Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Ngành công nghiệp nhựa đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu kinh tế và tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa tại Việt Nam cũng như trên toàn cầu. Theo số liệu của Hiệp hội Nhựa Việt Nam (VPA), sản lượng sản phẩm nhựa trong nước năm 2020 đạt khoảng 7,9 triệu tấn (tăng trưởng 6,8% so với cùng kỳ). Giai đoạn cuối năm 2021 và đầu năm 2022, dù chịu tác động bởi đại dịch COVID-19 và tình trạng khan hiếm nguồn nguyên liệu, sản lượng ngành vẫn đạt 9,54 triệu tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt khoảng 5,44 đến 5,5 tỷ USD năm 2022 với tốc độ tăng trưởng bình quân 12–20%/năm. Dự báo của Mordor Intelligence cho thấy thị trường nhựa Việt Nam duy trì tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) khoảng 8% trong giai đoạn 2023–2028. Cả nước hiện có gần 4.000 doanh nghiệp nhựa (trong đó 90% là doanh nghiệp vừa và nhỏ, tập trung chủ yếu ở khu vực phía Nam) với tổng doanh thu đạt trên 25 tỷ USD và năng lực sản xuất các chủng loại nhựa nguyên sinh như PVC, PP, PET, PS, PE đạt gần 3 triệu tấn/năm.

Trên thế giới, ngành nhựa tăng trưởng ổn định bình quân 9% trong hơn 50 năm qua, với tổng sản lượng tiêu thụ ước đạt 500 triệu tấn. Nhu cầu tiêu thụ nhựa được thúc đẩy mạnh mẽ từ các ngành công nghiệp hạ nguồn như bao bì thực phẩm (tăng 3,8%/năm), thiết bị điện tử (tăng 3,1%/năm), xây dựng (tăng 6–8%/năm), giao thông vận tải và chế tạo ô tô.

Trong bối cảnh nhu cầu tiêu thụ vật liệu composite ngày càng mở rộng, việc nghiên cứu cải tiến công nghệ vật liệu nhằm nâng cao độ bền cơ tính, khả năng chống ăn mòn và tối ưu hóa chi phí sản xuất trở thành yêu cầu cấp thiết. Đồng thời, tro bay (Fly Ash) – một loại phế thải công nghiệp phát sinh với khối lượng lớn từ các nhà máy nhiệt điện đốt than, nhà máy xi măng và luyện kim – đang đặt ra bài toán lớn về xử lý môi trường. Việc tận dụng tro bay làm chất độn (filler) gia cường cho nền nhựa kỹ thuật Polyamide 6 (PA6) không chỉ giúp giải quyết vấn đề chất thải mà còn mở ra hướng đi nhằm giảm giá thành vật liệu, nâng cao tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp sản xuất sản phẩm đúc ép phun.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Đề tài "Research on the durability of injection molding products with plastic composite materials and fly ash" (Mã số đề tài: CTM-51) đặt ra mục tiêu nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc và đánh giá độ bền cơ lý của vật liệu composite nền nhựa PA6 khi được gia cường bằng chất độn tro bay cùng các phụ gia tương hợp thông qua công nghệ đúc ép phun.

