LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
TÓM TẮT
Rác thải nhựa hằng năm từ các hoạt động đời sống mà con người thả ra là một trong những nguyên nhân góp phần làm cho môi trường trái đất nóng lên và bị đe dọa nghiêm trọng.Ý tưởng của việc nghiên cứu này bắt nguồn từ khi biết lông bản chải đánh răng thường được làm bằng 2 loại nhựa chủ yếu là từ polybutylene terephthalate(PBT) và polyamide 6 (PA6), trong quá trình sản xuất một lượng lớn phế thải nhựa được tạo ra từ quá trình cắt tạo hình cho phần lông.
PBT là một loại nhựa nhiệt dẻo. PBT cũng rất phổ biến do các đặc tính vượt trội như hiệu suất cơ học rất tốt, khả năng cách điện tốt và chống nước rất tốt. Từ những yêu điểm trên nhóm nghiên cứu thấy được sự thực tiễn cao và lợi ích của loại vật liệu nhựa này đem lại, nhưng ngoài những ưu điểm PBT vẫn tồn tại những nhược điểm chẳng hạn như nhiệt độ biến dạng nhiệt thấp, dễ cong vênh do co ngót khuôn, khả năng hấp thụ dung môi thấp và độ bền va đập thấp. Do đó việc áp dụng PBT bị hạn chế bởi các điều kiện làm việc có tác động mạnh hay một số điều kiện khắc nhiệt như môi trường nhiệt độ cao.
PA6 là một loại polymer bán tinh thể được sử dụng rộng rãi do các lợi ích kỹ thuật của nó, như nhiệt độ biến dạng nhiệt cao, kháng hóa chất tốt, độ bền và độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và mài mòn. Các tính chất cơ học vượt trội của PA6 trái ngược với PBT.
Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp trộn hai loại nhựa PBT và PA6 để cải thiện những nhược điểm của chúng mà vẫn giữ được tính chất tốt của từng loại nhựa. Tuy nhiên giữa 2 loại nhựa PBT và PA6 này có khả năng tương thích với nhau không tốt dẫn đến độ bền của hỗn hợp này thấp.Vì vậy nhóm đã bổ sung thêm chất thứ ba là carbon black (muội than- CB) để cải thiện tính chất cơ học của PBT VÀ PA6. Hỗn hợp PBT/PA6/CB được trộn với tỷ lệ 75/25/0, 75/25/4, 75/25/8, 75/25/12.
Các chỉ tiêu cơ tính được khảo sát bao gồm: độ bền uốn (ASTM D790), độ bền kéo (ASTM D638), độ dai va đập có rãnh V (ASTM D256) và không có rãnh V. Thêm vào đó còn có kết quả hình chụp tổ chức tế vi.
Sau khi kiểm tra và phân tích số liệu các mẫu nhựa nhóm nghiên cứu đưa ra kết luận như sau:
1. Quá trình phân tích nhiệt DSC cho thấy ảnh hưởng tính chất của polymer
khi ta thay đổi nhiệt độ. Tác động của carbon black đến hỗn hợp nhựa PBT/PA6 khá rõ rệt. So với hỗn hợp có chứa 4, 8, 12 % CB thì hỗn hợp PBT/PA6 có Nhiệt độ kết tinh (peak) cao hơn cụ thể là hỗn hợp PBT/PA6 có đỉnh nhiệt ở 224.5 oC và 3 hỗn hợp có chứa 4, 8, 12 % CB có đỉnh nhiệt giảm dần lần lượt là 223.9, 222.6, 220.5 oC.
2. Độ bền kéo của hỗn hợp PBT/PA6/CB đã cho thấy sự thay đổi khi bổ sung thêm CB vào hỗn hợp PBT/PA6. Cụ thể, khi thêm 4 % CB vào hỗn hợp PBT/PA6 thì độ bền kéo giảm từ 34.91 xuống còn 34.77 MPa; tuy nhiên khi tỷ lệ CB tăng lên 8 % CB thì độ bền kéo tăng lên 35.26 MPa. Khi tăng tỷ lệ CB lên 12 % thì hỗn
x
hợp nhựa đã giảm độ bền kéo xuống 31.18 MPa. Qua đó cho thấy CB đã có tác động tốt đến cơ tính cụ thể ở đây là khi thêm 8 % CB thì hỗn hợp nhựa đã được cải thiện độ bền kéo.
3. Độ bền uốn của hỗn hợp PBT/PA6/CB đã có cải thiện khi thêm 4 % CB vào hỗn hợp PBT/PA6 cụ thể từ 0 lên 4 % CB đã tăng từ 53.11 lên 56.94 MPa, sau đó độ bền uốn giảm dần khi tăng tỷ lệ CB lên 8 và 12 %.
4. Độ dai va đập của mẫu có rãnh V hỗn hợp PBT/PA6/CB giảm dần khi tăng hàm lượng CB trong hỗn hợp PBT/PA6. Cụ thể, độ dai va đập giảm dần từ 3.55 kJ/m2 ở mẫu 0 % CB xuống 2.72 kJ/m2 ở mẫu 4 % CB.
5. TươngtựđộbềnvađậpcủamẫuthửcórãnhVthìmẫukhôngcórãnhVcũng giảmđộbềnvađậptừ12.85kJ/m2 ởtỷlệ0%CBxuống4.78kJ/m2ởtỷlệ12% CB.
6. Tổ chức tế vi được quan sát qua hình ảnh SEM chụp tại bề mặt gãy của các tỉ lệ, có thể thấy sự phân bố không đồng đều về kích thước của các hạt PA6 trong hỗn hợp PBT/PA6 ảnh hưởng đến độ dai va đập của hỗn hợp. Qua hình ảnh chụp cho thấy CB đã tạo ra những khoảng rỗng làm cho liên kết giữa PBT và PA6 bị giảm đi khiến hỗn hợp nhựa trở nên giòn hơn, dễ dãy hơn. Điều này trùng khớp với kết quả đo độ bền va đập
Kết luận: Dựa vào các kết quả thu được, có thể kết luận được khi sử dụng CB làm chất độn cho hỗn hợp PBT/PA6 đã mang lại cải thiện cơ tính độ bền kéo và độ bền uốn. Nghiên cứu đã chỉ ra chi tiết những ưu và nhược điểm để có thể áp dụng tùy mục đích sử dụng của hỗn hợp PBT/PA6. Đây là nghiên cứu với mục đích tái chế vật liệu và cải thiện cơ tính của vật liệu
xi
ABSTRACT
Annual plastic waste from human activities is one of the causes that contributes to global warming and is seriously threatened. The idea of this research originated when We know that toothbrush bristles are usually made of two main types of plastic: PBT and PA6. During the production process, a large amount of plastic waste is created from the process of cutting and shaping the bristles.
PBT is a thermoplastic that belongs to the polyester ter-ephthalate family. PBT is also very popular due to its outstanding properties such as very good mechanical performance, good electrical insulation and very good water resistance. From the above points, the research team sees the high practicality and benefits of this plastic material, but in addition to the advantages of PBT, there are still disadvantages such as low heat distortion temperature, easy to bend. Warping due to mold shrinkage, low solvent absorption and low impact strength. Therefore, the application of PBT is limited by working conditions with strong impacts or some harsh conditions such as high temperature environments.
PA6 is a widely used semi-crystalline polymer due to its technical benefits, such as high heat distortion temperature, good chemical resistance, high strength and hardness, resistance to wear and abrasion. The superior mechanical properties of PA6 are in contrast to PBT.
The research team used the method of mixing two types of plastic, PBT and PA6, to improve their disadvantages while still maintaining the good properties of each type of plastic. However, the compatibility between these two types of plastic, PBT and PA6, is not good, leading to low durability of this mixture. Therefore, the team added a third substance, carbon black, to improve the mechanical properties of the mixture. PBT and PA6. The PBT/PA6/CB mixture is mixed with the ratio 75/25/0, 75/25/4, 75/25/8, 75/25/12.
Mechanical properties investigated include: bending strength (ASTM D790), tensile strength (ASTM D638), impact toughness with V groove (ASTM D256) and without V groove. In addition, there are also results. results of microscopic organization imaging.
