Download luận án tóm tắt ngành hóa học với đề tài: Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất hóa lý của vật liệu Polyme Nanocompozit trên cơ sở nhựa Polyamit 6, nhựa Polycacbonat và ống cacbon nano đa tường Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://baocaothuctap.net

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Hà Văn Thức
KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH CHẤT
HÓA LÝ CỦA VẬT LIỆU POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN
CƠ SỞ NHỰA POLYAMIT 6, NHỰA POLYCACBONAT VÀ ỐNG
CACBON NANO ĐA TƯỜNG
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hoá lý
Mã số: 9 44 01 19
LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC
Hà Nội – 2019

2. Luận án được hoàn thành tại: Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam
–«—
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Trần Thị Thanh Vân
2. TS. Lê Văn Thụ

3. DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
1. Hà Văn Thức, Trần Thị Thanh Vân, Ngô Cao Long, Lê Văn Thụ,
Nghiên cứu chế tạo vật liệu PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT bằng
phương pháp trộn hợp nóng chảy, Phần 1: Chế tạo masterbatch, Tạp
chí Hoá học, số 56, 07-2018, tr. 145-149.
2. Hà Văn Thức, Trần Thị Thanh Vân, Ngô Cao Long, Lê Văn Thụ,
Nghiên cứu chế tạo vật liệu PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT bằng
phương pháp trộn hợp nóng chảy, Phần 2: Tối ưu hoá các thông số
gia công, Tạp chí Hoá học, số 56, 07-2018, tr. 150-154.
3. Huỳnh Anh Hoàng, Lê Văn Thụ, Hà Văn Thức, Biến tính và khảo sát
tính chất ống cacbon nano tổng hợp từ khí dầu mỏ hóa lỏng Việt Nam,
Tạp chí Hóa học, T.52 (6), tr. 717-722.
4. Hà Văn Thức, Trần Thị Thanh Vân, Ngô Cao Long, Lê Văn Thụ,
Khảo sát ảnh hưởng của ống cacbon nano đến tính chất của vật liệu
blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA, Tạp chí Phân tích Hoá, Lý và Sinh
học, tập 23, số 3/2018, tr 89-93.
5. Hà Văn Thức, Trần Thị Thanh Vân, Ngô Cao Long, Lê Văn Thụ,
Nâng cao hiệu quả tương hợp giữa polyamide 6 và polycarbonate trên
cơ sở sử dụng chất trợ tương hợp SEBS và SEBS-g-MA, Tạp chí Phân
tích Hoá - Lý và Sinh học, đã được chấp nhận đăng.

4. 1
A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1. Tính cấp thiết và mục đích nghiên cứu của luận án
- Tính cấp thiết của luận án: Ngày nay, phát triển vật liệu polyme
nanocompozit trên cơ sở các nhựa nhiệt dẻo, nhiệt rắn gia cường các vật liệu
nano nhằm tạo ra sản phẩm chịu va đập tốt luôn được quan tâm nghiên cứu.
Trong thực tế, các nhựa nhiệt dẻo polyamit 6 (PA6), polycacbonat (PC) đã
được sử dụng làm vật liệu để sản xuất nhiều thiết bị chống va đập, đặc biệt
trong lĩnh vực an ninh quốc phòng, ví dụ như mũ, áo, các bộ ốp che cơ thể.
Các trang bị cho người lính đó đòi hỏi khả năng chịu va đập tốt, bền, nhẹ.
PA6 có một số tính chất ưu việt như bền với dung môi hidrocacbon, chịu
mòn, mỏi tốt, dẻo dai, ổn định nhiệt cao, dễ gia công. PC có đặc tính nổi bật
là độ trong suốt quang học cao, chịu va đập tốt hơn hầu hết các nhựa nhiệt
dẻo khác. Trong số các vật liệu nano gia cường hiệu quả cao cho nhựa nhiệt
dẻo thì ống cacbon nano (CNT) là một tác nhân điển hình. CNT có độ bền
cơ lý rất cao và nhẹ. Vì vậy, nếu PA6, PC, CNT được kết hợp vào trong một
polyme nanocompozit thì có thể tạo ra một vật liệu đầy tiềm năng để sản
xuất các trang thiết bị chống va đập cho lực lượng vũ trang.
- Mục đích: Chế tạo thành công polyme nanocompozit trên cơ sở các nhựa
nhiệt dẻo PA6, PC và chất gia cường CNT nhằm ứng dụng hiệu quả hệ vật
liệu vào sản xuất các trang bị bảo vệ cơ thể cho lực lượng vũ trang.
2. Nội dung nghiên cứu của luận án
(1) Chế tạo blend PA6/PC trên cơ sở sử dụng hai chất tương hợp là
SEBS và SEBS-g-MA.
(2) Biến tính CNT sau đó chế tạo polyme nanocompozit trên cơ sở
CNT biến tính với blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA.
(3) Tối ưu hóa các thông số gia công và xác định trình tự phối trộn
phù hợp để chế tạo polyme nanocompozit.
(4) Sản xuất thử nghiệm một số sản phẩm chống va đập (bộ ốp che
tay, mũ bảo hiểm) từ vật liệu polyme nanocompozit đã chế tạo.
3. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và đóng góp mới của luận án