Để hiện thực hóa mục tiêu trên, các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Tổng quan lý thuyết về vật liệu nhựa Polyamide 6 (PA6), nguồn phụ phẩm tro bay (Class C và Class F), chất liên kết Silane A1100 và công nghệ ép phun nhựa.
  2. Thiết lập quy trình xử lý bề mặt hạt nhựa PA6, tro bay và chuẩn bị dung dịch phụ gia tương hợp.
  3. Phối trộn vật liệu và chế tạo các mẫu thử nghiệm cơ tính bằng phương pháp đúc ép phun ở các tỷ lệ tro bay khác nhau (0%, 2,5%, 5%, 7,5%).
  4. Thực nghiệm kiểm tra cơ tính của mẫu thử gồm: đo độ cứng Shore D, đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638, đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790.
  5. Phân tích hình thái học vi cấu trúc bề mặt gãy bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phân tích tính chất nhiệt, độ kết tinh bằng phương pháp nhiệt lượng kế quét vi sai (DSC).
  6. Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi và mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) để phân tích, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền composite.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu composite nền nhựa Polyamide 6 (PA6 UBE 1022 MT2) kết hợp với chất độn tro bay (BT) ở các hàm lượng 0%, 2,5%, 5%, 7,5% khối lượng và chất kết nối Amino Silane A1100.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Về mặt công nghệ: Quy trình đúc ép phun nhựa trên máy ép phun công nghiệp và quy trình tiền xử lý vật liệu trong phòng thí nghiệm.
    • Về mặt cơ lý: Đánh giá độ bền kéo, độ bền uốn, độ cứng Shore D, vi cấu trúc SEM và các chuyển biến nhiệt qua đường cong DSC.
    • Không gian và thời gian thực hiện: Đề tài được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (Khoa Đào tạo Quốc tế / Khoa Cơ khí Chế tạo máy), thời gian giao đề tài từ ngày 01/10/2023 đến ngày nộp báo cáo 08/03/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và vật liệu nghiên cứu

  • Nhựa Polyamide 6 (PA6): Còn gọi là Nylon 6 hoặc polycaprolactam, được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp mở vòng của caprolactam, có nhiệt độ nóng chảy ở 223°C. PA6 sở hữu độ bền kéo cao, khả năng kháng mài mòn, chống va đập, hệ số ma sát thấp và kháng hóa chất tốt. Hạt nhựa nguyên sinh sử dụng là loại masterbatch PA6 UBE 1022 MT2. PA6 có nhược điểm là tính hút ẩm cao làm thay đổi kích thước và suy giảm cơ tính, kém bền trong môi trường axit mạnh.
  • Tro bay (Fly Ash - BT): Là tro bụi mịn thu hồi từ quá trình đốt than trong buồng đốt nhà máy nhiệt điện hoặc lò quay xi măng, thành phần chính gồm $SiO_2$, $Al_2O_3$, $Fe_2O_3$, $CaO$... với kích thước hạt trung bình từ 1–10 µm (hoặc 9–15 µm). Tro bay được chia làm hai loại chính:
    • Class C: Tro kiềm, có nguồn gốc từ than non (sub-bituminous), hàm lượng $CaO > 20%$.
    • Class F: Tro axit, có nguồn gốc từ than antraxit và bitum, hàm lượng $CaO < 10%$, có hoạt tính pozzolanic cao.
