Luận án: Khảo sát tính chất và cấu trúc của vật liệu compozit, HAY - Gửi miễn phí qua zalo=> 0909232620

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
HỒ NGỌC MINH
CHẾ TẠO, KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VÀ HÌNH THÁI CẤU
TRÚC CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA
EPOXY GIA CƯỜNG SỢI THỦY TINH E VÀ NANOSILICA
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
HÀ NỘI – 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Hồ Ngọc Minh
CHẾ TẠO, KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VÀ HÌNH THÁI CẤU
TRÚC CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA
EPOXY GIA CƯỜNG SỢI THỦY TINH E VÀ NANOSILICA
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 62.44.01.19
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS TS, Trần Thị Thanh Vân
2. GS TS, Thái Hoàng
Hà Nội – 2019

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng dẫn của
PGS TS Trần Thị Thanh Vân và GS TS Thái Hoàng. Các số liệu, kết quả được trình
bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Hà Nội, ngày tháng năm 2019
Tác giả luận án
Hồ Ngọc Minh

LỜI CÁM ƠN
Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Thái Hoàng và
PGS TS Trần Thị Thanh Vân đã tận tình hướng dẫn, động viên và khích lệ trong
suốt thời gian, học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Nghiên cứu sinh xin trân trọng cám ơn cơ sở đào tạo Học viện Khoa học
Công nghệ/ Viện Hàn lâm Khoa học-Công nghệ Việt Nam và Viện Kỹ thuật nhiệt
đới/ Viện Hàn lâm Khoa học-Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho
nghiên cứu sinh trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Viện.
Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Đảng ủy, Thủ trưởng Viện Hóa học-Vật
liệu/ Viện Khoa học và Công nghệ quân sự đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho
tôt trong suốt quá trình đào tạo.
Nghiên cứu sinh xin gửi tới các thầy, cô, cơ quan, gia đình, bạn bè lòng
biết ơn sâu nặng về sự động viên, giúp đỡ, chia sẻ khó khăn giúp nghiên cứu
sinh hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập và nghiên cứu.

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..............................................................................................i
LỜI CÁM ƠN ..................................................................................................iv
MỤC LỤC......................................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................ix
DANH MỤC HÌNH .........................................................................................xi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT..................................xiv
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHỰA EPOXY, NANOCOMPOZIT VÀ
VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ EPOXY/NANOSILICA/ SỢI THỦY
TINH ................................................................................................................. 3
1.1 Nhựa epoxy ................................................................................................. 3
1.2. Phân loại nhựa epoxy................................................................................. 4
1.2.1. Nhựa epoxy bisphenol A........................................................................ 4
1.2.2. Nhựa epoxy mạch thẳng......................................................................... 6
1.2.3. Nhựa epoxy chứa mạch vòng no............................................................. 6
1.2.4. Nhựa nhiều nhóm epoxy........................................................................ 7
1.2.4.1. Nhựa polyglyxydylphenol-formandehyt.............................................. 7
1.2.4.2. Nhựa polyglycydylxianurat................................................................. 7
1.3. Chất đóng rắn cho nhựa epoxy .................................................................. 8
1.3.1. Đóng rắn nhựa epoxy bằng amin ............................................................ 8
1.3.2. Đóng rắn nhựa epoxy bằng axit cacboxylic............................................ 9
1.3.3 Đóng rắn nhựa epoxy bằng các anhydrit ..............................................10
1.3.4. Đóng rắn bằng hợp chất cơ titan...........................................................10
1.4. Một số lĩnh vực ứng dụng chính của nhựa epoxy....................................13
1.5. Nano silica và nano silica hữu cơ hóa......................................................14
1.5.1. Nano silica.............................................................................................14
1.5.2. Biến tính hạt nanosilica.........................................................................16

1.6. Vật liệu epoxy nanocompozit ..................................................................22
1.6.1 Giới thiệu về vật liệu polyme nanocompozit.........................................22
1.6.2. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy......................................23
1.6.2.1 Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và ống nano cacbon ..23
1.6.2.2. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy và nano graphen...............26
1.6.2.3 Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và nanoclay ...............28
1.6.2.4. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và nanosilica ............30
1.7. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh..........33
1.8. Vật liệu polyme compozit trên cơ sở nền nhựa epoxy gia cường bằng sợi
thủy tinh E và hạt nanosilica...........................................................................35
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM, CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ
NGHIÊN CỨU................................................................................................40
2.1. Nguyên liệu và hóa chất...........................................................................40
2.2. Các phương pháp và thiết bị nghiên cứu .................................................40
2.2.1. Xác định hiệu suất ghép của KR-12 lên nanosilica K200 ....................40
2.2.2. Xác định kích thước hạt và thế zeta của nanosilica trước và sau biến tính ... 40
2.2.3. Xác định hàm lượng phần gel của các mẫu nhựa .................................41
2.2.4. Phương pháp xác định độ nhớt .............................................................41
2.2.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)...........................41
2.2.6. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét tán xạ trường (FE-SEM).........41
2.2.7. Phương pháp phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X............................42
2.2.8. Phương pháp phổ hồng ngoại ...............................................................42
2.2.9. Phương pháp phân tích nhiệt.................................................................42
2.2.10. Phương pháp xác định tính chất cơ học động.....................................42
2.2.11. Phương pháp xác định độ bền dai và năng lượng phá hủy của vật liệu.. 43
2.2.12. Phương pháp xác định độ bền uốn......................................................44
2.2.13. Phương pháp xác định độ bền kéo đứt................................................44
2.2.14. Phương pháp xác định độ bền va đập .................................................44

