Tổng quan luận án

Vật liệu polyme nanocompozit (PNC) trên cơ sở nhựa nhiệt dẻo gia cường bằng hạt độn có kích thước nano, đặc biệt là ống cacbon nano (Carbon Nanotubes - CNT), thu hút sự quan tâm lớn trong khoa học vật liệu do sở hữu độ bền cơ học cao, độ bền nhiệt, khả năng chống chịu hóa chất, tỷ trọng nhẹ và khả năng gia công tạo hình. Trong số các loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật, polyamit 6 (PA6) sở hữu tính dẻo dai, độ bền mỏi, chịu mài mòn và kháng dung môi hidrocacbon tốt; tuy nhiên độ bền va đập và độ ổn định kích thước còn hạn chế khi hấp thụ ẩm. Ngược lại, polycacbonat (PC) có khả năng chịu va đập và độ trong suốt quang học cao nhưng lại kém bền trước một số dung môi và có độ nhớt nóng chảy cao.

Việc phối trộn hai loại nhựa này nhằm kết hợp các ưu điểm cơ lý gặp rào cản lớn do PA6 và PC không có khả năng trộn hợp tự nhiên, dẫn tới hiện tượng tách pha nhiệt động học. Bên cạnh đó, CNT có xu hướng phân tán không đồng đều, dễ tụ đám do lực liên kết Van der Waals lớn giữa các ống, và mức độ phân tán chọn lọc của CNT trong từng pha polyme là khác nhau. Mặc dù các hệ compozit đơn lẻ như PA6/CNT, PC/CNT hoặc các blend PA6 với polyolefin đã được nghiên cứu, việc kết hợp đồng thời blend PA6/PC với chất trợ tương hợp và gia cường bằng CNT chưa từng được công bố trong nước và còn nhiều khoảng trống thực nghiệm trên thế giới.

Luận án tiến sĩ hóa học của nghiên cứu sinh Hà Văn Thức, chuyên ngành Hóa lý thuyết và Hóa lý (mã số 9 44 01 19), thực hiện tại Học viện Khoa học và Công nghệ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Trần Thị Thanh Vân và TS. Lê Văn Thụ, đặt ra 2 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

  1. Chế tạo thành công polyme nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT đạt các tính chất cơ lý tối ưu.
  2. Tối ưu hóa các thông số gia công và xác lập quy trình phối trộn phù hợp để chế tạo polyme nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT.

Luận án triển khai 4 nội dung nghiên cứu chính:

  1. Chế tạo blend PA6/PC trên cơ sở sử dụng hệ chất trợ tương hợp là copolyme triblock styren-etylen-butylen-styren (SEBS) và SEBS ghép anhydrit maleic (SEBS-g-MA).
  2. Biến tính bề mặt CNT và chế tạo polyme nanocompozit trên cơ sở CNT biến tính kết hợp với blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA.
  3. Tối ưu hóa các thông số công nghệ gia công (nhiệt độ, thời gian, tốc độ trục vít) và xác định trình tự phối trộn qua phương pháp tạo masterbatch.
  4. Ứng dụng phương pháp mô phỏng số và sản xuất thử nghiệm một số sản phẩm chống va đập (bộ ốp che tay, vỏ mũ bảo hiểm) phục vụ trang bị của lực lượng vũ trang.

Nghiên cứu được hoàn thành năm 2019 với sự hỗ trợ kinh phí từ Dự án Khoa học công nghệ trọng điểm cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (mã số VAST.01/17-19) và sự phối hợp kỹ thuật của Phòng 5 – Viện H57 (Bộ Công an), Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các hướng nghiên cứu quốc tế và trong nước xoay quanh ba trục nội dung: biến tính tương hợp blend polyme nhiệt dẻo, cơ chế gia cường của CNT trong nền polyme, và công nghệ chế tạo vật liệu chống va đập.