After examining and analyzing data on plastic samples, the research team came to the following conclusions:
1. DSC thermal analysis shows the influence of polymer properties
when we change the temperature. The impact of carbon black on the PBT/PA6 plastic mixture is quite obvious. Compared to the mixture containing 4, 8, 12% CB, the PBT/PA6 mixture has a higher crystallization temperature (peak), specifically the PBT/PA6 mixture has a peak temperature at 224.5 oC and the 3 mixtures containing 4, 8, 12 % CB has gradually decreasing temperature peaks at 223.90, 222.60, 220.50 oC respectively.
xii
2. The tensile strength of the PBT/PA6/CB mixture showed a change when adding CB to the PBT/PA6 mixture. Specifically, when adding 4 % CB to the PBT/PA6 mixture, the tensile strength decreased from 34.91 to 34.77 MPa. However, when the CB ratio increased to 8 % CB, the tensile strength increased to 35.26 MPa. When the CB ratio was increased to 12 %, the plastic mixture decreased its tensile strength to 31.18 MPa. This shows that CB has a good impact on the specific mechanical properties. Here, when adding 8% CB, the plastic mixture has improved tensile strength.
3. The flexural strength of the PBT/PA6/CB mixture has improved when adding 4 % CB to the PBT/PA6 mixture, specifically from 0 % CB to 4 % CB increased from 53.11 to 56.94 MPa, then the Flexural strength gradually decreases when increasing the CB ratio to 8 and
12 %.
4. The impact toughness of the V- notched sample of the PBT/PA6/CB mixture gradually decreases with increasing CB content in the PBT/PA6 mixture. Specifically, the impact toughness gradually decreases from 3.55 kJ/m2 in the 0 % CB sample to 2.72 kJ/m2 in the 4 % CB sample.
5. Similar to the impact strength of the test specimen with V- unnotched, the specimen without V groove also reduces impact strength from 12.85 kJ/m2 at 0 % CB ratio to 4.78 kJ/m2 at 12 % CB ratio.
6. Microstructure observed through SEM images taken at the fracture surface of the scales, it can be seen that the uneven distribution of size of PA6 particles in the PBT/PA6 mixture affects the toughness. The impact of the mixture. Through the images, it shows that CB has created voids, causing the bond between PBT and PA6 to be reduced, making the plastic mixture more brittle and easier to sequence. This coincides with the results of impact durability measurements.
Conclusion: Based on the results obtained, it can be concluded that using CB as a filler for the PBT/PA6 mixture has improved the mechanical properties of tensile strength and flexural strength. The study has shown in detail the advantages and disadvantages that can be applied depending on the intended use of the PBT/PA6 mixture. This is research with the aim of recycling materials and improving the mechanical properties of materials.
xiii
MỤC LỤC
NHIỆM V Ụ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................................. i LỜI CAM KẾT................................................................................................................................ vii LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................................. viii TÓM TẮT ...........................................................................................................................................x MỤC LỤC....................................................................................................................................... xiv DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ .................................................................................................. xvii DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................................ xix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT...........................................................................................................xx
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ...............................................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................................1 1.2. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................................2 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài...................................................................................3 1.4. Mục tiêu của đề tài ....................................................................................................................3 1.5. Nhiệm vụ của nghiên cứu ..........................................................................................................3 1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ............................................................................................3 1.7. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................................................4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN..............................................................................................................5
2.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài .........................................................5 2.2 Tổng quan về nhựa PBT .............................................................................................................6 2.3 Tổng quan về nhựa PA6 .............................................................................................................8 2.4 Tổng quan về carbon black (CB)................................................................................................9 2.5. Tổng quan về hỗn hợp PBT/PA6/CB.......................................................................................10
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...............................................................................................11
3.1. Vật liệu polymer blend.............................................................................................................11
3.1.1. Khái niệm về polyme blend...................................................................................................11
xiv
3.1.2. Các dạng polyme blend ........................................................................................................11 3.1.3. Các phương pháp xác định sự tương hợp của các polyme...................................................11 3.1.4. Các phương pháp chế tạo hỗn hợp polymer blend...............................................................13 3.1.5. Ưu điểm và ứng dụng của polymer blend.............................................................................14 3.2. Công nghệ ép phun và máy ép phun........................................................................................15 3.3. Các phương pháp đánh giá cơ tính .........................................................................................18
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM .................................................................................21
4.1. Các tỷ lệ của hỗn hợp nhựa được sử dụng trong thí nghiệm ..................................................21 4.2. Chuẩn bị mẫu: .........................................................................................................................21 4.3 Quá trình ép mẫu:.....................................................................................................................22 4.4. Xác định độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 ..................................................................24 4.5. Xác định độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790..................................................................26 4.6. Xác định độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256 .............................................................27 4.7 Quá Trình phân tích nhiệt DSC................................................................................................29 4.8. Quan sát tổ chức tế vi ..............................................................................................................30
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................32
5.1 Kết quả sau quá trình ép phun mẫu của các hỗn hợp PBT/PA6/CB.......................................32 5.2. Kết quả phân tích nhiệt DSC ...................................................................................................33 5.3. Kết quả kiểm tra độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638......................................................33 5.4. Kết quả kiểm tra độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790 .....................................................41 5.5. Kết quả kiểm tra độ dai va đập...............................................................................................49 5.6. Kết quả phân tích tổ chức tế vi ................................................................................................52
CHƯƠNG 6: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM ............................................................................55
6.1. Phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền kéo.........................................................................55 6.2. Phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền uốn ........................................................................56 6.3. Phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập có rãnh V ...................................................58 6.4. Phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập không có rãnh V .........................................60
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...............................................................62
7.1. Tổng kết ...................................................................................................................................62
xv
7.2. Hướng phát triển .....................................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................................64 PHỤ LỤC I .......................................................................................................................................66 PHỤ LỤC II......................................................................................................................................84 PHỤ LỤC III ....................................................................................................................................94
xvi