  • Chất kết nối Silane A1100: Hóa chất Gamma-aminopropyltriethoxysilane (CAS: 919-30-2), dạng lỏng trong suốt không màu, độ màu $\le 25$ Pt-Co. Dung dịch Amino silane nồng độ 20% trong nước được sử dụng làm chất biến tính bề mặt nhằm tăng cường liên kết giữa nền nhựa phân cực PA6 và bề mặt vô cơ của hạt tro bay.
  • Hệ thống thiết bị ép phun: Đồ án tổng quan chi tiết cấu tạo máy ép phun nhựa gồm 4 phân hệ phụ trợ (khung máy, hệ thống thủy lực tạo lực kẹp và xoay trục vít, hệ thống điện điều khiển, hệ thống làm mát khuôn bằng nước/dung dịch ethylene glycol giải nhiệt dầu 90–120°F); hệ thống phun nhựa (phễu nạp liệu, xilanh gia nhiệt với các đai nhiệt heater bands, trục vít nén-chảy dẻo, cụm van một chiều non-return assembly, đầu vòi phun nozzle có đường kính lỗ nhỏ hơn lỗ bạc cuống phun 0,75 mm); hệ thống kẹp khuôn (xi lanh kẹp cơ cấu khuỷu/thủy lực, tấm kẹp động moveable platen, tấm kẹp tĩnh stationary platen, 4 thanh dẫn hướng tie bars và hệ thống chốt đẩy lói).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Phương pháp chuẩn bị mẫu và gia công: Sấy hạt nhựa PA6 trong tủ sấy nhiệt ở 80°C trong 24 giờ để loại bỏ ẩm hoàn toàn. Xử lý hoạt hóa bề mặt tro bay bằng dung dịch Amino Silane A1100 20%, tiến hành phối trộn đều các tỷ lệ thành phần trước khi nạp vào máy ép phun để tạo mẫu thử tiêu chuẩn.
  • Phương pháp kiểm tra cơ tính:
    • Đo độ cứng Shore D: Sử dụng thiết bị đo XF Shore D Plastic and Rubber Hardness Tester để xác định độ cứng bề mặt vật liệu nhựa cứng.
    • Đo độ bền kéo theo ASTM D638: Thực hiện trên máy kéo nén vạn năng kết nối phần mềm giám sát WinCC Runtime; tốc độ kéo đặt trong dải tiêu chuẩn từ 1–500 mm/phút (áp dụng tốc độ $\le 100$ mm/phút cho nhựa cứng có độ giãn dài thấp), ghi nhận ứng suất kéo đứt, độ giãn dài tương đối và mô đun đàn hồi (Elastic Modulus).
    • Đo độ bền uốn theo ASTM D790: Phương pháp uốn 3 điểm trên mẫu có tiết diện danh nghĩa 3,2–3,7 mm, khoảng cách nhịp gối đỡ (support span) là 51 mm (tương ứng tỷ lệ nhịp đỡ/chiều dày là 16), giới hạn độ võng uốn khảo sát ở mức 5%.
  • Phương pháp phân tích cấu trúc và nhiệt:
    • Kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope): Chiếu chùm tia điện tử phát xạ từ sợi đốt vonfram (tungsten filament) trong môi trường chân không cao, phân tích tín hiệu điện tử thứ cấp và điện tử tán xạ ngược trên mẫu được phủ hạt kim loại nặng để quan sát độ phân tán của hạt tro bay trong nền PA6.
    • Nhiệt lượng kế quét vi sai (DSC - Differential Scanning Calorimetry): Đo dòng nhiệt phụ thuộc nhiệt độ để xác định các điểm chuyển pha nhiệt và tính toán phần trăm độ kết tinh (Percentage crystallization) của các mẫu composite.
  • Phương pháp xử lý dữ liệu: Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi, tính toán tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N ratio) và cấu trúc mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số thành phần đến cơ tính sản phẩm.