2.2.15. Phương pháp xác định độ bền điện.....................................................44
2.2.16. Phương pháp xác định độ cứng Brinell và độ bền mài mòn...............44
2.2.17. Phương pháp xác định độ bền liên kết sợi-nhựa.................................45
2.2.18. Phương pháp xác định độ bền dai phá hủy tách lớp của compozit .... 46
2.2.19. Phương pháp xác định góc tiếp xúc....................................................46
2.3. Phương pháp chế tạo mẫu........................................................................46
2.3.1. Biến tính nanosilica...............................................................................46
2.3.2. Chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở epoxy và m-nanosilica .......47
2.3.3. Chế tạo mẫu nhựa epoxy và vật liệu nanocompozit đóng rắn bằng các
chất đóng rắn khác nhau..................................................................................47
2.3.3.1. Chế tạo mẫu epoxy YD-128 đóng rắn bằng TBuT ở điều kiện khác nhau..47
2.3.3.2. Chế tạo các tấm mẫu nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau .48
2.3.4. Chế tạo compozit epoxy/m-nanosilica/TBuT/sợi thủy tinh..................48
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................50
3.1. Biến tính nanosilica..................................................................................50
3.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ chất phản ứng ......................................................50
3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng....................................51
3.1.3. Độ bền nhiệt của nanosilica có và không biến tính ..............................52
3.1.4. Phổ hồng ngoại của nanosilca và m-nanosilica ....................................53
3.1.5. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)......................................................54
3.1.6. Phân bố kích thước hạt và thế zeta........................................................55
3.1.7 . Hình thái cấu trúc của nanosilica trước và sau biến tính .....................57
3.2. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến hệ m-nanosilica/epoxy chưa đóng rắn58
3.2.1. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến sự thay đổi trạng thái vật lý và độ
nhớt của hệ epoxy/m-nanosilica......................................................................58
3.2.2. Ảnh hưởng của nanosilica đến nhiệt độ thủy tinh hóa và nhiệt chuyển
pha (ΔCp) của nhựa epoxy...............................................................................60
3.3. Khảo sát phản ứng đóng rắn nhựa epoxy bằng tetrabutyl titanat (TBuT)62

3.3.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của quá trình đóng rắn nhựa epoxy
YD-128 bằng TBuT ........................................................................................63
3.3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn......................................................63
3.3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn.....................................................64
3.3.1.3. Ảnh hưởng hàm lượng chất đóng rắn TBuT......................................65
3.3.2. Độ bền cơ học của nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau........66
3.3.3. Độ bền nhiệt của nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau...........67
3.3.4. Độ bền điện của nhựa epoxy-YD128 đóng rắn bằng các hợp chất khác nhau.. 69
3.4. Ảnh hưởng của nanosilica đến động học và tính chất của hệ nhựa epoxy
đóng rắn bằng TBuT .......................................................................................69
3.4.1. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến nhiệt độ đóng rắn của hệ epoxy-TBuT...... 69
3.4.2. Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy, epoxy/TBuT và nanocompozit
epoxy/m-silica/TBuT ......................................................................................71
3.4.3. Năng lượng hoạt hóa và động học quá trình đóng rắn epoxy và
epoxy/m-silica bằng TBuT..............................................................................72
3.4.4. Hình thái cấu trúc của vật liệu nanocompozit.......................................78
3.4.5. Độ bền nhiệt và độ bền oxy hóa nhiệt của vật liệu nanocompozit
epoxy/m-nanosilica .........................................................................................79
3.4.6. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến cấu trúc tinh thể của hệ epoxy/m-
nanosilica......................................................... Error! Bookmark not defined.
3.4.6.1. Độ bền kéo đứt, độ bền uốn của vật liệu nanocompozit epoxy/m-
silica/TBuT:.....................................................................................................82
3.4.6.2. Độ bền va đập của nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT:.........84
3.4.6.3. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến độ bền dai phá hủy của vật
liệu nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT................................................85
3.4.6.4. Độ bền rão (Creep resitance)của vật liệu nanocompozit...................87
3.4.7. Ảnh hưởng của hàm lượng m-nanosilica đến tính chất cơ học của
nanocompozit epoxy/m-silica/TBuT...............................................................82
3.4.8. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến độ bền mài mòn và độ cứng bề mặt
của vật liệu nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT .................................888

3.4.9. Nghiên cứu cơ chế dai hóa nhựa epoxy bằng m-nanosilica .................89
3.4.9.1. Sự chuyển hướng vết nứt ..................................................................90
3.4.9.2. Cơ chế ghim giữ vết nứt.....................................................................91
3.4.9.3. Cơ chế biến dạng dẻo.........................................................................93
3.4.9.4. Cơ chế mở rộng của lỗ trống.............................................................94
3.4.10. Ảnh hưởng của nanosilica đến tính chất cơ động lực của
nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT.......................................................95
3.4.10.1. Sự biến đổi mô đun tích trữ phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica
.........................................................................................................................95
3.4.10.2. Sự biến đổi mô đun tổn hao của nhựa epoxy và vật liệu
nanocompozit phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica ..................................97
3.4.10.3. Sự biến đổi tanδ phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica................98
3.4.10.4. Ảnh hưởng của tần số.......................................................................99
3.4.11. Ảnh hưởng của nanosilica lên khả năng chống cháy và cơ chế chống
cháy của nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT......................................100
3.5. Chế tạo và khảo sát ảnh hưởng đặc trưng tính chất, hình thái cấu trúc của
compozit epoxy/m-nanosilia/TBuT/sợi thủy tinh.........................................104
3.5.1. Ảnh hưởng của nanosilica đến khả năng thấm ướt với sợi thủy tinh . 104
3.5.2. Ảnh hưởng của nanosilica lên khả năng bám dính của nhựa epoy với
sợi thủy tinh................................................................................................... 105
3.5.3. Ảnh hưởng của nanosilica đến độ bền cơ học của vật liệu compozit. 107
3.5.4. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi gia cường đến độ bền cơ học của vật liệu
compozit........................................................................................................ 108
3.5.4.1. Độ bền kéo đứt, bền uốn của vật liệu compozit epoxy/m-
nanosilica/TBuT/ sợi thủy tinh....................................................................1088
3.5.4.2. Độ bền va đập của vật liệu compozit epoxy/m-nanosilica/TBuT/ sơi
thủy tinh.........................................................................................................109
3.5.4.3. Độ bền dai tách lớp của vật liệu compozit.......................................110
3.5.4.4. Vi cấu trúc bề mặt phá hủy compozit ..............................................111
3.5.5. Sự phân bố của các hạt m-nanosilica trên bề mặt sợi thủy tinh..........112

3.5.6. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến tính chất cơ động lực của vật liệu
compozit epoxy/TBu/ vải thủy tinh ..............................................................114
KẾT LUẬN...................................................................................................118
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ.............................................120
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................121