Về nghiên cứu blend PA6/PC và các chất trợ tương hợp:

  • Horiuchi và cộng sự (1995–1997) chứng minh việc sử dụng hệ kết hợp SEBS và SEBS-g-MA cho blend PA6/PC giúp xảy ra phản ứng trùng hợp tại chỗ (in-situ) giữa nhóm amin ($-\text{NH}_2$) cuối mạch PA6 và nhóm anhydrit maleic (MA), tạo lớp đệm liên pha bao bọc các hạt PC phân tán trong nền PA6, cải thiện độ bền va đập Izod và mô đun đàn hồi.
  • Mohammad Reza Saeb và Maysan Farahani (2013) khẳng định tỷ lệ kết hợp SEBS/SEBS-g-MA tương ứng 50/50 trong blend PA6/PC làm tăng độ kết dính liên pha và gia tăng độ bền va đập vượt trội so với khi chỉ dùng đơn lẻ từng chất tương hợp.
  • Trong nước, các công trình của Thái Hoàng, Đỗ Quang Thẩm (2005) trên hệ PE/PA/PE-g-AAm; Đào Thế Minh, Thái Hoàng, Trần Thanh Sơn (2005) và Trần Hải Ninh (2008) trên hệ PA6/PP/PP-g-MA đã khẳng định vai trò của các polyme ghép MA trong việc làm mịn pha phân tán, cải thiện tính chất cơ lý và giảm độ hút ẩm của PA6.

Về hệ nanocompozit trên cơ sở PA6, PC và CNT:

  • Fang và cộng sự (2006) xử lý MWCNT bằng axit $\text{HNO}_3$ và ghép hexametylenđiamin (HMD), ghi nhận CNT biến tính amin phân tán đồng đều vào nền PA6 trên máy đùn hai trục vít HAAKE Mini-Lab, nâng cao mô đun dự trữ, nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh ($T_g$) và độ ổn định nhiệt.
  • Islam và cộng sự (2013) nghiên cứu chế tạo màng PA6/CNT qua dung môi axit fomic ($\text{HCOOH}$), thúc đẩy hình thành pha tinh thể $\alpha$ bền vững và làm tăng nhiệt độ thoái hóa nhiệt thêm khoảng $70\ ^\circ\text{C}$.
  • Đối với nền PC, Petra Pötschke và cộng sự (2004, 2010) khảo sát cấu trúc mạng lưới polyme - CNT khi pha loãng masterbatch PC/CNT và đánh giá ảnh hưởng của tốc độ trục vít (50, 100, 300 vòng/phút) trong việc bẻ gãy các đám tụ CNT; Kim và cộng sự xử lý CNT bằng dung dịch $\text{H}_2\text{O}_2$ ở $60\ ^\circ\text{C}$ trong 24 giờ để tạo liên kết hóa học PC-g-CNT trong quá trình trộn nóng chảy.
  • Các nghiên cứu trong nước về CNT chủ yếu tập trung vào nền cao su: Nguyễn Quang, Trần Văn Sung, Nguyễn Thị Thái (2009) trên CSTN/SBR/CNT và CSTN/PP/CNT; Đỗ Quang Kháng và cộng sự (2015) khảo sát phản ứng este hóa Fisher trên CNT; Ngô Trịnh Tùng, Lương Như Hải và cộng sự (2016) trên hệ CSTN/CR/CNT.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định: Chưa có công bố nào trong nước về chế tạo polyme blend PA6/PC, đồng thời trên thế giới chưa có nghiên cứu hoàn chỉnh về hệ polyme nanocompozit đa cấu tử kết hợp nhựa nền blend PA6/PC, chất tương hợp kép SEBS/SEBS-g-MA và chất gia cường MWCNT biến tính, cũng như quy trình công nghệ tạo masterbatch phục vụ ép phun sản phẩm chống va đập thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và mô hình nhiệt động

Luận án vận dụng các nguyên lý nhiệt động học pha polyme để giải thích khả năng trộn lẫn và tương hợp:

  • Phương trình biến thiên năng lượng tự do Gibbs của quá trình trộn hợp: $\Delta G_{mix} = \Delta H_{mix} - T\Delta S_{mix}$. Quá trình trộn hợp tự phát chỉ xảy ra khi $\Delta G_{mix} < 0$ và thỏa mãn điều kiện đạo hàm bậc hai theo nồng độ $\frac{\partial^2(\Delta G_m)}{\partial x_2^2} > 0$.
  • Biểu thức nhiệt động Flory - Huggins xác định thế hóa và tham số tương tác $\chi_{12}$, kết hợp các mô hình phương trình trạng thái (Flory, Patterson, Sanchez), mô hình hốc tế bào Simha và mô hình tương tác mạnh Brinke - Karasz.
  • Mối quan hệ giữa sức căng bề mặt hỗn hợp và khả năng dính ướt: $\sigma_{mix} = \sigma_1 + \sigma_2 - w$, phân tích ảnh hưởng của độ nhớt chảy mềm đến sự dịch chuyển và phân bố chọn lọc của CNT tại bề mặt ranh giới liên pha giữa PA6 và PC.
  • Cơ chế phản ứng ghép hóa học tại bề mặt tiếp xúc: Phản ứng giữa nhóm anhidrit maleic của chuỗi SEBS-g-MA với nhóm amin tận cùng của PA6 tạo liên kết imit bền nhiệt, trong khi phần mạch SEBS có độ tương đồng cấu trúc bao bọc pha phân tán PC.
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|               MÔ HÌNH CƠ CHẾ TƯƠNG HỢP VÀ GIA CƯỜNG TRONG VẬT LIỆU               |
|                                                                                   |
|  [Pha liên tục PA6] <---(Liên kết Imit)---> [SEBS-g-MA / SEBS] <---(Bao bọc)---> [Pha PC]
|           ^                                                                       |
|           |                                                                       |
|           +---------------- [ Cầu liên kết CNT biến tính ] -----------------------+
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Phương pháp thực nghiệm và kỹ thuật phân tích

Luận án kết hợp các phương pháp chế tạo và phân tích đặc trưng hóa lý, cơ lý hiện đại:

  • Phương pháp chế tạo: Phối trộn nóng chảy trên máy đùn hai trục vít và máy trộn kín Brabender; công nghệ chế tạo hạt masterbatch; công nghệ gia công ép phun mẫu thử và sản phẩm trên máy ép phun M-70A-DM và SM210.
  • Phân tích cấu trúc và thành phần:
    • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) để định danh các nhóm chức ($-\text{COOH}$, $-\text{CO}-\text{NH}-$, imit).
    • Nhiễu xạ tia X (XRD) đánh giá trạng thái tinh thể ($\alpha$, $\gamma$) của polyme và độ trật tự mạng lưới của CNT.
    • Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) xác định tỷ lệ nguyên tố bề mặt (C, O).
  • Phân tích hình thái học vi mô: Kính hiển vi điện tử quét (SEM, FESEM) khảo sát bề mặt đứt gãy và kích thước pha phân tán; Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) quan sát sự phân bố vi sợi CNT trong các pha polyme.
  • Phân tích nhiệt và lưu biến:
    • Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) và nhiệt lượng vi quét (DSC) xác định nhiệt độ thủy tinh hóa ($T_g$), nhiệt độ nóng chảy ($T_m$), nhiệt độ kết tinh ($T_c$) và độ ổn định nhiệt trong môi trường không khí.
    • Đo chỉ số chảy (MFI) và mô men xoắn dòng chảy để đánh giá khả năng gia công lưu biến.
  • Khảo sát cơ lý và thử nghiệm thực tế:
    • Đo độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt theo tiêu chuẩn ASTM D638.
    • Đo độ bền uốn, mô đun uốn theo ASTM D790.
    • Đo độ bền va đập Izod có khía theo ASTM D256 và không khía theo ASTM D4812.
    • Phương pháp mô phỏng số phân tích ứng suất động học và biến dạng va chạm của sản phẩm.
    • Kiểm tra khả năng chịu va đập cơ học và chống dao chém trên sản phẩm thực tế theo quy chuẩn ngành Công an.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1. Polyme blend trên cơ sở nhựa nhiệt dẻo PA6 và PC

