Luận án Nghiên cứu nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy của compozit trên nền epoxy gia cường bằng vải thủy tinh

Tên luận án:

Nghiên cứu nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy của compozit trên nền epoxy gia cường bằng vải thủy tinh

Ngành:

Thông tin về ngành học của luận án không được cung cấp trực tiếp trong văn bản.

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Tài liệu này trình bày kết quả nghiên cứu về việc nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu compozit trên nền nhựa epoxy Epikote 240 gia cường bằng vải thủy tinh, nhằm đáp ứng nhu cầu giảm thiểu rủi ro cháy nổ đang gia tăng tại Việt Nam. Nghiên cứu tập trung vào việc chế tạo và đánh giá các vật liệu compozit sử dụng các thành phần như dầu lanh epoxy hóa (ELO), nanoclay I.30E, ống nano cacbon đa tường (MWCNTs) và các chất chống cháy (oxit antimon, paraphin clo hóa, amino phosphat) kết hợp với vải thủy tinh thông thường và vải thủy tinh dệt 3D.

Các phát hiện chính bao gồm:

• Lựa chọn chất đóng rắn Dietylen triamin (DETA) và vải thủy tinh thô loại E 600 g/m² là tối ưu cho việc chế tạo vật liệu nền, với các tính chất cơ học và độ chậm cháy cơ bản được xác định.
• Hệ chất chống cháy oxit antimon/paraphin clo hóa với tỷ lệ 9/11 PKL được chứng minh là hiệu quả nhất, cải thiện đáng kể độ chậm cháy mà vẫn duy trì tính chất cơ học.
• Dầu lanh epoxy hóa (ELO) ở tỷ lệ 90/10 PKL (EP/ELO) hoạt động như chất hóa dẻo, giúp cải thiện độ bền va đập (tăng 21,65%) và giảm tính giòn của nhựa epoxy, đồng thời duy trì độ chậm cháy.
• Việc phân tán thành công 2% khối lượng nanoclay I.30E vào nhựa epoxy đã tạo ra nanocompozit với các lớp silicat bóc tách, giúp tăng cường đáng kể tính chất cơ học (độ bền kéo tăng 13,59%, độ bền uốn tăng 34,63%, độ bền nén tăng 15,11%, độ bền va đập Izod tăng 80,16%) và cải thiện độ chậm cháy (chỉ số LOI 23,7%, tốc độ cháy 24,5 mm/phút).
• Phân tán 0,02% khối lượng MWCNTs bằng rung siêu âm (6 giờ ở 65°C) hoặc kết hợp khuấy cơ học và rung siêu âm cũng mang lại nanocompozit với tính chất cơ học và độ chậm cháy vượt trội.
• Sự kết hợp đồng thời của nanoclay, MWCNTs và chất chống cháy (oxit antimon/paraphin clo hóa) trong nền epoxy đã nâng cao đáng kể độ chậm cháy (chỉ số LOI 29,8%, tốc độ cháy 11,34 mm/phút, đạt mức V1 theo UL 94V) cùng với các tính chất cơ học cao.
• Đặc biệt, việc sử dụng vải thủy tinh dệt 3D loại 600 g/m² trong compozit chứa ELO, MWCNTs, nanoclay và chất chống cháy đã đem lại tính chất cơ học vượt trội hoàn toàn (độ bền kéo 507,19 MPa, độ bền uốn 621,30 MPa, độ bền nén 499,29 MPa, độ bền va đập Izod 255,50 KJ/m²), dù độ chậm cháy có phần giảm nhẹ.

Nghiên cứu này đã thành công trong việc chế tạo các vật liệu compozit và nanocompozit trên nền epoxy Epikote 240 với các tính chất cơ học và độ chậm cháy được cải thiện đáng kể, đóng góp vào sự phát triển vật liệu chậm cháy tại Việt Nam.

Mục lục chi tiết:

• A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
  • 1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của luận án
  • 2. Mục tiêu của luận án
  • 3. Những điểm mới của luận án
  • 4. Cấu trúc của luận án
• B. NỘI DUNG LUẬN ÁN
  • CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
    • 1.1 Nhựa epoxy
    • 1.2 Các giải pháp nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy của compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng vải thủy tinh
      • 1.2.1 Phối trộn dầu lanh epoxy hóa
      • 1.2.2 Đưa nanoclay vào nhựa epoxy
      • 1.2.3 Đưa MWCNTs vào nhựa epoxy
    • 1.3 Các chất làm chậm cháy polyme
      • 1.3.1 Cơ chế cháy vật liệu polyme
      • 1.3.2 Cơ chế hoạt động của phụ gia chống cháy
      • 1.2.3 Phụ gia chống cháy
    • 1.4 Các loại vải thủy tinh thông thường và vải thủy tinh 3D
  • CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
    • 2.1 Nguyên liệu
    • 2.2 Phương pháp chế tạo mẫu
      • 2.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu nhựa nền
        • 2.2.1.1 Phương pháp chế tạo mẫu epoxy Epikote 240 với các chất chống cháy
        • 2.2.1.2 Phương pháp chế tạo mẫu epoxy Epikote 240/dầu lanh epoxy hóa (ELO)
        • 2.2.1.3 Phương pháp phân tán nanoclay vào epoxy Epikote 240
        • 2.2.1.4 Phương pháp phân tán MWCNTs vào epoxy Epikote 240
        • 2.2.1.5 Phương pháp phân tán nanoclay/MWCNTs vào epoxy Epikote 240
      • 2.2.2 Chế tạo vật liệu polyme compozit nền epoxy Epikote 240 gia cường bằng vải thủy tinh
    • 2.3 Phương pháp nghiên cứu
      • 2.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng phần gel
      • 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
      • 2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA)
      • 2.3.4 Phương pháp xác định hình thái cấu trúc của vật liệu
      • 2.3.5 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua
      • 2.3.6 Phương pháp xác định tính chất cơ học
      • 2.3.7 Các phương pháp khảo sát khả năng chống cháy của vật liệu
        • 2.3.7.1 Phương pháp đo chỉ số oxy giới hạn (Limiting Oxygen Index - LOI)
        • 2.3.7.2 Phương pháp xác định tính dễ bốc cháy của vật liệu trên thiết bị UL 94 (UL 94HB và UL 94V)
        • 2.3.7.3 Phương pháp đo chỉ số tốc độ cháy
  • CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
    • 3.1 Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu polyme compozit nền nhựa epoxy Epikote 240
      • 3.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất đóng rắn amin khác nhau đến mức độ đóng rắn, độ bền cơ học và độ chống cháy của vật liệu polyme epoxy E 240
      • 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại vải thủy tinh đến tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu polyme compozit nền nhựa epoxy E 240 đóng rắn bằng DETA
      • 3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất chống cháy đến tính chất của vật liệu nhựa epoxy E 240 đóng rắn bằng DETA
        • 3.1.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất chống cháy đến độ chậm cháy, tính chất cơ học của nhựa epoxy E 240
        • 3.1.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất chống cháy đến tính chất cơ học của nhựa epoxy E 240
        • 3.1.3.3 Hình thái cấu trúc của nhựa epoxy E 240 có mặt các chất chống cháy khác nhau
        • 3.1.3.4 Nghiên cưú ảnh hưởng của các chất chống cháy đến tính chất nhiệt của nhựa epoxy E 240
      • 3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ chất chống cháy oxyt antimon và paraphin clo hóa đến độ chậm cháy và tính chất cơ học của nhựa epoxy E 240
      • 3.1.5 Hình thái cấu trúc của nhựa epoxy E240 có mặt hệ chất chống cháy oxyt antimon và parafin clo hóa
      • 3.1.6 Tính chất nhiệt của nhựa epoxy E240 có mặt hệ chất chống cháy oxyt antimon/parafin clo hóa
    • 3.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC trên nền nhựa epoxy E 240 – dầu lanh epoxy hóa (ELO) gia cường bằng vải thủy tinh
      • 3.2.1 Khảo sát quá trình đóng rắn của hỗn hợp epoxy E 240/ELO đóng rắn bằng DETA
      • 3.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng ELO hóa đến tính chất cơ học và độ chậm cháy của hỗn hợp epoxy E 240/ELO đóng rắn bằng DETA
      • 3.2.3 Hình thái cấu trúc của vật liệu polyme epoxy Epikote 240/dầu lanh epoxy hóa đóng rắn bằng DETA
      • 3.2.4 Tính chất cơ học và độ chậm cháy vật liệu PC trên nền epoxy E 240/ ELO gia cường bằng vải thủy tinh có và không có mặt chất chậm cháy
        • 3.2.4.1 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của hỗn hợp epoxy E 240/ELO có và không có mặt chất chống cháy
        • 3.2.4.2 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu PC nền epoxy E 240/ELO gia cường bằng vải thủy tinh có và không có mặt chất chống cháy
    • 3.3 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC trên nền epoxy E 240 có nanoclay gia cường bằng vải thủy tinh
      • 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất cơ học và khả năng chậm cháy của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I30E
        • 3.3.1.1 Khảo sát hình thái cấu trúc và nhiễu xạ tia X của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E
        • 3.3.1.2 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E
      • 3.3.6 Vật liệu PC trên nền epoxy E 240 có nanoclay I.30E gia cường bằng vải thủy tinh
        • 3.3.6.1 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của nanocompozit trên nền epoxy E 240/ELO có nanoclay I.30E khi bổ sung phụ gia chất chậm cháy
    • 3.4 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC nền epoxy Epikote 240 có ống nano các bon đa tường (MWCNTs-Multiwall cacbon nanotubers) gia cường bằng vải thủy tinh
      • 3.4.1 Nghiên cứu phương pháp phân tán MWCNTs vào epoxy bằng kỹ thuật rung siêu âm
        • 3.4.1.1 Ảnh hưởng của thời gian rung siêu âm đến mức độ phân tán, tính chất cơ học và tính chất chống cháy của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240
        • 3.4.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ rung siêu âm đến tính chất cơ học và tính chất chống cháy của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240
        • 3.4.1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng MWCNTs đến tính chất cơ học và tính chất chậm cháy của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240
      • 3.4.2 Nghiên cứu phương pháp phân tán MWCNTs vào epoxy bằng kỹ thuật khuấy cơ học kết hợp rung siêu.
      • 3.4.3 Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên nền epoxy có bổ sung nanoclay và MWCNTs
        • 3.4.3.1 Phân tán nanoclay và MWCNTs vào epoxy
        • 3.4.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ hàm lượng nanoclay I.30E và MWCNTs đến tính chất của nhựa epoxy E 240
      • 3.4.4 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu nanocompozit nền nhựa epoxy Epikote 240 phối hợp ELO có mặt phụ gia nanoclay I.30E, MWCNTs và chất chống cháy
      • 3.4.5. Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu nanocompozit nền epoxy E 240 có mặt MWCNTs và nanoclay I.30E có và không có chất chống cháy gia cường bằng vải thủy tinh
    • KẾT LUẬN