5. 2
- Đánh giá mức độ phân tán, khả năng tương tác giữa các thành phần và sự
thay đổi các tính chất cơ lý của polyme blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA
và polyme nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT.
- Xây dựng được quy trình phối trộn và các thông số công nghệ phù hợp để
chế tạo polyme nanocompozit.
- Sản xuất thử nghiệm một số sản phẩm chống va đập dùng trong lĩnh vực
an ninh quốc phòng đáp ứng tốt được các tiêu chuẩn sản phẩm của ngành.
4. Bố cục của luận án
Luận án có 138 trang bao gồm 6 phần: Mở đầu 2 trang; Chương 1-
Tổng quan 38 trang; Chương 2–Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu
14 trang; Chương 3-Kết quả và thảo luận 61 trang; Danh mục công trình của
tác giả 1 trang; Tài liệu tham khảo 11 trang; Phụ lục 10 trang.
B. NỘI DUNG LUẬN ÁN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Tác giả đã tập hợp được 103 tài liệu tham khảo về các nội dung và đối
tượng nghiên cứu của luận án gồm: Các đặc điểm và ứng dụng của PA6, PC
và một số nhựa nhiệt dẻo khác. Tổng quan về tình hình nghiên cứu, chế tạo
và ứng dụng các polyme blend của các nhựa nhiệt dẻo với các chất tương
hợp, cũng như các polyme nanocompozit với nền là nhựa nhiệt dẻo, đặc biệt
là PA6, PC với chất gia cường là CNT. Từ đó có các kết luận sau được rút
ra:
- PA6, PC được sử dụng phổ biến để chế tạo các polyme blend và polyme
nanocompozit như PA6/PP, PA6/PE, PA6/PC, PA6/CNT, PC/CNT. Các
loại compozit và blend phần lớn đã cải thiện độ bền va đập, độ dãn dài, độ
bền kéo đứt, … CNT có khả năng gia cường hiệu quả tính chất cơ lý cho
nhiều polyme nanocompozit. Tuy nhiên hiệu quả tích cực của CNT chỉ được
phát huy rõ rệt khi được biến tính để làm suy giảm hiện tượng co cụm, tăng
khả năng phân tán và kết nối với nhựa nền.