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Đặctrưng của một số loại nhựa Epoxy-dian..................................... 5
Bảng 1.2. Hệ chất đóng rắn titanium alkoxit-amin cho nhựa epoxy ..............12
Bảng 1.3. Một số hợp chất ghép TCA thông dụng hiện nay .........................40
Bảng 1.4. Khả năng gia cường của hạt độn biến tính TCA trong nền polyme
.........................................................................................................................48
Bảng 1.5. Tính chất vật lí của các loại sợi thủy tinh khác nhau .....................39
Bảng 1.6. Các tính chất cơ học của các sợi thủy tinh khác nhau..........................39
Bảng 2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật của nhựa epoxy YD-128.....................................40
Bảng 2.2. Các thông số kĩ thuật của tetrabutyltitanat .....................................40
Bảng 2.3. Chỉ tiêu kĩ thuật nanosilica K200 ...................................................40
Bảng 2.4. Thành phần nhựa epoxy và chất đóng rắn.....................................48
Bảng 3.1. Thành phần nguyên tố trong nanosilica biến tính và không biến tính
.........................................................................................................................55
Bảng 3.2. Độ nhớt của nhựa epoxy với hàm lượng nanosilica khác nhau .....59
Bảng 3.3. Nhiệt độ phân hủy cực đại, hàm lượng cốc hóa và điện áp đánh
thủng của nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau ................................68
Bảng 3.4. Các thông số nhiệt của phản ứng đóng rắn epoxy/TBuT...............73
Bảng 3.5. Các thông số Ti ; Tp ; Tf phản ứng đóng rắn của hệ epoxy/ TBuT/
nanosilica biến tính và không biến tính ở các tốc độ gia nhiệt khác nhau......76
Bảng 3.6. Các giá trị Td10, Tmax1, Tmax2 và lượng tro còn lại của epoxy và
nanocompozit trong các môi trường khác nhau..............................................80
Bảng 3.7. Độ bền dai và năng lượng phá hủy của nhựa epoxy và
Bảng 3.8. Thành phần nguyên tố lớp cốc hóa của nhựa epoxy và
nanocompozit ................................................................................................102
Bảng 3.9. Độ nhớt động học và góc tiếp xúc của nhựa epoxy với hàm lượng
m-nanosilica khác nhau trên nền thủy tinh ...................................................104
Bảng 3.10. Ảnh hưởng m-của nanosilica đến độ bền cơ học của compozit.107

Bảng 3.11. Sự phụ thuộc độ bền cơ học của compozit epoxy/m-
nanosilica/TBuT/ vải thủy tinh vào hàm lượng vải thủy tinh.......................107
Bảng 3.12. Hằng số ảnh hưởng C của vật liệu compozit epoxy-nanosilica/vải
thủy tinh.........................................................................................................115

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất của nhựa epoxy ..................43
Hình 1.2. Phản ứng đóng rắn nhựa epoxy bằng tetrabutyl titanat ..................12
Hình 1.3. Vật liệu polyme compozit sử dụng trong thân, vỏ máy bay...........14
Hình 1.4. Các liên kết bề mặt và sự kết tụ của silica......................................15
Hình 1.5. Hạt nanosilica và các dạng kết tụ của chúng. .................................16
Hình 1.6. Sự phân tán các hạt nano silica sau khi biến tính bề mặt................17
Hình 1.7. Phản ứng biến tính bề mặt hạt nano bằng hợp chất silan................17
Hình 1.8. Tương tác của hợp chất ghép cơ titan với bề mặt hạt vô cơ...........19
Hình 1.9. Công thức của chất ghép silan và TCA với số nhóm chức khác nhau
.........................................................................................................................20
Hình 1.10. Ảnh SEM phân tán của nanobarititanat với các chất ghép khác
nhau và mô hình tương tác của hạt với nền polyme .......................................21
Hình 1.11. Tương tác của polyme và nền thủy tinh được hữu cơ hóa với các
chất ghép khác nhau........................................................................................22
Hình 1.12. Sơ đồ minh họa cách thức các tấm graphen có cấu trúc lục giác
cuộn tròn lại để hình thành các ống nano cacbon với các hình dạng khác nhau
(A: dạng ghế bàng – armchair, B: zigzac; C: dạng chiral). ............................24
Hình 1.13. Độ bền dai của nhựa epoxy compozit gia cường bằng CNT không
hoạt hóa (a) và hoạt hóa (b).............................................................................26
Hình 1.14. Các dạng khác nhau của graphen; nó có thể được gói lại thành quả
bóng bucky(0D), cuộn lại thành ống nano (1D) và chồng lại thành các mảng
graphit (3D).....................................................................................................27
Hình 1.15. Độ bền dai và năng lượng phá hủy của nhựa epoxy nguyên chất,
nhựa epoxy compozit với GPL và với m-GPL ...............................................28
Hình 1.16. Sự thay đổi của mô đun đàn hồi (a) và (b) độ bền kéo đứt của nhựa
nanocay/epoxy nanocompozit khi thay đổi hàm lượng clay...........................30

Hình 1.17. Mô đun Young (a), độ bền kéo đứt (b) của nhựa epoxy phụ thuộc
vào hàm lượng nanosilica ...............................................................................31
Hình 1.18. Bản đồ biểu diễn độ bền dai của nanocompozit theo hàm lượng hạt
nano .................................................................................................................33
Hình 1.19. Bản đồ biểu diễn độ bền uốn của vật liệu nanocompozit theo hàm
lượng hạt nano.................................................................................................33
Hình 1.20. Bản đồ biểu diễn độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit theo
hàm lượng hạt nano.........................................................................................34
Hình 1.21. Sợi thủy tinh E dạng không dệt (a), tấm dệt (b) Sợi thủy tinh......35
Hình 1.22 Ảnh TEM của mẫu epoxy gia cường sợi thủy tinh, 4% hạt
nanosilica (a) và 15% hạt nanosilica...............................................................36
Hình 2.1. Mẫu xác định độ bền dai phá hủy của nhựa nền.............................42
Hình 2.2. Mô hình xác định độ bền liên kết nhựa-sợi ....................................46
Hình 2.3. Mẫu xác định độ bền dai tách lớp GIC.............................................44
Hình 3.1. Phản ứng ghép KR-12 lên bề mặt hạt nanosilica............................50
Hình 3.2. Sự phụ thuộc hiệu suất ghép vào hàm lượng KR-12......................51
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của hiệu suất ghép vào nhiệt độ phản ứng................51
Hình 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất ghép vào thời gian phản ứng...............52
Hình 3.5. Giản đồ phân tích nhiệt khối lượng của nanosilica biến tính và
không biến tính với KR-12..............................................................................53
Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của nanosilica không biến tính (a), KR-12 (b),
nanosilica biến tính KR-12 (c)........................................................................54
Hình 3.7. Phổ tán xạ năng lượng tia X của mẫu nano silica chưa biến tính (a)
và biến tính (b) ................................................................................................55
Hình 3.8. Phân bố kích thước hạt của nanosilica trước khi biến tính (a) phân
bố theo số (b) phân bố theo cường độ tán xạ laze...........................................56
Hình 3.9. Phân bố kích thước hạt của nanosilica sau biến tính (a) phân bố theo
số (b) phân bố theo cường độ tán xạ laze........................................................56
Hình 3.10. Thế zeta của hệ nanosilica biến tính và không biến tính ..............57