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Hình 1.1: Lông của bàn chải đánh răng được làm từ PBT/PA6...........................................................1 Hình 1.2: Ngàm nhựa trong bóng đèn xe máy .....................................................................................2 Hình 2.1: Cấu trúc phân tử của PBT ....................................................................................................7 Hình 2.2: Hình dạng thực tế của nhựa PBT .........................................................................................7 Hình 2.3: Cấu trúc phân tử của PA6 ....................................................................................................8 Hình 2.4: Hình dạng thực tế của nhựa PA6 .........................................................................................8 Hình 2.5: Hình dạng thực tế của carbon black .....................................................................................9 Hình 3.1: Máy ép phun nhựa TOSHIBA-SG100...............................................................................15 Hình 3.2: Chi tiết cấu tạo các hệ thống của máy ép phun ..................................................................16 Hình 3.3: Chi tiết cấu tạo hệ thống phun............................................................................................16 Hình 3.4: Bộ hồi.................................................................................................................................17 Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động của máy đo độ bền kéo ....................................................................19 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo độ dai va đập.......................................................20 Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động của máy đo độ bền uốn....................................................................20 Hình 4.1: Hình ảnh thực tế hạt nhựa (a) PBT, (b) PA6, (c) CB.........................................................21 Hình 4.2: Bao nhựa PBT (trái), PA6 (giữa), CB (phải) .....................................................................22 Hình 4.3: (a) Máy ép, (b) Phễu sấy nhựa ...........................................................................................23 Hình 4.4: Khuôn sử dụng cho ép phun...............................................................................................23 Hình 4.5: Thông số ép phun ...............................................................................................................24 Hình 4.6: Kích thước mẫu thử đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638.....................................25 Hình 4.7: Mẫu chuẩn bị thử kéo.........................................................................................................25 Hình 4.8: Máy thử độ bền kéo Shimadzu...........................................................................................25 Hình 4.9: Kích thước mẫu thử đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790 ....................................26 Hình 4.10: Máy thử sức bền vạn năng Shimadzu Autograph AG-X Plus .........................................26 Hình 4.11: Mẫu chuẩn được đặt lên bàn máy ....................................................................................27 Hình 4.12: Mẫu thử kiểm tra độ bền va đập có rãnh V theo tiêu chuẩn ASTM D256 ......................27 Hình 4.13: Mẫu thử kiểm tra độ bền va đập không có rãnh V theo tiêu chuẩn ASTM D256 ...........28 Hình 4.14: Máy kiểm tra độ dai va đập Tinius Olsen IT504 .............................................................28 Hình 4.15: Mẫu được đặt lên bàn máy ...............................................................................................29 Hình 4.16: Máy kiểm tra nhiệt lượng quét vi sai DSC 214 Polyma ..................................................29 Hình 4.17: Kính hiển vi điện tử HITACHI TM4000Plus ..................................................................30 Hình 5.1: Mẫu sau khi ép phun của PBT/PA6/CB ..........................................................................32
xvii
Hình 5.2: Mẫu thử độ bền hỗn hợp nhựa PBT/PA6/CB ....................................................................32
Hình 5.3: Biểu đồ nhiệt DSC của hỗn hợp PBT/PA6/CB..................................................................33
Hình 5.4: Mẫu kéo sau quá trình đo cơ tính của mẫu PBT/PA6/CB .................................................34
Hình 5.5: Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu 75PBT_0CB......................................................................35
Hình 5.6: Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu 75PBT_4CB......................................................................36
Hình 5.7: Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu 75PBT_8CB......................................................................37
Hình 5.8: Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu 75PBT_12CB....................................................................38
Hình 5.9: Biểu đồ ứng suất kéo mẫu PBT/PA6/CB.........................................................38
Hình 5.10: Biểu đồ trung bình của độ bền kéo PBT/PA6/CB............................................................39
Hình 5.11:Biểu đồ biến dạng trung bình độ bền kéo của mẫu PBT/PA6/CB....................................40
Hình 5.12: Mẫu uốn sau quá trình đo cơ tính.....................................................................................41
Hình 5.13: Biểu đồ ứng suất của độ bền uốn mẫu 75PBT_0CB........................................................42
Hình 5.14: Biểu đồ ứng suất của độ bền uốn mẫu 75PBT_4CB........................................................43
Hình 5.15:Biểu đồ ứng suất của độ bền uốn mẫu 75PBT_8CB.........................................................44
Hình 5.16:Biểu đồ ứng suất của độ bền uốn mẫu 75PBT_12CB.......................................................45
Hình 5.17: Biểu đồ ứng suất uốn của mẫu PBT/PA6/CB..................................................45
Hình 5.18: Biểu đồ trung bình ứng suất uốn của mẫu PBT/PA6/CB.................................................46
Hình 5.19: Biểu đồ biến dạng trung bình độ bền uốn của mẫu PBT/PA6/CB...................................47
Hình 5.20: Biểu đồ elastic trung bình độ bền uốn của mẫu ...............................................................48
Hình 5.21: Kết quả sau khi đo độ dai va đập mẫu có rãnh V .............................................................49
Hình 5.22: Kết quả sau khi đo độ dai va đập của mẫu không có rãnh V ...........................................49
Hình 5.23: Độ dai va đập trung bình của mẫu có rãnh V...................................................................50
Hình 5.24: Độ dai va đập trung bình của mẫu không có rãnh V ........................................................51
Hình 5.25: Tổ chức tế vi của các mẫu (độ phóng đại 100X) .............................................................52
Hình 5.26: Tổ chức tế vi của các mẫu (độ phóng đại 300X) .............................................................53
Hình 5.27: Tổ chức tế vi của các mẫu (độ phóng đại 1000X) ...........................................................53
Hình 6.1: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền kéo hỗn hợp PBT/PA6/CB lập bằng phần mềm Excel..........................................................................................................................................56
Hình 6.2: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền uốn hỗn hợp PBT/PA6/CB lập bằng phần mềm Excel..........................................................................................................................................57
Hình 6.3: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập có rãnh V hỗn hợp PBT/PA6/CB lập bằng phần mềm Excel ........................................................................................................................59
Hình 6.4: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập không có rãnh V hỗn hợp PBT/PA6/CB lập bằng phần mềm Excel ...........................................................................................61
xviii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1: Tỷ lệ hỗn hợp nhựa PBT/PA6/CB(wt.%) .............................................................21 Bảng 4.2: Khối lượng tỷ lệ mẫu PBT/PA6/CB......................................................................23 Bảng 5.1: Kết quả kiểm tra độ bền kéo của 75PBT_0CB ..................................................... 34 Bảng 5.2: Kết quả kiểm tra độ bền kéo của 75PBT_4CB ..................................................... 35 Bảng 5.3: Kết quả kiểm tra độ bền kéo của 75PBT_8CB ..................................................... 36 Bảng 5.4: Kết quả kiểm tra độ bền kéo của 75PBT_12CB ................................................... 37 Bảng 5.5: Kết quả độ bền kéo của hỗn hợp PBT/PA6/CB .................................................... 39 Bảng 5.6: Thông số biến dạng kéo của hỗn hợp PBT/PA6/CB.............................................40 Bảng 5.7: Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu 75PBT_0CB ............................................. 41 Bảng 5.8: Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu 75PBT_4CB ............................................. 42 Bảng 5.9: Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu 75PBT_8CB ............................................. 43 Bảng 5.10: Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu 75PBT_12CB ......................................... 44 Bảng 5.11: Kết quả độ bền uốn của hỗn hợp PBT/PA6/CB..................................................46 Bảng 5.12: Thông số biến dạng uốn trung bình của mẫu PBT/PA6/CB...............................47 Bảng 5.13: Thông số elastic trung bình của mẫu PBT/PA6/CB............................................48 Bảng 5.14: Kết quả kiểm tra độ dai va đập trung bình mẫu có rãnh V ................................. 50 Bảng 5.15: Kết quả kiểm tra độ dai va đập trung bình mẫu không có rãnh V ...................... 51 Bảng 6.1: Giá trị độ bền kéo trung bình theo hàm lượng CB................................................55 Bảng 6.2: Tổng hợp số liệu thực nghiệm của nhóm mẫu PBT/PA6/CB...............................55 Bảng 6.3: Giá trị độ bền uốn trung bình theo hàm lượng CB................................................56 Bảng 6.4: Các giá trị cần thiết để tính toán hồi quy .............................................................. 57 Bảng 6.5: Giá trị độ dai va đập có rãnh V trung bình theo hàm lượng CB ........................... 58 Bảng 6.6: Các giá trị cần thiết để tính toán hồi quy .............................................................. 59 Bảng 6.7: Giá trị độ dai va đập không có rãnh V trung bình theo hàm lượng CB ................ 60 Bảng 6.8: Các giá trị cần thiết để tính toán hồi quy .............................................................. 60
xix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
PA Polyamide
PBT Polybutylene terephthalate
PA6 Polyamide 6
CB Carbon Black
SEM Scanning electron microscope
DSC Differential scanning calorimetry
ABS Acrylonitrin Butadien Styren
EVA-g-MAH Ethylene Vinyl Acetate Copolymer-Graft-Maleic Anhydrit EVA Ethylene Vinyl Acetate Copolymer.
PC Polycarbonate
ASTM American Society for Testing and Materials
PE Polyethylene
PTFE PolyTetraFluoroEthylene
PPS Polyphenylene sulfide
ISO International Organization for Standardization
FCC Cr-acking xúc tác chất lỏng
PMMA Poly Methyl Methacrylate
DMTA Dynamic Mechanical Thermal Analysis
TEM Transmission Electron Microscopy
xx
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Lý do chọn đề tài
Sự phát triển công nghiệp của bất cứ nước nào trên thế giới cũng đều mang lại rất nhiều lợi ích kinh kinh tế cho quốc gia đó. Tuy nhiên, đi kèm với lợi lích to lớn đó con người phải đối mặt với hệ quả nặng nề do ô nhiễm môi trường gây ra. Một trong những vấn đề đi kèm song song với sự phát triển công nghiệp đó là ô nhiễm do rác thải nhựa, đặc biệt là trong thời kỳ hiện nay khi nhu cầu sử dụng nhựa ngày càng tăng. Rác thải nhựa gây ô nhiễm ở nhiều khía cạnh. Đầu tiên là trong quá trình sản xuất nhựa từ dầu mỏ, các nguyên liệu hóa học gây tiêu tốn năng lượng và thải ra lượng khí nhà kính góp phần gây nên sự biến đổi khí hậu. Tiếp theo là trong quá trình sản xuất sẽ tạo ra một lượng lớn chất thải độc hại gây làm ô nhiễm đất và nguồn nước. Vì vậy, hiện nay, mọi người đã dần có ý thức với môi trường hơn với nhiều phương pháp chẳng hạn như bằng cách tái sử dụng nhựa để giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung mới hay giảm sử dụng nhựa hay đổi sang các vật liệu khá có tính thân thiện với môi trường hơn. Nhưng tầm quan trọng của nhựa là quá lớn khó thể tìm ra một vật liệu khác có thể mang lại nhiều lợi ích như nhựa.Vì vậy tái chế nhựa là một trong những phương pháp có thể coi là tối ưu.