6. 3
- Nhiều polyme khối, polyme ghép được sử dụng để làm chất tương hợp
giữa các polyme trong polyme blend, polyme nanocompozit. Điển hình là
các copolyme ghép như PE-g-MA, PP-g-MA, EPR-g-MA, SEBS-g-MA, …
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Hóa chất
PA6: MFI 10 g/10 phút (230 0
C, 2,16 kg), 1,36 g/cm3
. PC: MFI 10,5
g/10 phút (300 0
C, 1,2 kg), 1,2 g/cm3
. SEBS: Kraton 1652, 0,91 g/cm3
,
20000u. SEBS-g-MA: SEBS 2 % maleic anhidrit, Kraton 1901, 20000u, 29
% Styren. MWCNT: CVD, d = 10÷ 80 nm, l = 10 ÷ 50 µm, độ sạch > 95 %.
2.2. Thiết bị
Bể rung siêu âm SW60H Elma 38 kHz. Máy trộn 2 trục vít Brabender.
Máy ép phun SM210, máy trộn kín SHR super mixer, máy trộn nóng chảy
Coperion Keya, máy ép phun tạo mẫu đo cơ lý M-70A-DM. Máy đo phổ
hồng ngoại FT-IR IMPACT-410. Máy đo phổ nhiễu xạ tia X D8 Advance
Bruker. Máy phân tích nhiệt lượng vi sai quét DSC, nhiệt khối lượng TGA
Labsys Stearam. Kính hiển vi điện tử quét SEM Hitachi S4800. Kính hiển
vi điện tử truyền qua TEM JEM-1010. Máy kéo nén uốn đa năng Tinius
Olsen H100KT và máy đo độ bền va đập Radmana ITR 2000.
2.3. Phương pháp thực nghiệm
2.3.1. Chế tạo polyme blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA
Các mẫu PA6, PC, PA6/PC, PA6/PC/SEBS-g-MA,
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA được chuẩn bị với hàm lượng các thành phần
thay đổi. Các mẫu được trộn nguội rồi được đưa đồng thời vào buồng trộn
máy đùn 2 trục vít.
2.3.2. Chế tạo polyme nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT
2.3.2.1. Biến tính CNT: Hỗn hợp CNT và HNO3 (63%) được trộn lẫn, rung
siêu âm, gia nhiệt và khuấy. Hỗn hợp được pha loãng bằng nước khử ion và
lọc. Sấy mẫu trong tủ sấy chân không.

7. 4
2.3.2.2. Chế tạo polyme nanocompozit : Polyme nanocompozit được chế tạo
qua 2 giai đoạn: Sấy khô tách ẩm, trộn nóng chảy.
2.3.3. Xác định các thông số gia công chế tạo polyme nanocompozit
Các nguyên liệu gồm PA6, PC, SEBS/SEBS-g-MA và CNT (đã biến
tính) được trộn theo tỉ lệ tương ứng 80/20/10/10/1,5 (pkl). Các thông số gia
công mẫu tối ưu được xác định gồm nhiệt độ, thời gian và tốc độ trục vít.
2.3.4. Chế tạo masterbatch của polyme nanocompozit
2.3.4.1. Quy trình 1: PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT tỉ lệ tương ứng
80/20/10/10/1,5 (pkl) được trộn đồng thời để chế tạo polyme nanocompozit.
2.3.4.2. Quy trình 2: Ở giai đoạn 1 chỉ bao gồm PA6/SEBS/SEBS-g-
MA/CNT được trộn. Ở giai đoạn 2 PC được cho vào.
2.3.4.3. Quy trình 3: Ở giai đoạn 1 chỉ bao gồm PC/SEBS/SEBS-g-
MA/CNT được trộn. Ở giai đoạn 2 PA6 được cho vào.
2.3.5. Sản xuất thử nghiệm
2.3.5.1. Sử dụng phương pháp mô phỏng số: Khả năng chống va đập của vật
liệu polyme nanocompozit được đánh giá bằng phần mềm mô phỏng số
Autodyn Ansys 12.
2.3.5.2. Sản xuất sản phẩm ốp che và mũ bảo hiểm: Bộ ốp che và mũ bảo
hiểm sau khi được xác định độ dày và có khuôn sản phẩm, chúng được tiến
hành sản xuất thử nghiệm.
2.4. Phương pháp khảo sát cấu trúc và tính chất của mẫu và thử nghiệm
sản phẩm
Khảo sát vi cấu trúc mẫu: FT-IR, XRD, EDX, độ chảy nhớt của
polyme, TGA và DSC. Khảo sát hình thái học SEM, TEM. Xác định tính
chất cơ lý: độ bền kéo, độ dãn dài, độ bền va đập Charpy theo tiêu chuẩn
ISO 179-1:2010.