Hình 3.11. Ảnh TEM nanosilica chưa biến tính .............................................57
Hình 3.12. Ảnh TEM của nanosilica sau khi biến tính...................................58
Hình 3.13. Mô hình sự phân tán của nanosilica biến tính và không biến tính
trong nhựa epoxy.............................................................................................60
Hình 3.14. Giản đồ DSC của nhựa epoxy và vật liệu compozit epoxy/m-
nanosilica.........................................................................................................61
Hình 3.15. Sự phụ thuộc nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) và nhiệt chuyển pha (ΔCp)
của nhựa epoxy YD-128 vào hàm lượng m-nanosilica ..................................62
Hình 3.16 Ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn đến nhiệt độ thủy tinh hóa, độ
bền và đập, độ bền uốn của hệ epoxy-TBuT ..................................................63
Hình 3.17. Ảnh hưởng thời gian đóng rắn đến độ bền cơ học, nhiệt độ thủy
tinh hóa của hệ epoxy-TBuT.........................................................................645
Hình 3.18. Ảnh hưởng của hàm lượng chất đóng rắn đến độ bền cơ học và
nhiệt độ thủy tinh hóa của hệ epoxy-TBuT.....................................................46
Hình 3.19. Độ bền cơ học của nhựa epoxy YD-128 đóng rắn bằng TETA,
PEPA, mPDA, TbuT.......................................................................................67
Hình 3.20. Sự phụ thuộc tanδ và tổn hao khối lượng theo nhiệt độ của nhựa
epoxy YD-128 với các chất đóng rắn TETA,PEPA, mPDA, TBuT ..............68
Hình 3.21. Hàm lượng phần gel và độ bền cơ học của nhựa epoxy và vật liệu
compozit với 5% m-nanosilica........................................................................70
Hình 3.22. Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy, epoxy/TBuT và nanocompozit
epoxy/5% m-nanosilica (EP-N5) ....................................................................71
Hình 3.23. Phản ứng của TBuT với các nhóm chức trong nhựa epoxy..........72
Hình 3.24. Giản đồ DSC của hệ epoxy/TBuT phụ thuộc vào tốc độ gia nhiệt
.........................................................................................................................73
Hình 3.25. Giản đồ lgβ phụ thuộc vào 1/Tp trong quá trình đóng rắn hệ
epoxy/TBuT. ...................................................................................................74
Hình 3.26. Giản đồ phân tích nhiệt DSC của hệ epoxy/TBuT với nanosilica
biến tính (a) và không biến tính (b) với các tốc độ gia nhiệt khác nhau.........75

Hình 3.27. Đồ thị ln(β) phụ thuộc 1/Tp khi đóng rắn epoxy có và không có
nanosilica.........................................................................................................77
Hình 3.28. Đồ thị ln(β/𝑇𝑝2) phụ thuộc 1/Tp khi đóng rắn epoxy sử dụng
nanosilica có và không biến tính.....................................................................77
Hình 3.29. Ảnh TEM mẫu nanocompozit epoxy/m-nanoslica với hàm lượng
m-nanosilic khác nhau.....................................................................................79
Hình 3.30. Giản đồ TG của nhựa epoxy và nanocompozit epoxy/m-nanosilica
trong môi trường nitơ và không khí................................................................81
Hình 3.31. Độ bền kéo đứt (a) và độ bền uốn (b) của mẫu nanocompozit
epoxy/m-nanosilica/TBuT với hàm lượng m-nanosilica khác nhau...............82
Hình 3.32. Ảnh SEM bề mặt mẫu nhựa epoxy và nanocompozit (EP-N5) sau
khi phá hủy kéo ...............................................................................................83
Hình 3.33. Ảnh hưởng hàm lượng m-nanosilica đến độ bền va đập của
Hình 3.34. KIC và GIC của nhựa epoxy phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica
.........................................................................................................................85
Hình 3.35. Ảnh SEM bề mặt phá hủy nhựa epoxy (a), vật liệu nanocompozit
với 3% (b), 5% (c) m-nanosilica sau thử nghiệm xác định độ bền dai...........87
Hình 3.36. Độ rão và khả năng hồi phục tại 30 o
C của nhựa epoxy và vật liệu
nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT với các mức ứng suất khác nhau..87
Hình 3.37. Độ cứng bề mặt (a) và độ bền mài mòn của nhựa epoxy và
nanocompzit epoxy/m-nanosilica/TbuT. ........................................................89
Hình 3.38. Giá trị CTE trung bình (a) và Tg (b) của nhựa epoxy và
nanocompzit ....................................................................................................89
Hình 3.39. Chênh lệch năng lượng phá hủy của nanocompozit epoxy/m-
nanosilica/TBuT so với nhựa epoxy ...............................................................91
Hình 3.40. Sự phụ thuộc giữa độ mở vết nứt của nhựa epoxy vào hàm lượng
m-nanosilica. ...................................................................................................92