Để góp phần giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường nhóm nghiên cứu quyết định chọn tái chế phế thải nhựa khi biết phần lông bàn chải đánh răng được làm từ polybutylene terephthalate (PBT) và polyamide 6 (PA6). Trong quá trình sản xuất việc cắt tạo hình phần lông bàn chải sẽ tạo ra một lượng lớn phế thải nhựa, phần phế thải đó được chất đống và bỏ đi gây tốn thêm chi phí xử lý cho doanh nghiệp sản xuất.
Hình 1.1: Lông của bàn chải đánh răng được làm từ PBT/PA6
PBT rất phổ biến do các đặc tính như khả năng cách điện tốt và chống nước rất tốt. PA6 là một loại polymer bán tinh thể được sử dụng rộng rãi do các lợi ích kỹ thuật của nó, như
1
nhiệt độ biến dạng nhiệt cao, kháng hóa chất tốt, độ bền và độ cứng cao, khả năng chống mài mòn. Tuy nhiên đã có nhiều nghiên cứu đã chỉ ra 2 loại nhựa PBT VÀ PA6 này có sự không tương tích giữa chúng dẫn đến hỗn hợp nhựa này có độ bền kém. Để đáp ứng yêu cầu về tính cơ học và tạo ra một loại nhựa mới hiệu quả từ phế thải nhựa PBT và PA6, nhóm nghiên cứu đã thêm chất độn carbon black(CB) vào hỗn hợp nhựa. Điều này nhằm mục đích cải thiện chất lượng và đồng thời tạo ra một sản phẩm có đủ các tính chất cần thiết để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và ứng dụng mong muốn. Đó là lý do nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của muội than đến cơ tính và tổ chức của hỗn hợp PBT/PA6”. Để thuận tiện trong quá trình nghiên cứu đề tài này nhóm nghiên cứu đã thay thế nhựa PBT và PA6 từ lông bàn chải đánh răng bằng nhựa PBT và PA6 nguyên sinh.
Việc bổ sung thêm carbon black vào hỗn hợp PBT/PA6 không chỉ là một chất độn với mục đích gia tăng độ bền mà CB kết hợp với hỗn hợp PBT/PA6 tạo nên một loại nhựa có thể tản nhiệt tốt hơn nhựa thông thường nhờ vào đặc tính của CB. Nhóm nghiên cứu muốn hướng đến loại nhựa này có thể ứng dụng để sản xuất phần ngàm của bóng đèn xe máy giúp phần nhựa này có thể tản nhiệt nhanh hơn chống tập chung nhiệt một vùng có thể gây nên cháy.
Hình 1.2: Ngàm nhựa trong bóng đèn xe máy 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu trên trái đất đa phần là kết quả của tác động do con người gây ra, do đó để bảo vệ môi trường sống của chúng ta, chúng ta cần thực hiện các biện pháp giảm ô nhiễm môi trường một cách tích cực. Tái chế vật liệu nhựa là một trong những biện pháp hiệu quả. Đề tài nghiên của nhóm nghiên cứu góp phần làm cho trái đất xanh hơn và giúp cho chúng ta có một môi trường sống tốt hơn.
2
Đối với ngành sản xuất nhựa cũng như các doanh nghiệp sản xuất bàn chải đánh răng thì đã tìm được hướng giải quyết lượng phế thải nhựa trong quá trình sản xuất giúp doanh nghiệp có thể tiết kiệm chi phí xử lý hơn.
Trong lĩnh vực khoa học, có thêm phương pháp khác nhau để nâng cao chất lượng của hỗn hợp nhựa PBT/PA6 mang lại nhiều cơ hội và tiềm năng phát triển.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của carbon black đến cơ tính và tổ chức của hỗn hợp polybutylene terephthalate/polyamide 6” có những ý nghĩa sau:
Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đã mang lại những khám phá mới và tính mới về mặt khoa học trong lĩnh vực vật liệu polymer. Nghiên cứu này làm rõ ràng và chi tiết về việc thay đổi tỷ lệ CB trong hỗn hợp PBT/PA6 làm tác động đến tính chất cơ lý và mở ra những cơ hội mới trong việc tối ưu hóa thiết kế vật liệu. Ngoài ra nghiên cứu này là nguồn tài liệu tham khảo cho những nhà nghiên cứu trong và ngoài nước mở ra những triển vọng mới trong việc nghiên cứu về vật liệu polymer tiếp theo.
Ý nghĩa thực tiễn: Giúp doanh nghiệp có thể xử lý phế thải nhựa trong quá trình sản xuất từ đó giảm chi phí xử lý phế thải, điều này đồng nghĩa với việc giảm áp lực đối với môi trường và giúp thúc đẩy các chiến lược phát triển bền vững. Tối ưu hóa quá trình sản xuất, kết quả của nghiên cứu có thể áp dụng trong quy trình sản xuất các sản phẩm từ phế thải nhựa PBT/PA6. Bằng cách hiểu rõ về ảnh hưởng của muội than, các doanh nghiệp có thể tối ưu hóa quy trình sản xuất để đạt được hiệu suất cao.
1.4. Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu ảnh hưởng của muội than đến cơ tính của hỗn hợp PBT/PA6.
1.5. Nhiệm vụ của nghiên cứu
- Trộn PA6 vào PBT theo tỷ lệ đã đề ra và ép phun mẫu.
- Trộn CB vào hỗn hợp PBT/PA6 theo những tỷ lệ đã đề ra và ép phun mẫu.
- Đo độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, phân tích nhiệt DSC và chụp tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6/CB.
- Quy hoạch thực nghiệm tìm ra phương trình thực nghiệm để thể hiện sự ảnh hưởng của CB đối với hỗn hợp PBT/PA6 với các tiêu chí về cơ tính.
1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, phân tích nhiệt DSC, Chụp tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6/CB.
Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các mẫu nhựa sau quá trình ép phun, khảo sát cơ tính trên máy đo các mẫu với từ tỷ lệ 0, 4, 8, 12 % CB đối với hỗn hợp PBT/PA6 với tỷ lệ 75/25.
3
1.7. Phương pháp nghiên cứu
Những phương pháp sử dụng trong nghiên cứu: - 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.
- Chế tạo mẫu PBT/PA6/CB bằng phương pháp ép phun.
- Kiểm tra độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM. - Quan sát tổ chức tế vi bằng kính hiển vi điện tử.
- Phân tích nhiệt DSC bằng máy kiểm tra nhiệt lượng quét vi sai DSC.
4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Khi xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu của con người càng ngày càng tăng cao và vấn đề cần được giải quyết là cần tạo ra những sản phẩm để đáp ứng nhu cầu đó. Ngành nhựa không nằm ngoại lệ cần có những chất liệu mới những sản phẩm đổi mới qua từng ngày. Vì vậy hiện nay những đề tài tạo ra hỗn hợp nhựa mới có chất lượng tốt hơn hay tái chế nhựa giúp tiết kiệm nguồn tài nguyên bảo vệ môi trường và giảm thiểu được chi phí sản xuất đều được quan tâm rất nhiều từ cộng đồng nghiên cứu. Như mọi người đã biết rác thải nhựa hằng năm từ các hoạt động đời sống mà con người thả ra là một trong những nguyên nhân góp phần làm cho môi trường trái đất nóng lên và bị đe dọa nghiêm trọng [1]. Đây cũng là vấn đề làm cho các nhà nghiên cứu khoa học phải đau đầu để nghiên cứu xử lý lượng rác thải nhựa đó để ngăn chặn việc thải trực tiếp ra môi trường và bảo vệ môi trường sống của con người. Hiện nay trên thế giới
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
TÓM TẮT
Rác thải nhựa hằng năm từ các hoạt động đời sống mà con người thả ra là một trong những nguyên nhân góp phần làm cho môi trường trái đất nóng lên và bị đe dọa nghiêm trọng.Ý tưởng của việc nghiên cứu này bắt nguồn từ khi biết lông bản chải đánh răng thường được làm bằng 2 loại nhựa chủ yếu là từ polybutylene terephthalate(PBT) và polyamide 6 (PA6), trong quá trình sản xuất một lượng lớn phế thải nhựa được tạo ra từ quá trình cắt tạo hình cho phần lông.