Chương 1 tổng hợp có hệ thống cơ sở lý thuyết và thực tiễn về các vật liệu thành phần, cấu trúc compozit và sản phẩm chống va đập:

  • Trình bày chi tiết đặc trưng hóa lý, cấu trúc tinh thể ($\alpha$ và $\gamma$), cơ chế tổng hợp và các chỉ tiêu kỹ thuật tiêu chuẩn của nhựa PA6 (loại thương mại RTP 200A của Mỹ) và nhựa PC (LEXAN của Bayer).
  • Thống kê số liệu nhập khẩu hạt nhựa PA6 và PC về Việt Nam giai đoạn 2010–2015 từ Hiệp hội Nhựa Việt Nam (VPA), phản ánh nhu cầu ứng dụng thực tế ngày càng tăng.
Năm Lượng PA6 nhập khẩu (tấn) Lượng PC nhập khẩu (tấn)
2010 20.603 30.050
2011 42.796 35.440
2012 42.000 39.064
2013 46.203 51.571
2014 56.237 57.443
2015 62.826 61.148
  • Phân tích cơ sở nhiệt động học quá trình trộn hợp polyme, cơ chế tương hợp của các chất trợ tương hợp gốc maleic anhydrit (PE-g-MA, PP-g-MA, SEBS-g-MA) và đặc tính đàn hồi của SEBS.
  • Cung cấp dữ liệu so sánh cơ tính vượt trội của ống cacbon nano (SWCNT, MWCNT) so với vật liệu thông thường.
Vật liệu Ứng suất Young (GPa) Độ bền kéo đứt (GPa) Tỷ trọng ($\text{g/cm}^3$)
SWCNT 1054 150 1,4
MWCNT 1200 150 2,6
Thép 208 0,4 7,8
Gỗ 16 0,008 0,6
  • Đánh giá đặc trưng phân tán và hình thái cấu trúc của CNT trong các hệ blend nhựa nhiệt dẻo không trộn lẫn (PA6/ABS, PPS/PA66, PA6/PP, PVDF/PA6, PE/PA6, PC/SAN).
  • Khái quát nguyên lý ép phun, sơ đồ trục vít máy đùn, cơ chế biến dạng cấu trúc và các quy chuẩn kỹ thuật đánh giá mũ bảo hiểm, lá chắn và bộ ốp che tay chân chống va đập cho lực lượng vũ trang.

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình chế tạo mẫu và hệ thống thiết bị đo đạc:

  • Quy trình phối trộn blend PA6/PC với hệ tương hợp SEBS và SEBS-g-MA ở các tỷ lệ phần khối lượng (pkl) khác nhau.
  • Quy trình biến tính hóa học bề mặt MWCNT bằng hỗn hợp axit mạnh kết hợp rung siêu âm nhằm tạo các nhóm chức hoạt động ($-\text{COOH}$).
  • Thiết lập quy trình công nghệ chế tạo polyme nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT và phương pháp chế tạo hạt masterbatch.
  • Các thông số khảo sát tối ưu hóa gia công: biến thiên dải nhiệt độ trộn hợp, thời gian lưu trong buồng trộn, tốc độ quay của trục vít.
  • Thiết lập mô hình vật liệu chuẩn và các thông số của phương trình trạng thái phục vụ tính toán mô phỏng số biến dạng va chạm trên phần mềm chuyên dụng.
  • Quy trình ép phun thử nghiệm vỏ mũ bảo hiểm và bộ ốp bảo vệ tay trên máy ép phun công nghiệp SM210 và máy M-70A-DM.
  • Chi tiết phương pháp vận hành các thiết bị phân tích FTIR, XRD, EDX, TGA, DSC, SEM, TEM và các thiết bị đo cơ lý theo tiêu chuẩn ASTM D638, ASTM D790, ASTM D256, ASTM D4812.