Nội dung chính theo từng chương

CHAPTER 1: PROJECT SUMMARY & OVERVIEW OF RESEARCH IN THE SUBJECT AREA

Chương này tổng kết đề tài và phân tích bức tranh tổng thể về ngành công nghiệp nhựa trong nước và quốc tế. Tác giả trình bày các số liệu thống kê về sản lượng, doanh thu và kim ngạch xuất khẩu của ngành nhựa Việt Nam giai đoạn 2020–2022, dự báo tăng trưởng đến năm 2028 theo Mordor Intelligence. Nội dung phân tích các lĩnh vực ứng dụng trọng điểm của nhựa (mạng lưới điện, đồ gia dụng, năng lượng tái tạo, xây dựng, chi tiết cơ khí). Đồng thời, chương 1 làm rõ tính cấp thiết, lý do lựa chọn hướng nghiên cứu kết hợp PA6 với tro bay, xác định rõ mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu và các mốc thời gian thực hiện đề tài.

CHAPTER 2: THEORETICAL BASIC

Chương 2 trình bày toàn bộ cơ sở lý thuyết làm nền tảng cho thực nghiệm, bao gồm:

  • Cấu trúc phân tử, tính chất vật lý, tính chất hóa học (phản ứng thủy phân liên kết amide trong môi trường axit/bazơ), ưu nhược điểm và ứng dụng chế tạo chi tiết cơ khí (bánh răng, con lăn, cánh bơm, nắp động cơ ô tô) của nhựa Polyamide 6 (PA6 UBE 1022 MT2).
  • Khái niệm, thành phần hóa học ($SiO_2$, $Al_2O_3$, $Fe_2O_3$, $CaO$), phân loại tro bay Class C và Class F, các đặc tính pozzolanic và ứng dụng tái chế tro bay trong sản xuất bê tông, công trình đường băng sân bay và đường giao thông.
  • Đặc tính kỹ thuật của phụ gia ghép nối Gamma-aminopropyltriethoxysilane (Amino Silane A1100, CAS 919-30-2) và các ứng dụng tăng cường liên kết trong composite nhựa, sơn phủ và chất kết dính.
  • Nguyên lý vận hành và cấu tạo chi tiết của máy ép phun nhựa công nghiệp (hệ thống cấp liệu, xilanh, các vùng nhiệt của đai nhiệt, hình học trục vít, cụm van chặn một chiều, đầu vòi phun, hệ thống đóng mở khuôn cơ cấu khuỷu, tấm gá khuôn và hệ thống điều khiển màn hình máy tính).
  • Lý thuyết các phương pháp thử nghiệm cơ tính tĩnh và động, quy chuẩn kích thước mẫu và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D638 (thử kéo) và ASTM D790 (thử uốn 3 điểm).
  • Nguyên lý hoạt động của thiết bị phân tích vi cấu trúc SEM (súng phóng điện tử vonfram, thấu kính điện từ, detector, kỹ thuật phủ màng kim loại chống tích điện) và nguyên lý đo nhiệt dòng nhiệt của thiết bị DSC.

CHAPTER 3: EXPERIMENTAL AND SELECTION PROCESS

Chương 3 mô tả chi tiết các bước tiến hành thực nghiệm chế tạo mẫu:

  • Xử lý bề mặt nhựa PA6: Hạt nhựa PA6 được đưa vào buồng sấy nhiệt độ 80°C liên tục trong 24 giờ trước khi gia công nhằm triệt tiêu độ ẩm hấp thụ.
  • Xử lý bề mặt tro bay và pha chế phụ gia: Chuẩn bị dung dịch Amino silane A1100 nồng độ 20% trong môi trường nước để tạo tác nhân biến tính bề mặt hạt tro bay.
  • Quy trình phối trộn: Phối trộn cơ học đồng đều nền nhựa PA6, tro bay đã hoạt hóa bề mặt và các chất phụ gia theo 4 tỷ lệ khảo sát: 0% tro bay (mẫu đối chứng), 2,5% tro bay, 5% tro bay và 7,5% tro bay.
  • Đúc ép phun tạo mẫu: Thiết lập thông số ép phun trên máy ép và khuôn mẫu để chế tạo các bộ mẫu thử kéo và mẫu thử uốn theo đúng kích thước hình học tiêu chuẩn ASTM D638 và ASTM D790. Mỗi trường hợp thử nghiệm yêu cầu 2 bộ mẫu khác nhau phục vụ các bài đo lặp lại.

CHAPTER 4: ANALYSIS AND EVALUATION OF THE RESULTS

Chương 4 tập trung trình bày và phân tích các kết quả đo đạc thực nghiệm:

  • Kiểm tra độ cứng Shore D: Đánh giá độ cứng bề mặt của các mẫu composite bằng thiết bị đo XF Shore D Tester. Bảng số liệu Shore D ghi nhận sự biến thiên độ cứng theo hàm lượng tro bay gia cường.
  • Thử nghiệm độ bền kéo (Tensile test): Đồ thị ứng suất - biến dạng kéo được trích xuất thông qua hệ thống WinCC Runtime cho từng trường hợp (PA6 + 0% BT, PA6 + 2,5% BT, PA6 + 5% BT, PA6 + 7,5% BT). Các biểu đồ so sánh thể hiện rõ ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến ứng suất kéo giới hạn (Tensile strength), độ giãn dài khi đứt (Plastic elongation) và mô đun đàn hồi kéo (Elastic Modulus).
  • Thử nghiệm độ bền uốn (Flexural test): Đồ thị ứng suất uốn 3 điểm theo chuẩn ASTM D790 cho 4 nhóm mẫu; phân tích sự thay đổi của ứng suất uốn cực đại, biến dạng uốn và mô đun đàn hồi uốn dưới tác động của các hạt độn tro bay.
  • Phân tích hình thái vi cấu trúc bề mặt gãy (SEM): Ảnh chụp SEM hiển thị cấu trúc nền nhựa PA6 nguyên sinh và sự phân bố hình học, mức độ tương hợp pha, độ bám dính liên kết bề mặt giữa nền nhựa và các hạt tro bay hình cầu ở các tỷ lệ 2,5%, 5% và 7,5%.
  • Phân tích nhiệt vi sai (DSC): Các đường cong nhiệt DSC (PA6 + 0%, 2,5%, 5%, 7,5% Fly Ash) cung cấp thông tin về nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ kết tinh và đồ thị phần trăm độ kết tinh (Percentage crystallization chart) của vật liệu.
  • Phân tích tối ưu hóa Taguchi và ANN: Đồ thị tỷ số S/N và mô hình mạng nơ-ron nhân tạo giúp xác định mức độ tác động của các thành phần chính lên cơ tính tổng thể của vật liệu composite.

CHAPTER 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATION

Chương 5 đúc kết các phát hiện thực nghiệm chính của đề tài, đánh giá mức độ đáp ứng mục tiêu nhiệm vụ đề ra và đưa ra các kiến nghị kỹ thuật nhằm phát triển hướng nghiên cứu trong tương lai.


Kết quả và đóng góp

Kết quả thử nghiệm chính

Đồ án đã chế tạo thành công các bộ mẫu composite đúc ép phun từ nhựa PA6 kết hợp tro bay với các tỷ lệ 0%, 2,5%, 5%, 7,5% khối lượng có xử lý phụ gia ghép nối Silane A1100 20%. Dữ liệu thực nghiệm thu được phản ánh rõ quy luật ảnh hưởng của chất độn tro bay lên các chỉ tiêu cơ lý và nhiệt của vật liệu:

Hàm lượng tro bay (Fly Ash) Các chỉ tiêu cơ lý và nhiệt được phân tích Phương pháp / Tiêu chuẩn kiểm tra
PA6 + 0% Tro bay (Mẫu đối chứng) Độ cứng Shore D, Ứng suất kéo, Độ giãn dài, Mô đun kéo, Ứng suất uốn, Biến dạng uốn, Mô đun uốn, Độ kết tinh DSC Shore D Tester, ASTM D638, ASTM D790, DSC, SEM
PA6 + 2,5% Tro bay Độ cứng Shore D, Biểu đồ ứng suất kéo - uốn, Mô đun đàn hồi, Phân tán hạt SEM, Đường cong nhiệt DSC Shore D Tester, ASTM D638, ASTM D790, DSC, SEM
PA6 + 5,0% Tro bay Độ cứng Shore D, Biểu đồ ứng suất kéo - uốn, Mô đun đàn hồi, Phân tán hạt SEM, Đường cong nhiệt DSC Shore D Tester, ASTM D638, ASTM D790, DSC, SEM
PA6 + 7,5% Tro bay Độ cứng Shore D, Biểu đồ ứng suất kéo - uốn, Mô đun đàn hồi, Phân tán hạt SEM, Đường cong nhiệt DSC Shore D Tester, ASTM D638, ASTM D790, DSC, SEM
  • Về cơ tính kéo và uốn: Sự xuất hiện của các hạt tro bay dạng hình cầu vô cơ phân tán trong nền nhựa PA6 làm thay đổi rõ rệt mô đun đàn hồi và độ cứng của sản phẩm. Khi tăng tỷ lệ tro bay từ 0% lên 7,5%, mô đun đàn hồi kéo và uốn có xu hướng tăng lên do độ cứng của hạt khoáng tro bay đóng vai trò cản trở chuyển dịch chuỗi polymer, trong khi độ giãn dài khi đứt của mẫu nhựa có xu hướng giảm dần.
  • Về vi cấu trúc và tính chất nhiệt: Hình ảnh SEM xác nhận chất kết nối Amino Silane A1100 giúp các hạt tro bay phân bố tương đối đồng đều trong nền nhựa PA6. Kết quả phân tích nhiệt vi sai DSC cho thấy sự hiện diện của hạt tro bay hoạt động như các tâm mầm kết tinh dị thể, làm thay đổi nhiệt độ kết tinh và tỷ lệ phần trăm kết tinh của nền PA6.
  • Về phân tích tối ưu: Phương pháp Taguchi và mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) đã mô hình hóa thành công mức độ tác động của hàm lượng tro bay đến tỷ số S/N của các chỉ tiêu độ bền cơ học.

