CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường là một trong những vấn đề gây nhức nhối không chỉ ở Việt Nam mà cả trên toàn thế giới. Nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm môi trường chủ yếu do rác thải từ hoạt động sinh hoạt của con người, chất thải công nghiệp, hoạt động nông nghiệp… Đặc biệt đối với quá trình sản xuất các hoạt động xả thải phế liệu, đốt phế liệu là một trong những hoạt động gây ảnh hưởng lớn đến môi trường. Chính vì thế mà nhiều công ty hiện nay đang phát triển các phương pháp tái chế lại các phế liệu trong quá trình sản xuất.
Nhận thấy rủi ro trong các phong tác phòng chống cháy nổ, em đề cử Polybutylene Terephthalate (PBT) có các đặc tính cơ học toàn diện như độ bền và độ cứng cao, hấp thụ độ ẩm thấp, kháng nước và hóa chất, ổn định nhiệt cao, độ cứng, mài mòn, thời gian đúc ngắn và bề mặt tốt là một loại polymer kỹ thuật thiết yếu trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Nhằm tìm vật liệu phù hợp để làm vỏ bình ắc quy chịu va đập tốt và chống cháy tốt hơn nhựa Acrylonitrin butadien styren (ABS) – loại nhựa được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị linh kiện điện tử. Các nghiên cứu về tái chế PBT còn rất ít, trong khi nguồn tài nguyên tái chế lại rất lớn, chẳng hạn như lông bàn chải đánh răng.1 Vỏ bình ắc quy Nhựa ABS là một loại nhựa nhiệt dẻo – chảy mềm thành chất lỏng dưới tác dụng của nhiệt độ cao và đóng rắn khi nguội; Thuộc dòng nhựa kỹ thuật do thường được ứng dụng nhiều trong sản xuất linh kiện kỹ thuật. Hạt nhựa ABS nguyên sinh có màu trắng tự nhiên hoặc hơi đục.
Nhựa ABS có độ bền cao, khả năng chống va đập, nhiệt và hóa chất. Độ bền của nó làm cho nó trở thành sự lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm đòi hỏi sức mạnh và hiệu suất lâu dài như vỏ bình ắc quy, các thiết bị điện tử,.Bên cạnh đó ABS vẫn có một số nhược điểm như: 1 o Khi gặp nhiệt độ cao dễ bị mềm, biến dạng, nóng chảy, khi cháy có mùi khét. o Hòa tan trong este, xeton (như axeton), cloroform và ethylene dichloride, chống chịu kém với dung môi clo, rượu và aldehyd. o Có thể hư hỏng do chịu tác động của ánh nắng.
PBT là một loại nhựa nhiệt dẻo hiệu suất cao thuộc họ Polyester Terephthalate. Tuy nhiên, PBT là loại nhựa kỹ thuật có các đặc tính cơ học toàn diện như độ cứng cao, độ bền kéo cao, ổn định nhiệt cao, cách điện tốt và khả năng chống nước. Chính vì những ưu điểm trên nên việc ứng dụng PBT trong ngành điện, điện tử, linh kiện ô tô khá phổ biến. Tuy nhiên, với những ưu điểm trên, PBT có một số nhược điểm như nhiệt độ biến dạng nhiệt thấp của PBT do nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh thấp, độ hấp thụ dung môi thấp và độ bền va đập thấp.
Vì vậy, việc ứng dụng PBT bị hạn chế bởi điều kiện làm việc có tác động hoặc một số điều kiện khác như môi trường có nhiệt độ cao. Có nhiều kỹ thuật để cải thiện tính chất cơ học của polyme, trong đó phổ biến nhất là phương pháp trộn. GF được thêm vào PBT để ngăn nhỏ giọt và giúp duy trì tính toàn vẹn của quá trình đốt cháy. Ép phun là một kỹ thuật xử lý khá phổ biến đối với PBT được gia cố bằng sợi thủy tinh.
Nó làm cho sản phẩm có kích thước ổn định và chính xác, chu kỳ ép phun ngắn và chi phí thấp, PBT được gia cố bằng sợi được sử dụng trong các bộ phận cách điện khác nhau cho kỹ thuật điện, điện tử và sản xuất linh kiện ô tô. Vì vậy, nghiên cứu về xử lý PBT được gia cố bằng sợi trở nên cần thiết. Ngoài ra, sợi thủy tinh còn ảnh hưởng đến khả năng đánh lửa của PBT. Vì vậy, nhiều nhà nghiên cứu tập trung chế tạo và cải tiến PBT gia cố sợi thủy tinh chống cháy.
Sợi thủy tinh (Glass Fiber) được hình thành từ sự nóng chảy và được sản xuất với nhiều thành phần khác nhau bằng cách thay đổi số lượng nguyên liệu thô, chẳng hạn như cát để tạo ra silicon, đất sét để sản xuất alumina, canxit để sản xuất oxit canxi và colemanite để sản xuất oxit boron. Hơn nữa, sợi vụn, sợi thô kéo trực tiếp, sợi thô lắp ráp và thảm là những sản phẩm quan trọng nhất được sử dụng trong ép phun, cuộn dây tóc, ép đùn, đúc tấm và xếp chồng thủ công để tạo thành vật liệu tổng hợp gia cố bằng sợi thủy tinh. Các nghiên cứu về cơ chế hư hỏng cho thấy PBT là một loại polymer nhạy cảm với tốc độ biến dạng. Kết quả thử nghiệm cơ học của PBT được gia cố bằng Glass Fiber (GF) cho thấy hỗn hợp có độ bền va đập được cải thiện.