Hình 3.41. Sự phụ thuộc vùng biến dạng dẻo của nanocompozit epoxy/m-
nanosilica/TBuT vào hàm lượng m-nanosilica (a) và tỷ số (KIC/σc)2
.............94
Hình 3.42. Ảnh SEM bề mặt phá hủy mẫu và mô hình mở rộng lỗ trống theo
chiều tăng ứng suất của vật liệu nanocompozit ..............................................95
Hình 3.43. Sự biến đổi mô đun tích trữ theo nhiệt độ của nhựa epoxy và
nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TbuT .......................................................96
Hình 3.44. Sự biến đổi mô đun tổn hao theo nhiệt độ của nhựa epoxy và
nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TbuT. ......................................................97
Hình 3.45. Sự biến đổi tanδ theo nhiệt độ của nhựa epoxy và nanocompozit
epoxy/m-nanosilica/TbuT ...............................................................................98
Hình 3.46. Ảnh hưởng của tần số đến mẫu nhựa epoxy EP-N0 đóng rắn bằng
TBuT ...............................................................................................................99
Hình 3.47. Ảnh hưởng của tần số đến mẫu nhựa epoxy EP-N5 đóng rắn bằng
TBuT .............................................................................................................100
Hình 3.48. Giá trị LOI của nhựa epoxy và nanocompozit epoxy/m-
nanosilica/TBuT............................................................................................101
Hình 3.49. Ảnh SEM và giản đồ EDX bề mặt nhựa epoxy và nanocompozit
.......................................................................................................................102
Hình 3.50. Cơ chế cháy của vât liệu nanocompozit......................................102
Hình 3.51. Ảnh SEM bề mặt nhựa epoxy và nanocompozit sau khi phân hủy
nhiệt...............................................................................................................103
Hình 3.52. Ảnh SEM giọt nhựa epoxy và phổ EDX bề mặt sợi thủy tinh sau
thử nghiệm kéo vi giọt ..................................................................................106
Hình 3.53. Đường cong ứng suất-biến dạng kéo của compozit epoxy/m-
nanosilica/vải thủy tinh .................................................................................109
Hình 3.54. Ảnh hưởng của tỷ lệ vải thủy tinh đến độ bền dai tách lớp của
compozit........................................................................................................111
Hình 3.55. Bề mặt phá hủy mẫu compozit sau thử nghiệm độ bền dai tách lớp
(a-c) và độ bền kéo đứt (d,e).........................................................................112

Hình 3.56. Ảnh SEM bề mặt sợi thủy tinh và compozit sau khi phân hủy nhiệt:
(a) sợi thủy tinh; (b), (c), (d), (e) (f) compozit có m-nanosilica với 70%, 60%,
50%, 40%, 30% sợi thủy tinh; (g) compozit có 60% sợi thủy tinh. .............114
Hình 3.57. Sự phụ thuộc của mô đun tích trữ của mẫu compozit với hàm
lượng vải thủy tinh khác nhau vào nhiệt độ..................................................115
Hình 3.58. Sự phụ thuộc mô-đun tổn hao của mẫu compozit vào nhiệt độ..116
Hình 3.59. Sự phụ thuộc tanδ của mẫu compozit với hàm lượng sợi thủy tinh
khác nhau vào nhiệt độ..................................................................................117

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT
1. Các ký hiệu
n Bậc phản ứng
β Bề rộng nửa pic, nm
λ Bước sóng tia X, nm
GIP Độ bền dai tách lớp, kJ/m2
KIC Độ bền dai phá hủy, MPa.m1/2
δc Giới hạn đàn hồi kéo, MPa
θ Góc nhiễu xạ, o
µ Hệ số Poisson
H Hiệu suất ghép, %
R Hằng số khí lý tưởng
d Khoảng cách mặt phẳng cơ sở trong nhựa, nm
L Kích thước vùng tinh thể, nm
E’ Mô đun tích trữ, MPa
E’’ Mô đun tổn hao, MPa
Ea Năng lượng hoạt hóa, kJ/mol
GIC Năng lượng phá hủy, kJ/m2
Td10 Nhiệt độ phân hủy tại đó mẫu mất 10% khối lượng, o
C
Tg Nhiệt độ thủy tinh hóa, o
C
Ti Nhiệt độ bắt đầu xảy ra phản ứng, o
C
Ti Nhiệt độ kết thúc phản ứng, o
C
Tmax Nhiệt độ phân hủy cực đại, o
C
Tp Nhiệt độ phản ứng mạnh nhất, o
C
ΔCp Nhiệt chuyển pha, J/g.K
Tanδ Tan tổn hao cơ học
ry Vùng biến dạng dẻo trước đỉnh vết nứt, µm
2. Các chữ viết tắt
APTS Aminopropyl trimethoxysilan
APTS-GO Graphen oxit hoạt hóa bằng aminopropyl trimethoxysilan
BDA Benzyl dimetylamin

CTBN Cao su butadien acrylonitril có hai nhóm cacboxyl cuối mạch
CTE Hệ số dãn nở nhiệt
CNTs Ống nano cacbon
DDS Diaminodiphenylsufon
DGBE A Nhựa epoxy bisphenol A
DGBE F Nhựa epoxy bisphenol F
DSC Nhiệt lượng vi sai quét
DWCNT Ống nano cacbon hai vách
DMA Phân tích cơ động lực
EP Epoxy YD128
EDX Phổ tán xạ năng lượng tia X
GPTS-GO Graphen oxit hoạt hóa bằng glycidoxypropyl trimethoxysilan
GO Graphen oxit
GPN Tấm nano graphen
IFFS Độ bền liên kết nhựa sợi
IR Phổ hồng ngoại
KR-12 3-(diphosphorus palmitoyloxyphenyl) titanat isopropyl
LOI Chỉ số oxy giới hạn
MPD Diaminodiphenylmetan
m-PDA metaphenylendiamin
MWCNT Ống nano cacbon đa vách
PEPA Polyetylen polyamine
pkl Phần khối lượng
SMC Clay đã silan hóa
SEM Hiển vi điện tử quét
SWCNT Ống nano cacbon đơn vách
TCA Hợp chất ghép cơ titan
TCE Hệ số dãn nở nhiệt
TEM Hiển vi điện tử truyền qua
TGA Phân tích nhiệt khối lượng
TMA Phân tích cơ nhiệt

TBuT Tetrabutyltitanat
TETA Trietylentetramin
TPT tetrapropyl titanat
TDMAMP 2,4,6 tri-dimetylaminometyl phenol
UTS Độ bền kéo đứt cực đại
V/N Vải/nhựa
VTES Vinyltriethoxysilan
WXRD Phổ nhiễu xạ tia X góc rộng