PBT là một loại nhựa nhiệt dẻo. PBT cũng rất phổ biến do các đặc tính vượt trội như hiệu suất cơ học rất tốt, khả năng cách điện tốt và chống nước rất tốt. Từ những yêu điểm trên nhóm nghiên cứu thấy được sự thực tiễn cao và lợi ích của loại vật liệu nhựa này đem lại, nhưng ngoài những ưu điểm PBT vẫn tồn tại những nhược điểm chẳng hạn như nhiệt độ biến dạng nhiệt thấp, dễ cong vênh do co ngót khuôn, khả năng hấp thụ dung môi thấp và độ bền va đập thấp. Do đó việc áp dụng PBT bị hạn chế bởi các điều kiện làm việc có tác động mạnh hay một số điều kiện khắc nhiệt như môi trường nhiệt độ cao.
PA6 là một loại polymer bán tinh thể được sử dụng rộng rãi do các lợi ích kỹ thuật của nó, như nhiệt độ biến dạng nhiệt cao, kháng hóa chất tốt, độ bền và độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và mài mòn. Các tính chất cơ học vượt trội của PA6 trái ngược với PBT.
Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp trộn hai loại nhựa PBT và PA6 để cải thiện những nhược điểm của chúng mà vẫn giữ được tính chất tốt của từng loại nhựa. Tuy nhiên giữa 2 loại nhựa PBT và PA6 này có khả năng tương thích với nhau không tốt dẫn đến độ bền của hỗn hợp này thấp.Vì vậy nhóm đã bổ sung thêm chất thứ ba là carbon black (muội than- CB) để cải thiện tính chất cơ học của PBT VÀ PA6. Hỗn hợp PBT/PA6/CB được trộn với tỷ lệ 75/25/0, 75/25/4, 75/25/8, 75/25/12.
Các chỉ tiêu cơ tính được khảo sát bao gồm: độ bền uốn (ASTM D790), độ bền kéo (ASTM D638), độ dai va đập có rãnh V (ASTM D256) và không có rãnh V. Thêm vào đó còn có kết quả hình chụp tổ chức tế vi.
Sau khi kiểm tra và phân tích số liệu các mẫu nhựa nhóm nghiên cứu đưa ra kết luận như sau:
1. Quá trình phân tích nhiệt DSC cho thấy ảnh hưởng tính chất của polymer
khi ta thay đổi nhiệt độ. Tác động của carbon black đến hỗn hợp nhựa PBT/PA6 khá rõ rệt. So với hỗn hợp có chứa 4, 8, 12 % CB thì hỗn hợp PBT/PA6 có Nhiệt độ kết tinh (peak) cao hơn cụ thể là hỗn hợp PBT/PA6 có đỉnh nhiệt ở 224.5 oC và 3 hỗn hợp có chứa 4, 8, 12 % CB có đỉnh nhiệt giảm dần lần lượt là 223.9, 222.6, 220.5 oC.
2. Độ bền kéo của hỗn hợp PBT/PA6/CB đã cho thấy sự thay đổi khi bổ sung thêm CB vào hỗn hợp PBT/PA6. Cụ thể, khi thêm 4 % CB vào hỗn hợp PBT/PA6 thì độ bền kéo giảm từ 34.91 xuống còn 34.77 MPa; tuy nhiên khi tỷ lệ CB tăng lên 8 % CB thì độ bền kéo tăng lên 35.26 MPa. Khi tăng tỷ lệ CB lên 12 % thì hỗn
x
hợp nhựa đã giảm độ bền kéo xuống 31.18 MPa. Qua đó cho thấy CB đã có tác động tốt đến cơ tính cụ thể ở đây là khi thêm 8 % CB thì hỗn hợp nhựa đã được cải thiện độ bền kéo.
3. Độ bền uốn của hỗn hợp PBT/PA6/CB đã có cải thiện khi thêm 4 % CB vào hỗn hợp PBT/PA6 cụ thể từ 0 lên 4 % CB đã tăng từ 53.11 lên 56.94 MPa, sau đó độ bền uốn giảm dần khi tăng tỷ lệ CB lên 8 và 12 %.
4. Độ dai va đập của mẫu có rãnh V hỗn hợp PBT/PA6/CB giảm dần khi tăng hàm lượng CB trong hỗn hợp PBT/PA6. Cụ thể, độ dai va đập giảm dần từ 3.55 kJ/m2 ở mẫu 0 % CB xuống 2.72 kJ/m2 ở mẫu 4 % CB.
5. TươngtựđộbềnvađậpcủamẫuthửcórãnhVthìmẫukhôngcórãnhVcũng giảmđộbềnvađậptừ12.85kJ/m2 ởtỷlệ0%CBxuống4.78kJ/m2ởtỷlệ12% CB.
6. Tổ chức tế vi được quan sát qua hình ảnh SEM chụp tại bề mặt gãy của các tỉ lệ, có thể thấy sự phân bố không đồng đều về kích thước của các hạt PA6 trong hỗn hợp PBT/PA6 ảnh hưởng đến độ dai va đập của hỗn hợp. Qua hình ảnh chụp cho thấy CB đã tạo ra những khoảng rỗng làm cho liên kết giữa PBT và PA6 bị giảm đi khiến hỗn hợp nhựa trở nên giòn hơn, dễ dãy hơn. Điều này trùng khớp với kết quả đo độ bền va đập
Kết luận: Dựa vào các kết quả thu được, có thể kết luận được khi sử dụng CB làm chất độn cho hỗn hợp PBT/PA6 đã mang lại cải thiện cơ tính độ bền kéo và độ bền uốn. Nghiên cứu đã chỉ ra chi tiết những ưu và nhược điểm để có thể áp dụng tùy mục đích sử dụng của hỗn hợp PBT/PA6. Đây là nghiên cứu với mục đích tái chế vật liệu và cải thiện cơ tính của vật liệu
xi
ABSTRACT
Annual plastic waste from human activities is one of the causes that contributes to global warming and is seriously threatened. The idea of this research originated when We know that toothbrush bristles are usually made of two main types of plastic: PBT and PA6. During the production process, a large amount of plastic waste is created from the process of cutting and shaping the bristles.
PBT is a thermoplastic that belongs to the polyester ter-ephthalate family. PBT is also very popular due to its outstanding properties such as very good mechanical performance, good electrical insulation and very good water resistance. From the above points, the research team sees the high practicality and benefits of this plastic material, but in addition to the advantages of PBT, there are still disadvantages such as low heat distortion temperature, easy to bend. Warping due to mold shrinkage, low solvent absorption and low impact strength. Therefore, the application of PBT is limited by working conditions with strong impacts or some harsh conditions such as high temperature environments.
PA6 is a widely used semi-crystalline polymer due to its technical benefits, such as high heat distortion temperature, good chemical resistance, high strength and hardness, resistance to wear and abrasion. The superior mechanical properties of PA6 are in contrast to PBT.
The research team used the method of mixing two types of plastic, PBT and PA6, to improve their disadvantages while still maintaining the good properties of each type of plastic. However, the compatibility between these two types of plastic, PBT and PA6, is not good, leading to low durability of this mixture. Therefore, the team added a third substance, carbon black, to improve the mechanical properties of the mixture. PBT and PA6. The PBT/PA6/CB mixture is mixed with the ratio 75/25/0, 75/25/4, 75/25/8, 75/25/12.
Mechanical properties investigated include: bending strength (ASTM D790), tensile strength (ASTM D638), impact toughness with V groove (ASTM D256) and without V groove. In addition, there are also results. results of microscopic organization imaging.
