBT, xem xét tính hiệu quả và nhược điểm của việc trộn PBT với Polymer khác có độ dai va đập cao. Trong nghiên cứu này, chọn vật liệu PBT và TPU trộn với nhau để nghiên cứu về các đặc tính của cả hai loại nhựa: − So sánh cơ tính của hỗn hợp PBT/TPU trước và sau khi thêm TPU.

− Lựa chọn tỉ lệ thích hợp của TPU khi thêm vào hỗn hợp PBT/TPU để cải thiện cơ tính. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp chính là dựa trên cơ sở lý thuyết, tiến hành triển khai thực nghiệm, lấy mẫu nghiên cứu. Phân tích, so sánh, đối chiếu kết hợp với các phương pháp phân tích, thu thập thông tin để đánh giá kết quả. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Các vấn đề và lĩnh vực liên quan đến nhựa PBT, TPU, nhựa nhiệt dẻo.

2 Luan van CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu nhựa PBT Poly (Polybutylene terephthalate) và TPU 2. Tính chất và ứng dụng của PBT Polybutylene terephthalate (PBT), được sản xuất bằng cách trùng ngưng axit terephthalic hoặc dimethyl terephthalate với 1,4-butanediol sử dụng chất xúc tác đặc biệt, có độ bền kéo và uốn cao, độ lệch nhiệt độ cao, độ hút ẩm thấp và ổn định kích thước tốt. PBT hoạt động tốt với các quy trình ép phun, đúc thổi hoặc đùn.

Các ứng dụng chính của nó bao gồm các bộ phận bên ngoài ô tô, bộ phận dưới mui xe, các bộ phận điện, chẳng hạn như đầu nối và nắp cầu chì, các thiết bị nhỏ và vỏ máy bơm [1]. PBT còn có độ cao cơ học, có thể chịu nhiệt độ cao lên đến 120 độ C. Ngoài ra nó còn có thể xử lý bằng chất chống cháy để không bắt lửa trong quá trình sử dụng. Tuy nhiên, PBT vẫn được coi là vật liệu giòn, thể hiện khả năng chống va đập thấp và không thích hợp cho các ứng dụng cụ thể đòi hỏi độ bền va đập cao.2 Tính chất và ứng dụng của TPU TPU là một nhựa nhiệt dẻo nổi bật để pha trộn với PBT vì nó có độ bền va đập tốt và tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp giữa các polyme này.

Cấu trúc vi mô của TPU kết hợp các phân đoạn mềm và cứng. Do đó đặc điểm nổi bật nhất của dòng hạt nhựa này chính là độ đàn hồi, sự trong suốt. Kèm theo đó là khả năng chống dầu, chống mài mòn.Các phân đoạn mềm thường tạo thành một ma trận đàn hồi để đảm bảo tính đàn hồi và hiệu suất ở nhiệt độ thấp của TPU. Ngược lại, các phân đoạn cứng là một điểm liên kết đa chức năng để liên kết chất gia cường và chất độn vật lý [2].

Nhựa TPU được ứng dụng nhiều trong đời sống như: vỏ ngoài của điện thoại, giày thể thao, công cụ điện, bảng điều khiển ô tô, dây bọc cáp, màng chống thấm… 3 Luan van Hình 2. Vật liệu Polyme blend 2. Giới thiệu chung về vật liệu polyme blend Tất cả các polyme đều thiếu sót trong ít nhất một thuộc tính, còn có thể nhiều hơn nữa. Sự pha trộn của hai hay nhiều polyme thường tạo ra một polyme có đặc tính mới mà không có thể đạt được từ bất kỳ thành phần riêng lẻ nào.

Pha trộn là cách của nhựa hiện tại và tương lai. Hỗn hợp polyme đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dựng. Việc sử dụng rộng rãi các đặc tính được chấp nhận trong công nghiệp của những vật liệu này trong cuộc sống hiện đại có thể được chứng minh bằng việc ghi nhận thực tế là hỗn hợp polyme chiếm 36% trọng lượng tổng polyme tiêu thụ và điều này tiếp tục tăng. Một hỗn hợp có thể cung cấp một tập hợp các đặc tính có thể cung cấp cho polyme có tiềm năng xâm nhập vào các lĩnh vực ứng dụng mà một trong hai polyme tạo thành hỗn hợp không thể thực hiện được.