Giải pháp và đóng góp của đề tài

  1. Đề xuất quy trình công nghệ hoàn chỉnh từ khâu tiền xử lý sấy PA6 (80°C, 24 giờ), biến tính tro bay bằng Amino Silane A1100 nồng độ 20%, đến quy trình phối trộn và ép phun mẫu composite trên thiết bị công nghiệp.
  2. Chứng minh khả năng tái sử dụng nguồn phụ phẩm công nghiệp tro bay làm chất độn gia cường cho nhựa kỹ thuật PA6, góp phần giảm tỷ lệ sử dụng hạt nhựa nguyên sinh và hạ giá thành sản phẩm đúc.
  3. Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện (kết hợp cơ tính kéo, uốn, độ cứng, ảnh vi cấu trúc SEM và đường cong nhiệt vi sai DSC) phục vụ cho việc tính toán, thiết kế các sản phẩm ép phun từ vật liệu composite nhựa - tro bay.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Tỷ lệ khảo sát hàm lượng tro bay mới dừng lại ở dải hẹp từ 0% đến 7,5% khối lượng.
  • Nghiên cứu tập trung chủ yếu vào các chỉ tiêu cơ tính tĩnh (kéo, uốn, độ cứng bề mặt), chưa tiến hành các thử nghiệm về độ bền va đập (Izod/Charpy), độ bền mỏi dao động hay kiểm tra độ mài mòn dài hạn.
  • Chưa khảo sát sâu ảnh hưởng của độ ẩm môi trường đến cơ tính của sản phẩm composite sau thời gian dài sử dụng (đặc biệt trong điều kiện PA6 là vật liệu có tính hút ẩm cao).

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng dải tỷ lệ phối trộn tro bay lên các mức cao hơn (>7,5%) để xác định chính xác ngưỡng tới hạn làm suy giảm cơ tính vật liệu.
  • Khảo sát tối ưu hóa đồng thời các thông số công nghệ ép phun (nhiệt độ nung chảy các vùng xilanh, áp suất phun, áp suất duy trì định hình, nhiệt độ làm mát khuôn và thời gian làm nguội) bằng phương pháp Taguchi kết hợp thuật toán tối ưu.
  • Đánh giá khả năng chống cháy, độ bền lão hóa nhiệt và độ bền ăn mòn hóa chất của composite PA6/tro bay trong các điều kiện môi trường làm việc khắc nghiệt.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng:
    • Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh thuộc các ngành Công nghệ Chế tạo máy, Công nghệ Vật liệu, Kỹ thuật Cơ khí và Kỹ thuật Hóa học - Polymer.
    • Kỹ sư thiết kế khuôn mẫu, kỹ thuật viên vận hành quy trình ép phun nhựa tại các nhà máy chế tạo linh kiện phụ trợ ô tô, xe máy và thiết bị điện dân dụng.
  • Các nội dung có giá trị tham khảo nổi bật:
    • Quy trình xử lý biến tính bề mặt tro bay bằng dung dịch Silane A1100 20% nhằm cải thiện độ bám dính liên diện giữa chất vô cơ và polymer phân cực.
    • Phương pháp thiết lập chế độ ép phun và quy trình kiểm thử cơ tính theo đúng chuẩn ASTM D638 và ASTM D790 trên thiết bị đo kéo uốn kết nối WinCC Runtime.
    • Phương pháp phân tích tích hợp giữa hình thái học vi cấu trúc (SEM) và phân tích nhiệt quét vi sai (DSC) để lý giải cơ chế biến đổi cơ lý của vật liệu composite.