After examining and analyzing data on plastic samples, the research team came to the following conclusions:
1. DSC thermal analysis shows the influence of polymer properties
when we change the temperature. The impact of carbon black on the PBT/PA6 plastic mixture is quite obvious. Compared to the mixture containing 4, 8, 12% CB, the PBT/PA6 mixture has a higher crystallization temperature (peak), specifically the PBT/PA6 mixture has a peak temperature at 224.5 oC and the 3 mixtures containing 4, 8, 12 % CB has gradually decreasing temperature peaks at 223.90, 222.60, 220.50 oC respectively.
xii
2. The tensile strength of the PBT/PA6/CB mixture showed a change when adding CB to the PBT/PA6 mixture. Specifically, when adding 4 % CB to the PBT/PA6 mixture, the tensile strength decreased from 34.91 to 34.77 MPa. However, when the CB ratio increased to 8 % CB, the tensile strength increased to 35.26 MPa. When the CB ratio was increased to 12 %, the plastic mixture decreased its tensile strength to 31.18 MPa. This shows that CB has a good impact on the specific mechanical properties. Here, when adding 8% CB, the plastic mixture has improved tensile strength.
3. The flexural strength of the PBT/PA6/CB mixture has improved when adding 4 % CB to the PBT/PA6 mixture, specifically from 0 % CB to 4 % CB increased from 53.11 to 56.94 MPa, then the Flexural strength gradually decreases when increasing the CB ratio to 8 and
12 %.
4. The impact toughness of the V- notched sample of the PBT/PA6/CB mixture gradually decreases with increasing CB content in the PBT/PA6 mixture. Specifically, the impact toughness gradually decreases from 3.55 kJ/m2 in the 0 % CB sample to 2.72 kJ/m2 in the 4 % CB sample.
5. Similar to the impact strength of the test specimen with V- unnotched, the specimen without V groove also reduces impact strength from 12.85 kJ/m2 at 0 % CB ratio to 4.78 kJ/m2 at 12 % CB ratio.
6. Microstructure observed through SEM images taken at the fracture surface of the scales, it can be seen that the uneven distribution of size of PA6 particles in the PBT/PA6 mixture affects the toughness. The impact of the mixture. Through the images, it shows that CB has created voids, causing the bond between PBT and PA6 to be reduced, making the plastic mixture more brittle and easier to sequence. This coincides with the results of impact durability measurements.
Conclusion: Based on the results obtained, it can be concluded that using CB as a filler for the PBT/PA6 mixture has improved the mechanical properties of tensile strength and flexural strength. The study has shown in detail the advantages and disadvantages that can be applied depending on the intended use of the PBT/PA6 mixture. This is research with the aim of recycling materials and improving the mechanical properties of materials.
xiii
MỤC LỤC
NHIỆM V Ụ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................................. i LỜI CAM KẾT................................................................................................................................ vii LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................................. viii TÓM TẮT ...........................................................................................................................................x MỤC LỤC....................................................................................................................................... xiv DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ .................................................................................................. xvii DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................................ xix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT...........................................................................................................xx
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ...............................................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................................1 1.2. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................................2 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài...................................................................................3 1.4. Mục tiêu của đề tài ....................................................................................................................3 1.5. Nhiệm vụ của nghiên cứu ..........................................................................................................3 1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ............................................................................................3 1.7. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................................................4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN..............................................................................................................5
2.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài .........................................................5 2.2 Tổng quan về nhựa PBT .............................................................................................................6 2.3 Tổng quan về nhựa PA6 .............................................................................................................8 2.4 Tổng quan về carbon black (CB)................................................................................................9 2.5. Tổng quan về hỗn hợp PBT/PA6/CB.......................................................................................10
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...............................................................................................11
3.1. Vật liệu polymer blend.............................................................................................................11
3.1.1. Khái niệm về polyme blend...................................................................................................11
xiv
3.1.2. Các dạng polyme blend ........................................................................................................11 3.1.3. Các phương pháp xác định sự tương hợp của các polyme...................................................11 3.1.4. Các phương pháp chế tạo hỗn hợp polymer blend...............................................................13 3.1.5. Ưu điểm và ứng dụng của polymer blend.............................................................................14 3.2. Công nghệ ép phun và máy ép phun........................................................................................15 3.3. Các phương pháp đánh giá cơ tính .........................................................................................18
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM .................................................................................21
4.1. Các tỷ lệ của hỗn hợp nhựa được sử dụng trong thí nghiệm ..................................................21 4.2. Chuẩn bị mẫu: .........................................................................................................................21 4.3 Quá trình ép mẫu:.....................................................................................................................22 4.4. Xác định độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 ..................................................................24 4.5. Xác định độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790..................................................................26 4.6. Xác định độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256 .............................................................27 4.7 Quá Trình phân tích nhiệt DSC................................................................................................29 4.8. Quan sát tổ chức tế vi ..............................................................................................................30
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................32
5.1 Kết quả sau quá trình ép phun mẫu của các hỗn hợp PBT/PA6/CB.......................................32 5.2. Kết quả phân tích nhiệt DSC ...................................................................................................33 5.3. Kết quả kiểm tra độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638......................................................33 5.4. Kết quả kiểm tra độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790 .....................................................41 5.5. Kết quả kiểm tra độ dai va đập...............................................................................................49 5.6. Kết quả phân tích tổ chức tế vi ................................................................................................52
CHƯƠNG 6: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM ............................................................................55
6.1. Phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền kéo.........................................................................55 6.2. Phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền uốn ........................................................................56 6.3. Phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập có rãnh V ...................................................58 6.4. Phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập không có rãnh V .........................................60
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...............................................................62
7.1. Tổng kết ...................................................................................................................................62
xv
7.2. Hướng phát triển .....................................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................................64 PHỤ LỤC I .......................................................................................................................................66 PHỤ LỤC II......................................................................................................................................84 PHỤ LỤC III ....................................................................................................................................94
xvi