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh
được dùng phổ biến trong các lĩnh vực giao thông, điện tử, cơ khí, chế tạo máy,
hóa chất… Tuy nhiên, nhược điểm, hạn chế ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của
loại vật liệu compozit này là tính giòn, chịu va đập kém. Do đó, nghiên cứu nâng
cao độ dai/dai hóa cho nhựa epoxy là rất cần thiết. Đến nay, đã có nhiều công trình
nghiên các giải pháp cho vấn đề này, chủ yếu tập trung vào 2 phương pháp là sử
dụng chất hóa dẻo cho pha nền epoxy và lựa chọn chất đóng rắn thích hợp. Ở nước
ta, những năm gần đây, nghiên cứu chế tạo phụ gia kích thước nano (nanoclay,
nanosilica, nano TiO2, ống nano cacbon…) để nâng cao độ bền cơ học, độ bền nhiệt,
độ bền dai, khả năng kìm hãm cháy của nhựa epoxy và các chất tạo màng khác đã
được các nhà khoa học tiến hành tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam, Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme - Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học
Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự… Một
số phụ gia kích thước nano đã được ứng dụng để chế tạo vật liệu compozit nền
epoxy làm các sản phẩm phục vụ các ngành công nghiệp. Trong số các phụ gia nano,
nanosilica là một trong những phụ gia được ứng dụng phổ biến nhất cho polyme,
cao su, nhựa vì dễ kiếm, dễ sử dụng, tương đối rẻ… [1,2]. Để tăng khả năng trộn
lẫn nanosilica với nhựa epoxy, cần biến tính nanosilica bằng các tác nhân hữu cơ.
Chất đóng rắn phổ biến trong chế tạo vật liệu polyme compozit là các amin,
anhydrit. Gần đây, sử dụng các hợp chất cơ nguyên tố đóng rắn nhựa epoxy cho
phép tạo ra sản phẩm có độ bền cơ học cao, bám dính tốt với sợi thủy tinh nên
thích hợp cho chế tạo vật liệu compozit tiên tiến, có chất lượng cao. Trong số các
hợp chất cơ nguyên tố là chất đóng rắn nhựa epoxy, hợp chất cơ titan có tác dụng
làm giảm độ nhớt của hệ, đặc biệt thích hợp cho công nghệ quấn, đồng thời nâng
cao khả năng bám dính của epoxy với bề mặt kim loại. Hệ nhựa epoxy đóng rắn
bằng hợp chất cơ titan có thể làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao trong môi trường khắc
nghiệt. Các lĩnh vực ứng dụng chính của loại sản phẩm này là các chi tiết kỹ thuật
điện cao cấp, lvòm che radar, chóp tên lửa… Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit
trên cơ sở epoxy/vải thủy tinh kết hợp nanosilica biến tính hữu cơ sử dụng chất
đóng rắn cơ titan còn rất mới, hứa hẹn tạo ra hệ vật liệu tiềm năng có tính năng cơ,

2
lý, nhiệt, điện tốt, kết hợp được các ưu điểm của phụ gia nanosilica và chất đóng
rắn cơ titan. Vì vậy, nghiên cứu sinh lựa chọn và tiến hành đề tài luận án "Chế tạo,
khảo sát tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu compozit trên cơ sở nhựa
epoxy gia cường sợi thủy tinh E và nanosilica”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Chế tạo được vật liệu compozit trên cơ sở epoxy gia cường vải thủy tinh kết
hợp nanosilica biến tính hữu cơ sử dụng chất đóng rắn cơ titan có độ bền cơ học
cao, bền nhiệt, có khả năng kìm hãm cháy.
Cải thiện được độ dai của nhựa epoxy bằng kết hợp các chất gia cường như
nanosilica biến tính hữu cơ và vải thủy tinh với điều kiện chế tạo và tỷ lệ thành
phần hợp lý.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
Nghiên cứu biến tính bề mặt hạt nanosilica bằng hợp chất ghép cơ titan KR-
12 để nâng cao khả năng phân tán của chúng trong nền nhựa epoxy.
Nghiên cứu phản ứng đóng rắn nhựa epoxy YD-128 bằng tetrabutyl titanat
và các tính chất của sản phẩm sau hóa rắn.
Chế tạo, khảo sát các đặc trưng, tính chất, hình thái cấu trúc của hệ nhựa
epoxy và nanocompozit epoxy/nanosilica biến tính hữu cơ (m-nanosilica) đóng rắn
bằng tetrabutyl titanat.
Chế tạo, khảo sát các đặc trưng, tính chất, hình thái cấu trúc của vật liệu
compozit epoxy/m-nanosilica/tetrabutyl titanat gia cường sợi thủy tinh.
4. Đóng góp mới của luận án
Đã biến tính thành công bề mặt hạt nanosilica K200 bằng chất ghép cơ titan
KR-12 với hiệu suất ghép cao. Hạt nanosilica sau biến tính hữu cơ có khả năng
phân tán tốt vào nền nhựa epoxy.
Đã nghiên cứu phản ứng đóng rắn nhựa epoxy YD-128 bằng tetrabutl
titannat và làm rõ các ưu điểm của chất đóng rắn đóng rắn này so với các hợp chất
amin thông thường.
Đã giải thích được hiệu quả tích cực của nanosilica biến tính KR-12 (m-
nanosilica) đến tính chất cơ học, tính chất cơ học động, độ dai, khả năng dai hóa,
cơ chế dai hóa của vật liệu compozit nền epoxy gia cường vải thủy tinh và đóng rắn
bằng tetrabutyltitanat.