8. 5
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát cấu trúc và tính chất của polyme blend
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA
3.1.1. Khảo sát tính chất cơ lý của blend PA6/PC
3.1.2. Khảo sát tính chất cơ lý của blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA
3.1.2.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của SEBS-g-MA đến tính chất cơ lý của PA6
và PC
Lượng SEBS-g-MA vào khoảng 10 (pkl) trong blend với PA6/PC có
thể là mức độ phù hợp để tạo thuận lợi cho sự kết nối pha PA6-PC, qua đó
làm tăng tính chất cơ lý của blend so với các polyme ban đầu.
3.1.2.2. Khảo sát tính chất cơ lý của polyme blend PA6/PC/SEBS-g-MA
Hình 3.3: Sự biến đổi độ
bền va đập của các blend
PA6/PC/SEBS-g-MA có tỉ lệ tương
ứng x/100-x/y với y = 0 ÷ 20 (pkl)
0
50
100
150
200
80 50 20
Độbềnvađập(J.m-1)
PA6 (x)
Độ bền va đập và độ dãn dài
của blend đều thấp hơn
nhiều so với các polyme
ban đầu do tính không
tương hợp của PA6 và PC.Hình 3.1. Sự biến đổi độ bền va đập của blend
PA6/PC theo tỉ lệ của các nhựa
Hình 3.2: Sự biến đổi độ bền va
đập của các blend PA6/SEBS-g-
MA và PC/SEBS-g-MA khi hàm
lượng SEBS-g-MA thay đổi

9. 6
3.1.2.3. Khảo sát tính chất cơ lý của blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA
3.1.3. Khảo sát vi cấu trúc của blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA
Hình 3.5: Ảnh SEM bề mặt đứt gãy của các
mẫu blend: (a) PA6/PC 80/20, (b)
PA6/PC/SEBS-g-MA 80/20/20 và (c)
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA 80/20/10/10
(pkl)
3.1.4. Khảo sát mô men xoắn của các blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA
Hình 3.4: Sự biến đổi
tính chất cơ lý của blend
PA6/PC/SEBS/SEBS-
g-MA theo tỉ lệ
SEBS/SEBS-g-MA
(a) (b)
(c)
Hình 3.6: Mô men xoắn của
các mẫu blend: mẫu 1:
PA6/PC 80/20; mẫu 2:
PA6/PC/SEBS-g-MA
80/20/20 và mẫu
3: PA6/PC/SEBS/SEBS-g-
MA 80/20/10/10

10. 7
3.1.5. Phân tích phổ hồng ngoại của các mẫu
Hình 3.7: Phổ FTIR của các mẫu blend
(a) PA6/PC/SEBS-g-MA; (b) PA6/PC
Sự gia tăng cường độ các
pic có thể do các tương
tác hóa học xảy ra giữa
PA6 và SEBS-g-MA.
Các nhóm cuối amin (–
NH2) của PA6 đã tương
tác với phần anhidrit
maleic (–MA) trong chất
tương hợp để hình thành
nên các nhóm imit.
3.1.6. Cơ chế tương tác và mô hình phân tán của các thành phần trong
blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA
Hình 3.8: Mô hình phân bố các thành
phần trong blend, nhóm chất tương
hợp SEBS/SEBS-g-MA có vai trò
như cầu nối nhựa nền PA6 với PC
Hình 3.9: Cơ chế tương tác để hình
thành cầu nối giữa nền PA6 và PC
của SEBS/SEBS-g-MA trong blend
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA

11. 8
3.2. Khảo sát cấu trúc và tính chất của polyme nanocompozit trên cơ sở
polyme blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA và chất gia cường CNT
3.2.1. Cấu trúc và tính chất của CNT trước và sau biến tính
3.2.1.1. Khảo sát vi cấu trúc CNT qua hình ảnh hiển vi điện tử
Hình 3.10: Ảnh SEM các mẫu CNT: (a) trước và (b) sau biến tính
(a) (b)
Hình 3.11: Ảnh SEM mô tả trạng thái
phân bố của CNT sau biến tính
Hình 3.12: Ảnh SEM xác định
kích thước các vi sợi CNT sau biến
tính(a) (b)
Hình 3.13: Ảnh TEM của các mẫu CNT: (a) trước và (b) sau biến tính

12. 9
3.2.1.2. Phổ hồng ngoại và phổ tán sắc năng lượng tia X của CNT
Hình 3.14: Phổ hồng ngoại của các mẫu CNT trước (a) và sau (b) biến tính
CNT trước khi biến
tính d (A0
)
CNT sau khi biến tính
d (A0
)
Nguyên tố
3,423 3,409 C
2,096 2,104 Fe3C
2,021 2,024 Fe3C.n-Fe/C
Hình 3.15: Biểu đồ nhiễu xạ tia X của CNT trước (a) và sau (b) biến tính
(a)
(a) (b)
(b)