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và thảo luận chuyên sâu qua 4 nhóm nội dung:

1. Cấu trúc và tính chất của polyme blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA

  • Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ PA6/PC: Khi phối trộn trực tiếp hai nhựa không có chất tương hợp, độ bền va đập của blend PA6/PC suy giảm do hiện tượng tách pha.
  • Khi đưa SEBS-g-MA vào từng nền nhựa riêng biệt (PA6 hoặc PC), độ bền va đập tăng lên rõ rệt.
  • Khi kết hợp đồng thời cả SEBS và SEBS-g-MA vào blend PA6/PC, hệ chất trợ tương hợp tạo ra hiệu ứng hiệp đồng. Phổ FTIR xác nhận sự hình thành liên kết imit giữa nhóm MA và amin của PA6.
  • Ảnh SEM chỉ ra rằng các hạt pha phân tán PC có kích thước nhỏ mịn và phân bố đồng đều trong nền liên tục PA6 nhờ lớp đệm SEBS bao bọc xung quanh, làm giảm ứng suất tập trung và tăng mô men xoắn dòng chảy.

2. Cấu trúc, tính chất của CNT và polyme nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT

  • Kết quả khảo sát CNT trước và sau biến tính bằng SEM, TEM, FTIR, XRD, EDX và TGA cho thấy: Quá trình biến tính axit đã bẻ gãy các liên kết $\text{C}-\text{C}$ yếu, gắn thành công các nhóm chức chứa oxi ($-\text{COOH}$) lên thành ống, làm giảm lực liên kết Van der Waals, tách rời các bó cụm CNT thành các vi sợi riêng lẻ mà vẫn giữ được cấu trúc mạng lưới cacbon cơ bản. Phân tích EDX chỉ ra tỷ lệ oxi tăng đáng kể sau biến tính; phân tích TGA cho thấy độ ổn định nhiệt của CNT biến tính trong không khí có sự thay đổi tương ứng với lượng nhóm chức được gắn vào.
  • Khi phân tán CNT vào blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA: Hàm lượng CNT ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu cơ lý. CNT biến tính phân tán đồng đều vào pha nền, đóng vai trò làm các "cầu nano" liên kết pha, làm tăng nhiệt độ thoái hóa nhiệt (TGA), tăng nhiệt độ kết tinh $T_c$ (DSC) và nâng cao đồng thời độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập của vật liệu.

3. Tối ưu hóa thông số công nghệ gia công và quy trình tạo Masterbatch

  • Nhiệt độ trộn nóng chảy: Nhiệt độ quá thấp khiến nhựa chưa chảy dẻo hoàn toàn, lực cắt quá lớn bẻ gãy mạch polyme; nhiệt độ quá cao gây thoái hóa nhiệt. Luận án đã xác lập vùng nhiệt độ gia nhiệt tối ưu cho từng khoang đùn.
  • Thời gian trộn: Xác định thời gian lưu tối ưu trong buồng trộn để đảm bảo CNT phân tán đều khắp mà không làm suy giảm độ dài mạch polyme.
  • Tốc độ trục vít: Tốc độ trục vít tăng làm tăng lực cắt cơ học giúp phá vỡ các đám tụ CNT; tuy nhiên tốc độ quá cao làm tăng nhiệt ma sát nội tại.
  • Quy trình tạo Masterbatch: Đánh giá tính chất cơ lý và hình thái học SEM của nanocompozit chế tạo theo các quy trình phối trộn khác nhau:
    • So sánh giữa trộn trực tiếp tất cả các cấu tử với quy trình chế tạo masterbatch trung gian (PC/CNT hoặc PA6/CNT).
    • Kết quả khẳng định việc chế tạo masterbatch trước, sau đó phối trộn với PA6 ở thời điểm thích hợp giúp CNT phân tán tối ưu nhất và đem lại các chỉ số cơ lý cao nhất.