Câu hỏi thường gặp

1. Hạt nhựa nguyên sinh được sử dụng trong đề tài là loại nào và có nhiệt độ nóng chảy là bao nhiêu?
Đề tài sử dụng hạt nhựa kỹ thuật Polyamide 6 mã hiệu PA6 UBE 1022 MT2, có cấu trúc tổng hợp từ phản ứng trùng hợp mở vòng caprolactam với nhiệt độ nóng chảy danh nghĩa là 223°C.

2. Hóa chất nào được nhóm nghiên cứu sử dụng làm chất tăng cường liên kết giữa hạt nhựa PA6 và tro bay?
Nhóm nghiên cứu sử dụng phụ gia ghép nối Amino Silane loại A1100 (tên hóa học: Gamma-aminopropyltriethoxysilane, mã CAS: 919-30-2) pha ở nồng độ dung dịch 20% trong nước để biến tính bề mặt hạt tro bay và polyamide.

3. Mẫu thử nghiệm cơ tính kéo và uốn được kiểm tra theo những tiêu chuẩn kỹ thuật nào?
Thử nghiệm độ bền kéo của sản phẩm nhựa được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D638 (tốc độ kéo từ 1–500 mm/phút, áp dụng mức $\le 100$ mm/phút cho nhựa cứng). Thử nghiệm độ bền uốn được thực hiện theo phương pháp uốn 3 điểm theo tiêu chuẩn ASTM D790 với tỷ lệ nhịp đỡ/chiều dày là 16 (nhịp đỡ danh nghĩa 51 mm cho mẫu dày 3,2 mm).

4. Vì sao hạt nhựa PA6 phải trải qua công đoạn sấy nhiệt trước khi đưa vào máy ép phun?
Do PA6 có đặc tính hút ẩm tự nhiên cao làm ảnh hưởng xấu đến độ bền kích thước và cơ tính của sản phẩm sau đúc, nên hạt nhựa PA6 bắt buộc phải được sấy trong buồng nhiệt ở 80°C liên tục trong 24 giờ trước khi phối trộn và gia công.

5. Nhóm nghiên cứu đã khảo sát những tỷ lệ hàm lượng tro bay nào trong các mẫu composite?
Các tỷ lệ tro bay (BT) được đưa vào phối trộn và ép mẫu thử nghiệm gồm 4 mức: 0% (mẫu đối chứng PA6 nguyên sinh), 2,5%, 5% và 7,5% theo tỷ lệ khối lượng.


Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Research on the durability of injection molding products with plastic composite materials and fly ash" đã hoàn thành việc nghiên cứu chế tạo và đánh giá độ bền cơ nhiệt của vật liệu composite nền nhựa PA6 gia cường chất độn tro bay qua công nghệ đúc ép phun. Kết quả thực nghiệm bằng các phương pháp đo kéo ASTM D638, uốn ASTM D790, độ cứng Shore D, kết hợp phân tích vi cấu trúc SEM và nhiệt vi sai DSC đã làm sáng tỏ mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay (0%–7,5%) và các thông số cơ tính của sản phẩm. Công trình mang lại giá trị thực tiễn cao trong việc định hướng tái chế nguồn tro bay công nghiệp làm vật liệu gia cường kỹ thuật, giúp giảm chi phí sản xuất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.