13. 10
Mẫu CNT trước biến tính Mẫu CNT sau biến tính
Nguyên
tố
Khối
lượng
(%)
Nguyên
tử
(%)
Nguyên
tố
Khối
lượng
(%)
Nguyên tử (%)
C 92,35 98,42 C 85,85 90,53
Fe 0,44 0,10 Fe 0,35 0,08
O 10,91 8,64
Hình 3.16: Kết quả đo phổ EDX các mẫu CNT trước và sau biến tính
3.2.1.3. Tính chất nhiệt của CNT trước và sau biến tính
Hình 3.17: Kết quả phân tích nhiệt trong môi trường không khí của các
mẫu CNT trước biến tính (a) và sau biến tính (b)
3.2.2. Cấu trúc và tính chất của polyme nanocompozit
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT
3.2.2.1. Ảnh hưởng của CNT đến tính chất cơ lý của polyme nanocompozit
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT
(a) (b)
Hình 3.18: Sự biến đổi
tính chất cơ lý của
polyme nanocompozit
khi thay đổi hàm lượng
CNT

14. 11
3.2.2.2. Khảo sát tính chất nhiệt của các mẫu chế tạo
3.2.2.3. Khảo sát hình thái học của các mẫu chế tạo
Nnb
(a) (b)
PA6/PC 80/20
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA
80/20/10/10
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-
MA/CNT 80/20/10/10/1,5
Hình 3.19: Giản
đồ phân tích
nhiệt của các
mẫu
PA6/PC/SEBS/
SEBS-g-MA và
PA6/PC/SEBS/
SEBS-g-
MA/CNT
Hình 3.20: Ảnh SEM bề mặt của các mẫu polyme nanocompozit
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT có tỉ lệ tương ứng là 80/20/10/10/x với
x lần lượt bằng (a) 0, (b) 1,5 và (c) 2,0 (pkl)
(c)

15. 12
3.3. Tối ưu hóa các thông số trong gia công chế tạo polyme
nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT
3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn hợp nóng chảy đến cấu trúc và tính
chất cơ lý của polyme nanocompozit
3.3.1.1. Tính chất cơ lý của polyme nanocompozit
3.3.1.2. Hình thái cấu trúc của polyme nanocompozit
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian trộn hợp nóng chảy đến cấu trúc và tính
chất cơ lý của polyme nanocompozit
3.3.2.1. Tính chất cơ lý của polyme nanocompozit
(b)(a)
Hình 3.21: Ảnh hưởng
của nhiệt độ trộn chảy
đến tính chất cơ lý của
polyme nanocompozit
Hình 3.22: Ảnh SEM
của các mẫu polyme
nanocompozit được chế
tạo ở nhiệt độ trộn: (a)
250 o
C và (b) 260 o
C
Hình 3.23: Ảnh hưởng
của thời gian trộn đến
tính chất cơ lý của
polyme nanocompozit

16. 13
3.3.2.2. Hình thái cấu trúc của polyme nanocompozit
3.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ trục vít đến cấu trúc và tính chất cơ lý của
polyme nanocompozit
3.3.3.1. Tính chất cơ lý của polyme nanocompozit
3.3.3.2. Hình thái cấu trúc của polyme nanocompozit
3.4. Chế tạo masterbatch của polyme nanocompozit
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT
STT Vị trí Nhiệt độ (o
C) Bảng 3.1: Nhiệt độ các
khoang trong máy ép
phun M-70A-DM khi
ép phun chế tạo
polyme nanocompozit
1 Đầu phun 260
2 T1 260
3 T2 257
4 T3 253
5 T4 250
(a) (b)
(a) (b)
Hình 3.24: Ảnh SEM bề mặt
của các polyme nanocompozit
được chế tạo với thời gian trộn
là (a) 10 phút và (b) 15 phút
Hình 3.25: Ảnh hưởng của tốc độ
trục vít đến tính chất cơ lý của
polyme nanocompozit
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT
Hình 3.26: Ảnh SEM các
polyme nanocompozit
được chế tạo với tốc độ
trộn: (a) 50 vòng/phút và
(b) 70 vòng/phút