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Hình 1.1: Lông của bàn chải đánh răng được làm từ PBT/PA6...........................................................1 Hình 1.2: Ngàm nhựa trong bóng đèn xe máy .....................................................................................2 Hình 2.1: Cấu trúc phân tử của PBT ....................................................................................................7 Hình 2.2: Hình dạng thực tế của nhựa PBT .........................................................................................7 Hình 2.3: Cấu trúc phân tử của PA6 ....................................................................................................8 Hình 2.4: Hình dạng thực tế của nhựa PA6 .........................................................................................8 Hình 2.5: Hình dạng thực tế của carbon black .....................................................................................9 Hình 3.1: Máy ép phun nhựa TOSHIBA-SG100...............................................................................15 Hình 3.2: Chi tiết cấu tạo các hệ thống của máy ép phun ..................................................................16 Hình 3.3: Chi tiết cấu tạo hệ thống phun............................................................................................16 Hình 3.4: Bộ hồi.................................................................................................................................17 Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động của máy đo độ bền kéo ....................................................................19 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo độ dai va đập.......................................................20 Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động của máy đo độ bền uốn....................................................................20 Hình 4.1: Hình ảnh thực tế hạt nhựa (a) PBT, (b) PA6, (c) CB.........................................................21 Hình 4.2: Bao nhựa PBT (trái), PA6 (giữa), CB (phải) .....................................................................22 Hình 4.3: (a) Máy ép, (b) Phễu sấy nhựa ...........................................................................................23 Hình 4.4: Khuôn sử dụng cho ép phun...............................................................................................23 Hình 4.5: Thông số ép phun ...............................................................................................................24 Hình 4.6: Kích thước mẫu thử đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638.....................................25 Hình 4.7: Mẫu chuẩn bị thử kéo.........................................................................................................25 Hình 4.8: Máy thử độ bền kéo Shimadzu...........................................................................................25 Hình 4.9: Kích thước mẫu thử đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790 ....................................26 Hình 4.10: Máy thử sức bền vạn năng Shimadzu Autograph AG-X Plus .........................................26 Hình 4.11: Mẫu chuẩn được đặt lên bàn máy ....................................................................................27 Hình 4.12: Mẫu thử kiểm tra độ bền va đập có rãnh V theo tiêu chuẩn ASTM D256 ......................27 Hình 4.13: Mẫu thử kiểm tra độ bền va đập không có rãnh V theo tiêu chuẩn ASTM D256 ...........28 Hình 4.14: Máy kiểm tra độ dai va đập Tinius Olsen IT504 .............................................................28 Hình 4.15: Mẫu được đặt lên bàn máy ...............................................................................................29 Hình 4.16: Máy kiểm tra nhiệt lượng quét vi sai DSC 214 Polyma ..................................................29 Hình 4.17: Kính hiển vi điện tử HITACHI TM4000Plus ..................................................................30 Hình 5.1: Mẫu sau khi ép phun của PBT/PA6/CB ..........................................................................32
xvii
Hình 5.2: Mẫu thử độ bền hỗn hợp nhựa PBT/PA6/CB ....................................................................32
Hình 5.3: Biểu đồ nhiệt DSC của hỗn hợp PBT/PA6/CB..................................................................33
Hình 5.4: Mẫu kéo sau quá trình đo cơ tính của mẫu PBT/PA6/CB .................................................34
Hình 5.5: Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu 75PBT_0CB......................................................................35
Hình 5.6: Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu 75PBT_4CB......................................................................36
Hình 5.7: Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu 75PBT_8CB......................................................................37
Hình 5.8: Biểu đồ ứng suất kéo của mẫu 75PBT_12CB....................................................................38
Hình 5.9: Biểu đồ ứng suất kéo mẫu PBT/PA6/CB.........................................................38
Hình 5.10: Biểu đồ trung bình của độ bền kéo PBT/PA6/CB............................................................39
Hình 5.11:Biểu đồ biến dạng trung bình độ bền kéo của mẫu PBT/PA6/CB....................................40
Hình 5.12: Mẫu uốn sau quá trình đo cơ tính.....................................................................................41
Hình 5.13: Biểu đồ ứng suất của độ bền uốn mẫu 75PBT_0CB........................................................42
Hình 5.14: Biểu đồ ứng suất của độ bền uốn mẫu 75PBT_4CB........................................................43
Hình 5.15:Biểu đồ ứng suất của độ bền uốn mẫu 75PBT_8CB.........................................................44
Hình 5.16:Biểu đồ ứng suất của độ bền uốn mẫu 75PBT_12CB.......................................................45
Hình 5.17: Biểu đồ ứng suất uốn của mẫu PBT/PA6/CB..................................................45
Hình 5.18: Biểu đồ trung bình ứng suất uốn của mẫu PBT/PA6/CB.................................................46
Hình 5.19: Biểu đồ biến dạng trung bình độ bền uốn của mẫu PBT/PA6/CB...................................47
Hình 5.20: Biểu đồ elastic trung bình độ bền uốn của mẫu ...............................................................48
Hình 5.21: Kết quả sau khi đo độ dai va đập mẫu có rãnh V .............................................................49
Hình 5.22: Kết quả sau khi đo độ dai va đập của mẫu không có rãnh V ...........................................49
Hình 5.23: Độ dai va đập trung bình của mẫu có rãnh V...................................................................50
Hình 5.24: Độ dai va đập trung bình của mẫu không có rãnh V ........................................................51
Hình 5.25: Tổ chức tế vi của các mẫu (độ phóng đại 100X) .............................................................52
Hình 5.26: Tổ chức tế vi của các mẫu (độ phóng đại 300X) .............................................................53
Hình 5.27: Tổ chức tế vi của các mẫu (độ phóng đại 1000X) ...........................................................53
Hình 6.1: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền kéo hỗn hợp PBT/PA6/CB lập bằng phần mềm Excel..........................................................................................................................................56
Hình 6.2: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền uốn hỗn hợp PBT/PA6/CB lập bằng phần mềm Excel..........................................................................................................................................57
Hình 6.3: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập có rãnh V hỗn hợp PBT/PA6/CB lập bằng phần mềm Excel ........................................................................................................................59
Hình 6.4: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập không có rãnh V hỗn hợp PBT/PA6/CB lập bằng phần mềm Excel ...........................................................................................61
xviii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1: Tỷ lệ hỗn hợp nhựa PBT/PA6/CB(wt.%) .............................................................21 Bảng 4.2: Khối lượng tỷ lệ mẫu PBT/PA6/CB......................................................................23 Bảng 5.1: Kết quả kiểm tra độ bền kéo của 75PBT_0CB ..................................................... 34 Bảng 5.2: Kết quả kiểm tra độ bền kéo của 75PBT_4CB ..................................................... 35 Bảng 5.3: Kết quả kiểm tra độ bền kéo của 75PBT_8CB ..................................................... 36 Bảng 5.4: Kết quả kiểm tra độ bền kéo của 75PBT_12CB ................................................... 37 Bảng 5.5: Kết quả độ bền kéo của hỗn hợp PBT/PA6/CB .................................................... 39 Bảng 5.6: Thông số biến dạng kéo của hỗn hợp PBT/PA6/CB.............................................40 Bảng 5.7: Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu 75PBT_0CB ............................................. 41 Bảng 5.8: Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu 75PBT_4CB ............................................. 42 Bảng 5.9: Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu 75PBT_8CB ............................................. 43 Bảng 5.10: Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu 75PBT_12CB ......................................... 44 Bảng 5.11: Kết quả độ bền uốn của hỗn hợp PBT/PA6/CB..................................................46 Bảng 5.12: Thông số biến dạng uốn trung bình của mẫu PBT/PA6/CB...............................47 Bảng 5.13: Thông số elastic trung bình của mẫu PBT/PA6/CB............................................48 Bảng 5.14: Kết quả kiểm tra độ dai va đập trung bình mẫu có rãnh V ................................. 50 Bảng 5.15: Kết quả kiểm tra độ dai va đập trung bình mẫu không có rãnh V ...................... 51 Bảng 6.1: Giá trị độ bền kéo trung bình theo hàm lượng CB................................................55 Bảng 6.2: Tổng hợp số liệu thực nghiệm của nhóm mẫu PBT/PA6/CB...............................55 Bảng 6.3: Giá trị độ bền uốn trung bình theo hàm lượng CB................................................56 Bảng 6.4: Các giá trị cần thiết để tính toán hồi quy .............................................................. 57 Bảng 6.5: Giá trị độ dai va đập có rãnh V trung bình theo hàm lượng CB ........................... 58 Bảng 6.6: Các giá trị cần thiết để tính toán hồi quy .............................................................. 59 Bảng 6.7: Giá trị độ dai va đập không có rãnh V trung bình theo hàm lượng CB ................ 60 Bảng 6.8: Các giá trị cần thiết để tính toán hồi quy .............................................................. 60
xix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
PA Polyamide
PBT Polybutylene terephthalate
PA6 Polyamide 6
CB Carbon Black
SEM Scanning electron microscope
DSC Differential scanning calorimetry
ABS Acrylonitrin Butadien Styren
EVA-g-MAH Ethylene Vinyl Acetate Copolymer-Graft-Maleic Anhydrit EVA Ethylene Vinyl Acetate Copolymer.
PC Polycarbonate
ASTM American Society for Testing and Materials
PE Polyethylene
PTFE PolyTetraFluoroEthylene
PPS Polyphenylene sulfide
ISO International Organization for Standardization
FCC Cr-acking xúc tác chất lỏng
PMMA Poly Methyl Methacrylate
DMTA Dynamic Mechanical Thermal Analysis
TEM Transmission Electron Microscopy
xx
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Lý do chọn đề tài
Sự phát triển công nghiệp của bất cứ nước nào trên thế giới cũng đều mang lại rất nhiều lợi ích kinh kinh tế cho quốc gia đó. Tuy nhiên, đi kèm với lợi lích to lớn đó con người phải đối mặt với hệ quả nặng nề do ô nhiễm môi trường gây ra. Một trong những vấn đề đi kèm song song với sự phát triển công nghiệp đó là ô nhiễm do rác thải nhựa, đặc biệt là trong thời kỳ hiện nay khi nhu cầu sử dụng nhựa ngày càng tăng. Rác thải nhựa gây ô nhiễm ở nhiều khía cạnh. Đầu tiên là trong quá trình sản xuất nhựa từ dầu mỏ, các nguyên liệu hóa học gây tiêu tốn năng lượng và thải ra lượng khí nhà kính góp phần gây nên sự biến đổi khí hậu. Tiếp theo là trong quá trình sản xuất sẽ tạo ra một lượng lớn chất thải độc hại gây làm ô nhiễm đất và nguồn nước. Vì vậy, hiện nay, mọi người đã dần có ý thức với môi trường hơn với nhiều phương pháp chẳng hạn như bằng cách tái sử dụng nhựa để giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung mới hay giảm sử dụng nhựa hay đổi sang các vật liệu khá có tính thân thiện với môi trường hơn. Nhưng tầm quan trọng của nhựa là quá lớn khó thể tìm ra một vật liệu khác có thể mang lại nhiều lợi ích như nhựa.Vì vậy tái chế nhựa là một trong những phương pháp có thể coi là tối ưu.