Nhận thấy tiềm năng từ việc trộn PBT với GF, nên em chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ sợi thủy tinh đối với tác động cơ học của hỗn hợp PBT/GF” bằng cách trộn PBT/GF30, loại vật liệu hiện có trên thị trường cho nhiều ứng dụng hơn trong cuộc sống hàng ngày, chẳng hạn như vỏ bình ắc quy. Việc không sử dụng PBT/GF40 là do khi tỷ lệ sợi thủy tinh quá cao, việc gia công nhựa có thể trở nên khó khăn hơn. Các vấn đề như độ nhớt cao, khó khăn trong quá trình đúc và tạo hình có thể phát sinh, mặc dù sợi thủy tinh có thể cải thiện tính chất cơ học như độ bền kéo và độ cứng, tỷ lệ quá cao có thể làm giảm tính dẻo dai và độ bền va đập của nhựa. Điều này có thể làm giảm khả năng chịu lực và độ bền tổng thể của sản phẩm.
Sự kết hợp giữa sợi thủy tinh 2 và ma trận PBT cần có độ bền liên kết tốt để đảm bảo tính chất cơ học mong muốn. Khi tỷ lệ sợi thủy tinh quá cao, sự phân bố đồng đều và độ bền liên kết có thể bị ảnh hưởng, dẫn đến sự giảm hiệu suất tổng thể của vật liệu do đó việc không phổ biến PBT/GF40 có thể xuất phát từ những thách thức này. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay ô nhiễm môi trường đang ngày càng được quan tâm nhiều hơn vì tính nghiêm trọng của nó vì ảnh hưởng gây ra ngày càng lớn đến đời sống của con người. Chính vì thế đề tài của em là cần thiết để góp phần cải thiện môi trường.
Còn đối với doanh nghiệp, việc tái chế được phế thải (cụ thể là nhựa PBT) giúp tiết kiệm chi phí xử lý rác thải, vì PBT nguyên chất ít được ứng dụng. Hỗn hợp polymer PBT/GF là một vật liệu hiệu suất cao làm đa dạng khả năng ứng dụng của PBT trong việc phát triển sản phẩm mới bền hơn, chịu va đập, chống cháy tốt và hạ giá thành sản phẩm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài “Nghiên cứu độ bền uốn của vật liệu trộn hợp PBT/GF” nghiên cứu tập trung về độ bền uốn và cấu trúc vi mô của các mẫu thử hỗn hợp PBT/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 trong nước mà còn đối với quốc tế.
Việc nghiên cứu về sự ảnh hưởng của GF đến hỗn hợp PBT/GF cũng mở ra nhiều hướng mới nghiên cứu về chất thứ ba khi thêm vào để gia cố làm tăng 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, sử dụng sinh hoạt, 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, kĩ năng viết bài báo nghiên cứu khoa học… 1. Mục tiêu của đề tài Việc nghiên cứu về sự ảnh hưởng của tỷ lệ sợi thuỷ tinh đến độ bền uốn của hỗn hợp PBT/GF nhằm mục đích: − Tạo ra loại composite mới có đặc điểm cơ tính nổi bật, có độ bền uốn được cải thiện so với polimer PBT nguyên sinh.
− Tìm ra tỷ lệ mang nhiều đặc tính tối ưu nhất để ứng dụng vào các sản phẩm thực tế trong đời sống, chẳng hạn vỏ bình ắc quy… − Nghiên cứu về sự tương thích của hợp chất PBT và GF. Nhiệm vụ của nghiên cứu Những nhiệm vụ của đề tài nghiên cứu: 3 − Trộn PBT vào PBT/GF30 theo những tỷ lệ đã quy định và ép phun mẫu thử. − Đo độ bền uốn, chụp tổ chức tế vi của hỗn hợp. − Phân tích Chỉ số nóng chảy (MFI), phân tích nhiệt quét vi sai (DSC), đưa ra lý giải về lý do dẫn đến sự thay đổi trong kết quả đo được.
− Quy hoạch thực nghiệm tìm ra phương trình thực nghiệm thể hiện sự ảnh hưởng của GF trong hỗn hợp PBT/GF với các tiêu chí về độ bền uốn. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu − Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu về độ bền uốn, tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/GF. − Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các mẫu sau quá trình ép khi nhiệt độ khuôn cố định, khảo sát cơ tính trên máy đo của các mẫu từ tỷ lệ 0%GF đến 25%GF. Phương pháp nghiên cứu Một số phương pháp được sử dụng: − Phương pháp phân tích, tổng hợp lý thuyết.
− Phương pháp phân loại, hệ thống hóa lý thuyết. − Phương pháp quan sát khoa học. − Phương pháp thực nghiệm khoa học. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.
Tổng quan về ngành công nghiệp nhựa Chất dẻo, hay còn gọi là chất dẻo hoặc polymer, được dùng làm nguyên liệu chế tạo nhiều loại đồ dùng đóng góp quan trọng vào phục vụ cuộc sống con người cũng như phục vụ cho sự phát triển của nhiều ngành nghề và lĩnh vực kinh tế khác nhau: điện, điện tử, cơ khí, giao thông vận tải, thuỷ lợi, nông nghiệp…Cùng với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, chất dẻo dần được được sử dụng rộng rãi và trở thành vật liệu thay thế cho những vật liệu truyền thống tưởng chừng như không thể nào thay thế được là gỗ, kim loại, silicat… Nhựa xuất hiện ngày càng nhiều trong xung quanh cuộc sống chúng ta. Hãy nhìn những vật dụng trong không gian bạn sinh sống sẽ thấy rất nhiều đồ dùng làm bằng nhựa. Nhựa được dùng nhiều trong cuộc sống hàng ngày bởi tính chất của nhựa tương đối gọn nhẹ nên dễ dàng sử dụng để chế tạo ra các sản phẩm.