17. 14
Hình 3.27: Các quy trình trộn vật liệu để chế tạo polyme nanocompozit
3.4.1. Khảo sát tính chất cơ lý của polyme nanocompozit được chế tạo
theo các quy trình khác nhau
3.4.2. Khảo sát hình thái học của polyme nanocompozit được chế tạo theo
các quy trình khác nhau
Hình 3.29: Ảnh SEM các mẫu polyme nanocompozit được chế tạo bởi các
quy trình tạo masterbatch khác nhau.
3.4.3. Khảo sát thời điểm trộn PA6 phù hợp vào masterbatch
(1) (3)(2)
Hình 3.28: Tính chất cơ lý của các
mẫu polyme nanocompozit
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-
MA/CNT chế tạo theo các quy
trình khác nhau

18. 15
3.5. Ứng dụng polyme nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT
vào sản xuất một số sản phẩm chống va đập
3.5.1. Kết quả sử dụng phương pháp mô phỏng số để xác định độ dày tối
ưu cho các sản phẩm
3.5.1.1. Kết quả tính toán mô phỏng số đối với mũ bảo hiểm
a) Kết quả xây dựng mô hình hình học và chia lưới mô hình:
Hình 3.31: Mô hình hình học mũ bảo hiểm
0,01 mm 0,02 mm 0,04 mm
(a)
(b) (c)
Hình 3.30: Sự ảnh hưởng của thời
điểm trộn PA6 vào masterbatch
PC/CNT đến các tính chất cơ lý
của polyme nanocompozit
Hình 3.32: Kết quả chia lưới mô hình mũ bảo hiểm theo các phương
pháp: (a) Tetrahedrons, (b) Dominant quad/tri, (c) Dominant All quad

19. 16
b) Lựa chọn các thông số vật liệu và kết quả tính toán mô phỏng va đập
1 Phương trình trạng
thái
Shock
Bảng 3.2: Mô hình vật
liệu chuẩn polyme
nanocompozit
2 Mô hình bền von Mises
3 Mô hình phá hủy Hydro (Pmin)
Bảng 3.3: Các thông số của phương trình trạng thái
Equation of State Shock
Reference density 1.14000E+00 (g/cm3
)
Gruneisen coefficient 8.70000E-01 (none )
Parameter C1 2.29000E+03 (m/s )
Parameter S1 1.63000E+00 (none )
Strength von Mises
Shear Modulus 3.68000E+06 (kPa )
Yield Stress 5.00000E+04 (kPa )
Failure Hydro (Pmin)
Hydro Tensile Limit -1.00000E+06 (kPa )
Reheal Yes
Erosion None
Maximum Expansion 1.00000E-01 (none )
Minimum Density Factor (SPH) 2.00000E-01 (none )
Hình 3.33: Các đặc trưng biến đổi cấu
trúc mũ bảo hiểm trong khi va chạm

20. 17
Hình 3.34: Kết quả tính toán va
chạm mô phỏng của mũ bảo hiểm:
(a) ứng suất va đập ở tốc độ va
chạm 10 m/s, (b) ứng suất va đập ở
tốc độ va chạm 20 m/s, (c) độ biến
dạng mũ
c) Kết quả khảo sát ảnh hưởng của vật liệu chế tạo mũ
Hình 3.35: Sự thay đổi năng lượng va đập trong quá trình va chạm của mũ
làm từ các vật liệu khác nhau
0
5
10
15
20
25
30
35
0 2 4 6 8 10
Ứngsuấtlớnnhất
(MPa)
Thời gian va đập (10-3s)
0
10
20
30
40
50
0 5 10
Ứngsuấtlớnnhất
(MPa)
Thời gian va đập (10-3s)
0
20
40
60
0 2 4 6 8 10
Độbiếndạnglớn
nhất(mm)
Thời gian va đập (10-3s)
(a) (b)
(c)
PA6 PA6/SEBS-g-MA
PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA

21. 18
d) Kết quả khảo sát độ dày của mũ
Hình 3.36: Độ biến dạng của các mũ có độ dày khác nhau
3.5.1.2. Kết quả tính toán mô phỏng số đối với bộ ốp che
a) Kết quả xây dựng mô hình hình học và chia lưới mô hình
HexDominant quad/tri,
0,01 mm
Hex Dominant quad/tri,
0,05 mm
Tetrahedrons, 0,01 mm
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10
Độbiếndạnglớnnhất
(mm)
Thời gian va chạm (10-3s)
1 mm 2 mm
3 mm 4 mm
(a)
(b)
(c)

22. 19
Hex Dominant quad/tri,
0,02 mm
Hình 3.37: Mô hình hình học và phương pháp chia lưới phù hợp của bộ ốp
che: (a) ốp vai, (b) ốp đòn tay, (c) ốp khuỷu tay, (d) ốp cánh tay
b) Lựa chọn các thông số vật liệu và kết quả tính toán mô phỏng va đập
Hình 3.38: Kết quả tính toán ứng suất và độ biến dạng khi va chạm của
bộ ốp che tay: (a) tốc độ va chạm là 10 m/s, (b) tốc độ va chạm là 20 m/s
d) Kết quả khảo sát độ dày của bộ ốp che
0
50
100
150
0 2 4 6 8 10
Ứngsuâtlớnnhất
(MPa)
Thời gian va đập (10-3s)
0
5
10
15
20
25
0 2 4 6 8 10
Độbiếndạnglớnnhất
(mm)
Thời gian va đập (10-3s)
0
50
100
150
200
250
0 2 4 6 8 10
Ứngsuấtlớnnhất
(MPa)
Thời gian va đập (10-3s)
0
10
20
30
00 02 04 06 08 10
Độbiếndạnglớn
nhất(mm)
Thời gian va đập (10-3s)
(d)
(a) (b)

23. 20
Hình 3.39: Độ biến dạng của các bộ ốp che có độ dày khác nhau
3.5.2. Sản xuất thử nghiệm bộ ốp che tay và mũ bảo hiểm sử dụng vật liệu
là polyme nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT
Bảng 3.4: Nhiệt độ tại các khoang gia nhiệt trong máy đùn trộn polyme
nanocompozit
Khoang
trộn
Đầu
phun
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
Nhiệt độ
(o
C)
260 260 258 258 256 256 254 254 252 252 250
Bảng 3.5: Nhiệt độ tại các khoang trong máy ép phun SM210 khi sản xuất
thử nghiệm các bộ sản phẩm từ vật liệu polyme nanocompozit
Đầu béc phun T1 T2 T3 T4 T5
260o
C 258o
C 256o
C 254o
C 252o
C 250o
C
0
5
10
15
20
25
30
00 02 04 06 08 10
Độbiếndạnglớnnhất(mm)
Thời gian va chạm (10-3s)
1 mm 1,5 mm 2 mm 2,5 mm 3 mm

24. 21
Hình 3.40: Các sản phẩm mũ bảo hiểm (a) và bộ ốp che tay (b)
3.5.3. Thử nghiệm thực tế về chất lượng các sản phẩm mũ và bộ ốp che
tay
3.5.3.1. Thử nghiệm các tính chất cơ lý
Hình 3.41: Tính chất cơ lý của các sản phẩm sản xuất thử nghiệm và vật
liệu polyme nanocompozit chế tạo trong phòng thí nghiệm
3.5.3.2. Thử nghiệm chống gậy đập
Bảng 3.6: Kết quả kiểm tra chống va đập của các sản phẩm sản xuất thử
nghiệm
Sản phẩm
Kết quả
Mũ bảo hiểm Bộ ốp che tay
Hiện tượng nứt vỡ
Không nứt vỡ, bị trầy
xước
Không nứt vỡ
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Độ bền kéo đứt (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền va đập (J/m)
Nanocompozit Mũ bảo hiểm Ốp che tay
(a) (b)