4. Ứng dụng mô phỏng số và sản xuất thử nghiệm sản phẩm chống va đập

  • Sử dụng phương pháp mô phỏng số tính toán động học va chạm trên mô hình 3D mũ bảo hiểm và bộ ốp che tay: Phân tích sự phân bố ứng suất, mức độ tiêu tán năng lượng va đập và độ biến dạng theo các phương án độ dày vỏ sản phẩm, từ đó xác định độ dày tối ưu về mặt kỹ thuật và trọng lượng.
  • Tiến hành đùn trộn hạt compozit và ép phun thử nghiệm trên máy ép phun công nghiệp SM210 (với các thông số áp suất, nhiệt độ các khoang gia nhiệt được chuẩn hóa) để chế tạo vỏ mũ bảo hiểm và bộ ốp che tay.
  • Thử nghiệm thực tế các chỉ tiêu kỹ thuật tại đơn vị chuyên trách: Sản phẩm thử nghiệm chịu được va đập cơ học mạnh (va đập rơi búa, gậy đập, gạch đá) không nứt vỡ, đạt yêu cầu thử nghiệm chống dao chém và vượt các tiêu chuẩn cơ lý quy định cho trang thiết bị bảo vệ của lực lượng vũ trang.

Kết quả và những đóng góp mới

  1. Về mặt khoa học và lý luận:

    • Đã làm sáng tỏ cơ chế tương hợp hóa học và hình thái phân tán trong hệ blend đa cấu tử PA6/PC sử dụng hệ trợ tương hợp kép SEBS/SEBS-g-MA. Xác nhận vai trò của SEBS trong việc phân tán, bao bọc pha PC và phản ứng in-situ tạo liên kết imit của nhóm anhydrit maleic với chuỗi PA6.
    • Làm rõ quy luật phân tán và tương tác liên bề mặt của ống cacbon nano đa tường (MWCNT) sau biến tính axit trong nền blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA, chứng minh hiệu ứng gia cường đồng thời độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập của hệ vật liệu.

  2. Về mặt công nghệ và thực tiễn:

    • Xác lập được bộ thông số công nghệ tối ưu (nhiệt độ các vùng gia nhiệt, thời gian trộn, tốc độ trục vít) trên thiết bị đùn trộn và ép phun công nghiệp để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit đạt độ đồng nhất cao.
    • Xây dựng thành công quy trình công nghệ phối trộn qua giai đoạn masterbatch, giúp giải quyết bài toán phân tán đồng đều phụ gia nano ở quy mô pilot/công nghiệp.
    • Ứng dụng hiệu quả phương pháp mô phỏng số kết hợp chế tạo thử nghiệm thành công hai dòng sản phẩm chuyên dụng: vỏ mũ bảo hiểm và bộ ốp bảo vệ tay chống va đập cho lực lượng cảnh sát, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kiểm định cơ lý và an toàn thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu tập trung chủ yếu vào ống cacbon nano đa tường (MWCNT) biến tính bằng phương pháp axit hóa truyền thống; chưa khảo sát sâu ảnh hưởng của các tác nhân chức hóa bề mặt khác (như silan hóa, amin hóa trực tiếp chuỗi dài) hoặc các dạng hạt nano lai khác trong cùng hệ blend PA6/PC.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Khảo sát độ bền lão hóa nhiệt ẩm, độ bền thời tiết và bức xạ tia cực tím (UV) của vật liệu polyme nanocompozit trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa tại Việt Nam.
    • Mở rộng ứng dụng công nghệ masterbatch nanocompozit trên các dây chuyền ép phun tự động hóa hoàn toàn với sản phẩm có biên dạng hình học phức tạp hơn (như lá chắn chống bạo động kích thước lớn).