3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHỰA EPOXY, NANOCOMPOZIT VÀ VẬT
LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ EPOXY/NANOSILICA/ SỢI THỦY TINH
1.1 Nhựa epoxy
Nhựa epoxy có các tính năng vượt trội so với các loại nhựa khác như: khả
năng bám dính tuyệt vời lên nhiều loại vật liệu khác nhau, đóng rắn trong khoảng
nhiệt độ rộng không cần áp lực hoặc áp lực thấp, độ co ngót nhỏ, sau khi đóng rắn
có tính chất cơ học cao, bền vững dưới tác động của dung môi và dung dịch kiềm,
hằng số điện môi thấp, cách điện tốt, đồng thời trong phân tử có các nhóm chức hoạt
động (nhóm hydroxyl, epoxy) nên dễ dàng biến tính hóa học nâng cao các tính chất
mong muốn. Do vậy, nhựa epoxy được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như:
keo dán, sơn phủ, xây dựng, điện tử, compozit,… và đứng đầu trong các loại nhựa
kỹ thuật. Nhu cầu về nhựa epoxy luôn ở mức cao trên thị trường nhựa nhiệt rắn toàn
cầu và luôn có xu hướng tăng trong những năm tiếp theo.
Đến nay, những vấn đề nghiên cứu và ứng dụng của epoxy đã phát triển
mạnh mẽ và trở thành một lĩnh vực quan trọng trong ngành vật liệu polyme. Trên
thế giới có nhiều hãng sản xuất nhựa epoxy với các tên thương mại khác nhau [1-7]:
-Dow Chemical: DER; D.E.N: Tactix; Quatrex (Nhựa epoxy có độ tinh khiết cao).
- Shell: Epon (Mỹ): Epikote; Epnol; Eponex (nhựa epoxy bis phenol A hydro hóa).
- Ciba-Geigy: Aradite; Aracast; Yuka sel: Epikoto; Mitsui Petrochemical: Epomic.
Các thuật ngữ epoxy, epoxy resin, epoxide đều dùng để chỉ hợp chất có chứa
nhóm oxiran hay vòng epoxy trong phân tử với công thức tổng quát như sau:
Trong nhựa có thể chứa một hay nhiều nhóm epoxy, số lượng nhóm epoxy
được gọi là số nhóm chức của phân tử, vị trí nhóm này không cố định, có thể ở
trong mạch, cuối mạch hoặc trên các cấu trúc vòng tùy thuộc vào từng loại nhựa
khác nhau. Công thức chung cho nhựa epoxy thường gồm mạch polyete với hai đầu
là nhóm epoxy và một nhóm hydroxyl bậc 2. Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất
của nhựa được trình bày trên hình 1.1.

4
Hình 1.1. Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất của nhựa epoxy [1]
Các nghiên cứu về nhựa epoxy cho thấy tương quan tính năng và cấu trúc
của nhựa với các nhận xét như sau [1]:
• Nhóm epoxy trong phân tử và nhóm hydroxyl bậc hai trên mạch là những nhóm
chức hoạt tính quyết định tới quá trình đóng rắn của nhựa epoxy.
• Khả năng kết dính vượt trội của nhựa epoxy phần lớn được quyết định bởi các
nhóm hydroxyl bậc 2 phân bố trong mạng lưới khi nhựa đóng rắn .
• Cấu trúc vòng thơm giúp hệ nhựa có khả năng chịu nhiệt, bền hóa chất.
• Liên kết ete giúp nhựa epoxy có khả năng chịu hóa chất và mềm dẻo.
• Nhựa epoxy có thể tồn tại ở dạng lỏng hoặc rắn tùy thuộc vào cấu trúc hóa học
và trọng lượng phân tử.
• Tính năng của sản phẩm phụ thuộc rất lớn vào quá trình đóng rắn và tác nhân
đóng rắn. Tốc độ quá trình đóng rắn cũng có thể chậm hay rất nhanh, ở nhiệt độ
thường hay nhiệt độ cao.
• Quá trình đóng rắn không có sản phẩm phụ, nên không cần áp lực hoặc chỉ cần
áp lực rất thấp, các kết cấu từ nhựa epoxy có độ co ngót nhỏ.
1.2. Phân loại nhựa epoxy
1.2.1. Nhựa epoxy bisphenol A
Nhựa epoxy bisphenol A được tạo thành từ phản ứng ngưng tụ giữa
epiclohidrin và diphenylol propan (bis phenol A), không phụ thuộc vào trọng lượng
phân tử, mỗi phân tử nhựa có chứa không quá hai nhóm chức epoxy. Công thức
tổng quát của nhựa epoxy bisphenol A như sau:
Nhóm chức hoạt tính
và khả năng mềm dẻo
Nhóm chịu nhiệt Nhóm chức hoạt tính
và khả năng bám dinh
Nhóm chịu hóa chất

5
Tùy thuộc vào tỷ lệ đương lượng phản ứng ban đầu giữa epiclohidrin và bis
phenol A, thời gian phản ứng, nhiệt độ, nồng độ NaOH sử dụng, nhựa epoxy thu
được sẽ có khối lượng phân tử khác nhau. Đặc trưng của một số loại epoxy dian
được liệt kê ở bảng 1.1 [3-5].
Bảng 1.1. Đặc trưng của một số loại nhựa epoxy bisphenol A [3-5]
Mác nhựa
Trọng lượng phân
tử trung bình,
g/mol
Hàm lượng
nhóm epoxy, %
Trạng thái vật lý
ЭД-20, DER 331;
YD218; EPON828
360- 470 18-23 Lỏng
ЭД-16, DER 671 480 -600 13-18 Lỏng
ЭД -40 600 16-21 Lỏng
ЭД–П 600-800 11-14 Lỏng nhớt
Э – 37 500 -800 11-17 Lỏng nhớt
ЭД–Л 800 -1200 8 -11 Rắn
Э – 41 950 9 – 12 Rắn
Э – 44 1600 6,0 – 8,5 Rắn
Э – 42 2500 2,0 – 4,5 Rắn
Э – 05, DER 650 3500 1,5-2,5 Rắn
• Nhựa epoxy bisphenol F (DGBE F)
Khi thay thế bis phenol A bằng bis phenol F ta được nhựa epoxy bis phenol
F với công thức như sau:
Với cấu trúc này, nhựa DGEB F có khả năng kết mạng cao hơn, nhiệt độ
thủy tinh hóa thấp hơn, khả năng chịu nhiệt và khả năng chống dung môi hóa chất