25. 22
Kết cấu sản phẩm
Độ đàn hồi tốt,
không móp méo, hệ
thống cầu mũ bên
trong không thay đổi.
Độ đàn hồi tốt, không móp
méo
3.5.3.3. Thử nghiệm dao chống chém
Bảng 3.7: Kết quả kiểm tra chống dao chém của sản phẩm sản xuất thử
nghiệm
Sản phẩm
Kết quả
Mũ bảo hiểm Bộ ốp che
Hiện tượng nứt
vỡ
Không nứt vỡ, bị trầy
xước
Không nứt vỡ
Kết cấu sản
phẩm
Độ đàn hồi tốt, không
móp méo
Độ đàn hồi tốt, không
móp méo
Độ sâu của vết
chém
1,25 mm 1,05 mm
3.5.3.4. So sánh các chỉ tiêu sản phẩm chế tạo thử nghiệm so với sản phẩm
tiêu chuẩn
Bảng 3.8: Các chỉ tiêu cơ lý của sản phẩm chế tạo thử nghiệm so với tiêu
chuẩn
Sản phẩm Chế tạo thử Tiêu chuẩn
Mũ bảo
hiểm
Độ bền kéo: 111 MPa
Độ bền va đập: 787 J/m
Khối lượng ≤ 0,5 kg
Chống được gậy đập, dao
chém theo tiêu chuẩn của
Bộ Công an
Độ bền kéo ³ 40 MP a
Độ bền va đập ³ 400 J/m
Khối lượng ≤ 0,65 kg
Chống được gậy đập, dao
chém theo tiêu chuẩn của Bộ
Công an

26. 23
Bộ ốp che
tay
Độ bền kéo: 111 MPa
Độ bền va đập: 787 J/m
Khối lượng ≤ 0,75 kg
Chống được gậy đập, dao
chém theo tiêu chuẩn của
Bộ Công an
Độ bền kéo ³ 38 MP a
Độ bền va đập ³ 500 J/m
Khối lượng ≤ 0,85 kg
Chống được gậy đập, dao
chém theo tiêu chuẩn của Bộ
Công an
KẾT LUẬN CHUNG
1) Polyme blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA có tỉ lệ tương ứng là
80/20/10/10 (pkl) đã đạt được nhiều chỉ tiêu cơ lý vượt trội so với polyme
blend PA6/PC. Độ bền va đập của polyme blend PA6/PC có và không có
chất tương hợp lần lượt là 670,5 J/m và 50,2 J/m.
2) Polyme nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT có tỉ lệ tương
ứng 80/20/10/10/1,5 (pkl) có nhiều thay đổi về tính chất cơ lý so với polyme
blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA có cùng tỉ lệ. Độ bền va đập và độ bền
kéo đứt của polyme nanocompozit có 1,5 (pkl) CNT tương ứng đạt 730,5
J/m và 92 MPa. Bột gia cường CNT có xu hướng phân tán vào nền PA6. Sự
xuất hiện của CNT trong nhựa nhiệt dẻo còn làm tăng độ bền nhiệt một cách
rõ rệt so với các nhựa nhiệt dẻo ban đầu, cũng như các polyme blend có tỉ
lệ các thành phần tương tự.
3) Polyme nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT được gia công
với các thông số tối ưu: nhiệt độ trộn chảy 260 o
C, tốc độ trộn 70 vòng/phút,
thời gian trộn hợp 15 phút. Polyme nanocompozit chế tạo đạt được các tính
chất cơ lý tốt nhất, độ bền va đập và độ bền kéo đứt tương ứng đạt 777 J/m
và 98 MPa.
4) Trình tự phối trộn phù hợp nhất để chế tạo polyme nanocompozit là sử
dụng masterbatch PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT trộn chảy với PA6. Tỉ lệ
các thành phần tương ứng là 20/10/10/1,5 và 80 (pkl) PA6. Masterbatch

27. 24
được trộn chảy trong 6 phút, polyme nanocompozit được trộn chảy trong 9
phút.
5) Tính toán mô phỏng số với mô hình hình học, phương pháp chia lưới
phần tử và các thông số hóa lý của polyme nanocompozit bằng phần mềm
Autodyn Ansys 12 đã xác định được kết cấu tối ưu của các sản phẩm sản
xuất thử nghiệm (mũ bảo hiểm và bộ ốp che tay). Kết quả thử nghiệm thực
tế cho thấy có sự phù hợp cao về các tính chất cơ lý của sản phẩm so với
polyme nanocompozit được chế tạo trong phòng thí nghiệm. Các sản phẩm
thử nghiệm đáp ứng được những yêu cầu kĩ thuật theo quy chuẩn về mũ bảo
hiểm và các bộ ốp che tay của Bộ Công an.