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị cao cho các đối tượng và lĩnh vực sau:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Hóa học, Khoa học Vật liệu, Công nghệ Polyme và Compozit: Tham khảo phương pháp luận nghiên cứu vật liệu tổ hợp đa cấu tử, kỹ thuật biến tính hạt nano cacbon, và phương pháp phân tích liên pha bằng FTIR, XRD, TGA, DSC, SEM, TEM.
  • Kỹ sư công nghệ và cán bộ R&D tại các nhà máy sản xuất nhựa kỹ thuật: Ứng dụng trực tiếp quy trình chế tạo masterbatch và chế độ công nghệ ép phun (nhiệt độ vùng nhiệt, áp suất bảo áp, thời gian chu kỳ) trên các dòng máy ép phun công nghiệp (SM210, M-70A-DM).
  • Cơ quan quản lý, viện nghiên cứu chuyên ngành An ninh - Quốc phòng: Tham khảo mô hình tính toán số va chạm và dữ liệu thực nghiệm để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật, thiết kế chế tạo các trang thiết bị bảo vệ cá nhân (mũ chống va đập, giáp ốp chi, khiên chắn).

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ chất trợ tương hợp nào được sử dụng để kết hợp hai loại nhựa không tương hợp PA6 và PC trong luận án?
Luận án sử dụng hệ chất trợ tương hợp kép gồm copolyme triblock styren-etylen-butylen-styren (SEBS) và copolyme SEBS ghép anhydrit maleic (SEBS-g-MA). SEBS đóng vai trò pha đàn hồi chia nhỏ và bao bọc các hạt PC, trong khi SEBS-g-MA tham gia phản ứng hóa học in-situ giữa nhóm maleic anhydrit (MA) với nhóm $-\text{NH}_2$ cuối mạch PA6 tạo liên kết imit, giúp gắn kết bền vững ranh giới hai pha polyme.

2. MWCNT được biến tính bằng phương pháp nào và nhằm mục đích gì?
MWCNT được biến tính hóa học bề mặt bằng hỗn hợp axit vô cơ mạnh kết hợp rung siêu âm. Quá trình này giúp bẻ gãy các liên kết $\text{C}-\text{C}$ yếu trên thành ống, gắn các nhóm chức cacboxyl ($-\text{COOH}$), làm giảm lực hút Van der Waals giữa các ống nano, từ đó phân tách các bó cụm CNT thành các vi sợi riêng lẻ, tăng cường khả năng dính ướt và phân tán đồng đều vào nhựa nền.

3. Tại sao phương pháp chế tạo qua hạt Masterbatch lại vượt trội hơn trộn trực tiếp?
Việc tạo masterbatch (nồng độ CNT cao trong một pha nhựa trung gian) trước khi pha loãng với PA6 tạo điều kiện cho lực cắt cơ học phân tán triệt để CNT trong môi trường nóng chảy có kiểm soát, ngăn chặn sự tái kết tụ của ống nano và điều hướng sự phân bố của CNT tại bề mặt liên pha tạo hiệu ứng "cầu nano", giúp nâng cao đáng kể các tính chất cơ học so với việc đưa đồng thời tất cả nguyên liệu vào máy trộn một lần.

4. Hai sản phẩm thực tế nào đã được sản xuất thử nghiệm từ vật liệu nanocompozit của luận án?
Vật liệu nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT đã được ứng dụng sản xuất thử nghiệm phần cứng của vỏ mũ bảo hiểm chống va đập và bộ ốp che bảo vệ tay dành cho lực lượng vũ trang (theo phối hợp nghiên cứu với Phòng 5 – Viện H57, Bộ Công an).

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Hà Văn Thức đã giải quyết thành công bài toán công nghệ về tương hợp hóa hệ blend PA6/PC và gia cường bằng ống cacbon nano đa tường biến tính. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết nhiệt động học polyme, phương pháp phân tích hóa lý hiện đại, mô phỏng số động lực học và thực nghiệm công nghệ gia công ép phun, công trình đã xây dựng hoàn chỉnh quy trình chế tạo vật liệu polyme nanocompozit chất lượng cao. Các sản phẩm vỏ mũ bảo hiểm và bộ ốp bảo vệ tay thử nghiệm đã chứng minh khả năng chịu va đập và chống dao chém xuất sắc, mở ra hướng ứng dụng thực tế rõ ràng cho lĩnh vực vật liệu kỹ thuật phục vụ an ninh và quốc phòng.