Một lượng đáng kể hỗn hợp polyme thương mại đã có sẵn, và người ta mong đợi sẽ tiếp tục nỗ lực tạo ra các vật liệu mới với tính năng hóa học hoặc cơ học nâng cao. Ngoài ra, một số sửa đổi về đặc tính xử lý, độ bền và chi phí có thể đạt được thông qua pha trộn polyme. Sự thay đổi hành vi của hệ thống polyme đã là chủ đề của nhiều nghiên cứu. Pha trộn cũng tạo ra vật liệu với sự kết hợp tuyệt vời của các đặc tính cơ học, nhiệt, hóa học, và hình thái học.

Pha trộn cung cấp một phương pháp dễ dàng và chi phí thấp để phát triển các vật liệu cao phân tử với các đặc tính mong muốn.Việc Pha trộn polyme đã được thiết lập như một phương tiện hiệu quả để thay đổi cấu tạo các đặc tính của vật liệu polyme. Trộn polyme cũng cung cấp một phương tiện tái sử dụng và tái chế chất thải polyme dễ dàng và hữu ích. Các lợi ích của việc pha trộn polyme có thể được tóm tắt như sau: 4 Luan van − Tăng cường sử dụng và đa dạng hóa tối đa các polyme hiện có. − Chi phí phát triển rất thấp.

− Khả năng xử lý dễ dàng và phạm vi dịch vụ mở rộng. − Cải thiện các đặc tính so với các homopolyme riêng lẻ. Những yếu tố quyết định đặc tính của vật liệu polyme blend [3, 4, 5]: − Cấu trúc hình thái (thể hiện cấu trúc trên phân tử của vật liệu). − Tính tương hợp (liên quan đến sự tạo thành pha tổ hợp ổn định và đồng thể từ hai hay nhiều loại polyme thành phần).

− Khả năng trộn hợp (liên quan đến khả năng trộn lẫn polyme thành phần trong những điều kiện nhất định tạo thành những tổ hợp đồng thể hoặc dị thể). Trong đó, tính tương hợp của các cấu tử thành phần có vai trò quan trọng trong việc quyết định tính chất của polyme blend. − Ở một số loại polyme blend, các cấu tử có thể tự hòa trộn vào nhau tới mức độ phân tử và cấu trúc này tồn tại ở trạng thái cân bằng, người ta gọi những hệ này là những hệ tương hợp về mặt nhiệt động học. Cũng có những hệ khác mà trong đó tính tương hợp được tạo thành nhờ những biện pháp gia công nhất định, chúng được gọi là những hệ tương hợp về mặt kỹ thuật.

Những tổ hợp polyme trong đó tồn tại những pha khác nhau dù rất nhỏ (micro) gọi là tổ hợp không tương hợp. Phân loại polyme blend Polyme blend có thể chia làm 3 loại theo sự tương hợp của các polyme thành phần [4, 5]: − Polyme blend trộn lẫn và tương hợp hoàn toàn: có entanpy nhỏ hơn không do có các tương tác đặc biệt và sự đồng nhất được quan sát ở mức độ phân tử. Đặc trưng của hệ này là chỉ có một giá trị nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) nằm ở khoảng giữa Tg của hai pha thành phần. Sự có mặt của các chất tương hợp ở bề mặt phân pha có thể ngăn ngừa sự kết tụ của từng polyme thành phần trong quá trình gia công, làm cho polyme này dễ phân tán vào polyme kia nhờ các tương tác đặc biệt [13].

− Polyme blend trộn lẫn và tương hợp một phần: một phần polyme này tan trong polyme kia, ranh giới phân chia pha không rõ ràng. Cả hai pha polyme (một pha giàu 5 Luan van polyme 1, một pha giàu polyme 2) là đồng thể và có hai giá trị Tg. Cả hai giá trị Tg chuyển dịch từ giá trị Tg của polyme thành phần ban đầu về phía polyme kia. − Polyme blend không trộn lẫn và không tương hợp: hình thái pha rất thô, không mịn, ranh giới phân chia pha rõ ràng, bám dính bề mặt hai pha rất tồi, có hai giá trị Tg riêng biệt ứng với giá trị Tg của polyme ban đầu.