Để góp phần giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường nhóm nghiên cứu quyết định chọn tái chế phế thải nhựa khi biết phần lông bàn chải đánh răng được làm từ polybutylene terephthalate (PBT) và polyamide 6 (PA6). Trong quá trình sản xuất việc cắt tạo hình phần lông bàn chải sẽ tạo ra một lượng lớn phế thải nhựa, phần phế thải đó được chất đống và bỏ đi gây tốn thêm chi phí xử lý cho doanh nghiệp sản xuất.
Hình 1.1: Lông của bàn chải đánh răng được làm từ PBT/PA6
PBT rất phổ biến do các đặc tính như khả năng cách điện tốt và chống nước rất tốt. PA6 là một loại polymer bán tinh thể được sử dụng rộng rãi do các lợi ích kỹ thuật của nó, như
1
nhiệt độ biến dạng nhiệt cao, kháng hóa chất tốt, độ bền và độ cứng cao, khả năng chống mài mòn. Tuy nhiên đã có nhiều nghiên cứu đã chỉ ra 2 loại nhựa PBT VÀ PA6 này có sự không tương tích giữa chúng dẫn đến hỗn hợp nhựa này có độ bền kém. Để đáp ứng yêu cầu về tính cơ học và tạo ra một loại nhựa mới hiệu quả từ phế thải nhựa PBT và PA6, nhóm nghiên cứu đã thêm chất độn carbon black(CB) vào hỗn hợp nhựa. Điều này nhằm mục đích cải thiện chất lượng và đồng thời tạo ra một sản phẩm có đủ các tính chất cần thiết để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và ứng dụng mong muốn. Đó là lý do nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của muội than đến cơ tính và tổ chức của hỗn hợp PBT/PA6”. Để thuận tiện trong quá trình nghiên cứu đề tài này nhóm nghiên cứu đã thay thế nhựa PBT và PA6 từ lông bàn chải đánh răng bằng nhựa PBT và PA6 nguyên sinh.
Việc bổ sung thêm carbon black vào hỗn hợp PBT/PA6 không chỉ là một chất độn với mục đích gia tăng độ bền mà CB kết hợp với hỗn hợp PBT/PA6 tạo nên một loại nhựa có thể tản nhiệt tốt hơn nhựa thông thường nhờ vào đặc tính của CB. Nhóm nghiên cứu muốn hướng đến loại nhựa này có thể ứng dụng để sản xuất phần ngàm của bóng đèn xe máy giúp phần nhựa này có thể tản nhiệt nhanh hơn chống tập chung nhiệt một vùng có thể gây nên cháy.
Hình 1.2: Ngàm nhựa trong bóng đèn xe máy 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu trên trái đất đa phần là kết quả của tác động do con người gây ra, do đó để bảo vệ môi trường sống của chúng ta, chúng ta cần thực hiện các biện pháp giảm ô nhiễm môi trường một cách tích cực. Tái chế vật liệu nhựa là một trong những biện pháp hiệu quả. Đề tài nghiên của nhóm nghiên cứu góp phần làm cho trái đất xanh hơn và giúp cho chúng ta có một môi trường sống tốt hơn.
2
Đối với ngành sản xuất nhựa cũng như các doanh nghiệp sản xuất bàn chải đánh răng thì đã tìm được hướng giải quyết lượng phế thải nhựa trong quá trình sản xuất giúp doanh nghiệp có thể tiết kiệm chi phí xử lý hơn.
Trong lĩnh vực khoa học, có thêm phương pháp khác nhau để nâng cao chất lượng của hỗn hợp nhựa PBT/PA6 mang lại nhiều cơ hội và tiềm năng phát triển.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của carbon black đến cơ tính và tổ chức của hỗn hợp polybutylene terephthalate/polyamide 6” có những ý nghĩa sau:
Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đã mang lại những khám phá mới và tính mới về mặt khoa học trong lĩnh vực vật liệu polymer. Nghiên cứu này làm rõ ràng và chi tiết về việc thay đổi tỷ lệ CB trong hỗn hợp PBT/PA6 làm tác động đến tính chất cơ lý và mở ra những cơ hội mới trong việc tối ưu hóa thiết kế vật liệu. Ngoài ra nghiên cứu này là nguồn tài liệu tham khảo cho những nhà nghiên cứu trong và ngoài nước mở ra những triển vọng mới trong việc nghiên cứu về vật liệu polymer tiếp theo.
Ý nghĩa thực tiễn: Giúp doanh nghiệp có thể xử lý phế thải nhựa trong quá trình sản xuất từ đó giảm chi phí xử lý phế thải, điều này đồng nghĩa với việc giảm áp lực đối với môi trường và giúp thúc đẩy các chiến lược phát triển bền vững. Tối ưu hóa quá trình sản xuất, kết quả của nghiên cứu có thể áp dụng trong quy trình sản xuất các sản phẩm từ phế thải nhựa PBT/PA6. Bằng cách hiểu rõ về ảnh hưởng của muội than, các doanh nghiệp có thể tối ưu hóa quy trình sản xuất để đạt được hiệu suất cao.
1.4. Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu ảnh hưởng của muội than đến cơ tính của hỗn hợp PBT/PA6.
1.5. Nhiệm vụ của nghiên cứu
- Trộn PA6 vào PBT theo tỷ lệ đã đề ra và ép phun mẫu.
- Trộn CB vào hỗn hợp PBT/PA6 theo những tỷ lệ đã đề ra và ép phun mẫu.
- Đo độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, phân tích nhiệt DSC và chụp tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6/CB.
- Quy hoạch thực nghiệm tìm ra phương trình thực nghiệm để thể hiện sự ảnh hưởng của CB đối với hỗn hợp PBT/PA6 với các tiêu chí về cơ tính.
1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, phân tích nhiệt DSC, Chụp tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6/CB.
Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các mẫu nhựa sau quá trình ép phun, khảo sát cơ tính trên máy đo các mẫu với từ tỷ lệ 0, 4, 8, 12 % CB đối với hỗn hợp PBT/PA6 với tỷ lệ 75/25.
3
1.7. Phương pháp nghiên cứu
Những phương pháp sử dụng trong nghiên cứu: - 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.
- Chế tạo mẫu PBT/PA6/CB bằng phương pháp ép phun.
- Kiểm tra độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM. - Quan sát tổ chức tế vi bằng kính hiển vi điện tử.
- Phân tích nhiệt DSC bằng máy kiểm tra nhiệt lượng quét vi sai DSC.
4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Khi xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu của con người càng ngày càng tăng cao và vấn đề cần được giải quyết là cần tạo ra những sản phẩm để đáp ứng nhu cầu đó. Ngành nhựa không nằm ngoại lệ cần có những chất liệu mới những sản phẩm đổi mới qua từng ngày. Vì vậy hiện nay những đề tài tạo ra hỗn hợp nhựa mới có chất lượng tốt hơn hay tái chế nhựa giúp tiết kiệm nguồn tài nguyên bảo vệ môi trường và giảm thiểu được chi phí sản xuất đều được quan tâm rất nhiều từ cộng đồng nghiên cứu. Như mọi người đã biết rác thải nhựa hằng năm từ các hoạt động đời sống mà con người thả ra là một trong những nguyên nhân góp phần làm cho môi trường trái đất nóng lên và bị đe dọa nghiêm trọng [1]. Đây cũng là vấn đề làm cho các nhà nghiên cứu khoa học phải đau đầu để nghiên cứu xử lý lượng rác thải nhựa đó để ngăn chặn việc thải trực tiếp ra môi trường và bảo vệ môi trường sống của con người. Hiện nay trên thế giới
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links