6
tốt hơn. Nhựa epoxy bisphenol F có độ nhớt từ 3000÷8000 cps thấp hơn so với
nhựa epoxy bisphenol A. DGEB F thường được trộn cùng DGEB A để giảm giá
thành và cho sản phẩm nhựa có độ nhớt vừa phải, dễ thi công. Tên thương mại của
một số epoxy loại này là GY281, GY308, PY306, EPALLOY 8230…
1.2.2. Nhựa epoxy mạch thẳng
Nhựa epoxy loại này được chia thành 2 loại, glycidyl epoxy và epoxy vòng
no. Glycidyl epoxy được tạo thành từ phản ứng của epiclohidrin với các alcol béo
hoặc polyol tạo thành glycidyl ete, hoặc với axit cacboxylic béo tạo thành glycidyl
este, phản ứng được xúc tác bởi BF3 hoặc axit như sau:
1.2.3. Nhựa epoxy chứa mạch vòng no
Nhựa này được chế tạo bằng phương pháp epoxy hóa nối đôi trong vòng,
nhựa epoxy vòng no có độ nhớt thấp ở nhiệt độ phòng, khả năng bám dính cao, tính
năng nhiệt, điện tốt. Một ưu điểm nữa của nhựa epoxy mạch vòng no là hoàn toàn
không chứa ion clo do không sử dụng epiclohidrin làm nguyên liệu đầu, chính vì
vậy nó thường được sử dụng trong lĩnh vực điện tử. Tuy nhiên, hoạt tính của nhựa ở
nhiệt độ phòng tương đối thấp so với các loại epoxy khác, nên cần đóng rắn ở nhiệt
độ cao hơn hoặc sử dụng xúc tác đóng rắn. Một số loại epoxy mạch vòng no phổ
biến như sau: [3].
3,4 epoxy xyclohexcylmetyl-3’
,4’
epoxy xyclohexan cacboxylat (YП-632, CY179)
1,6 bis(metylen-3,4 epoxy xyclohexyl) hexadicacboxylat (YП -639)
2-(3,4 epoxy xyclohexyl)-4-(2-oxy-4,5 epoxy pentyl)-dioxan-1,3 (YП -629)

7
1.2.4. Nhựa nhiều nhóm epoxy
Là các loại epoxy trong đó mỗi phân tử chứa từ hai nhóm epoxy trở lên,
được tạo ra trên cơ sở của axit xyanuric, nhựa phenolfomandehyt dạng novolac và
resol, polybutadien phân tử lượng thấp và các hợp chất đa chức khác [8].
1.2.4.1. Nhựa polyglyxydylphenol-formandehyt
Được tạo thành từ phản ứng của nhựa phenolfomandehyt dạng novolac hoặc
resol với epiclohidrin trong môi trường kiềm ở nhiệt độ trong khoảng 70÷100 o
C.
Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng, tỷ lệ nhóm chức hydroxyl trong nhân phenol,
nhóm metylol, có thể thu được các kiểu nhựa khác nhau, nhựa epoxy phenolic dạng
novolac có cấu tạo như sau [4,5,8].
Sản phẩm đóng rắn của nhựa epoxy-phenolfomandehyt kết hợp được các ưu
điểm của cả nhựa epoxy và phenolic như:
• Nâng cao độ bền axit, bazơ và dung môi.
• Duy trì được độ bền cơ học cả ở nhiệt độ cao và điều kiện ẩm ướt.
• Độ co ngót rất thấp.
• Nâng cao khả năng kết dính với chất nền ở nhiệt độ cao.
• Có khả năng tương hợp tốt với nhiều loại chất độn.
Một số epoxy loại này gồm: ЭH-6, EPALLOY 8250, EPALLOY8330, DER
354, DEN 431, DEN 438… [5,6].
1.2.4.2. Nhựa polyglycydylxianurat
Được điều chế bằng phản ứng của axit xianyric với epiclohidrin, sản phẩm
ban đầu của phản ứng là triglycydylxyanurat.

8
Khi dư epiclohidrin, phản ứng tiếp tục tạo thành nhựa polyglycydylxianurat.
Nhựa epoxy loại này được sử dụng làm keo dán, chất nền cho chế tạo vật
liệu compozit với độ bền nhiệt cao, tính năng điện vượt trội so với các loại epoxy
khác, một số mác nhựa phổ biến tại Nga là ЭЦ, ЭЦД, AЦ-30, … [3,8].
1.3. Chất đóng rắn cho nhựa epoxy
Sau khi tác dụng với chất đóng rắn, nhựa epoxy chuyển sang trạng thái không
nóng chảy, không hoà tan, có cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều. Các chất
đóng rắn phản ứng với các nhóm epoxy và các nhóm hydroxyl trong nhựa epoxy.
Vì chất đóng rắn tham gia vào cấu trúc mạng lưới của polyme nên đóng rắn là
phương pháp quan trọng để biến tính vật liệu polyme.
1.3.1. Đóng rắn nhựa epoxy bằng amin
Các amin bậc 1 và bậc 2 phản ứng khá nhanh với vòng epoxy ở nhiệt độ
phòng và cả nhiệt độ thấp tạo thành cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều. Sản
phẩm có độ bền nước, bền dung môi tốt, nhưng độ bền nhiệt chỉ ở mức trung bình
từ 70 o
C đến 110 o
C. Các amin này cũng có thể đóng rắn epoxy ở nhiệt độ cao cho
mật độ khâu mạng lớn hơn và tính năng cơ học, khả năng bền nhiệt, chịu hóa chất
tốt hơn.
Nhóm amin bậc 1 có hoạt tính cao hơn nhóm amin bậc 2, các nghiên cứu [9-
10] đã chỉ ra ở điểm gel hóa khi đóng rắn nhựa epoxy, có khoảng 65% nhóm epoxy
đã chuyển hóa, nhóm amin bậc một tham gia phản ứng khoảng 95%, trong khi đó
nhóm amin bậc 2 phản ứng là 28%. Phản ứng khâu mạch của các amin bậc 1 cho ta
polyme mạch thẳng, còn các nhóm amin bậc 2 tạo các liên kết ngang. Nhóm amin
bậc 3 đóng vai trò là xúc tác cho quá trình đóng rắn.
Những amin thơm phổ biến nhất dùng để đóng rắn nhựa epoxy gồm m-
phenylendiamin, diaminodiphenylmetan, diaminodiphenylsufon… với công thức
cấu tạo như sau.

9
Amin thơm có khả năng phản ứng thấp hơn polyamin mạch thẳng. Quá trình
đóng rắn cũng xảy ra ở nhiệt độ cao hơn (≥150 o
C). Có thể tăng tốc quá trình đóng
rắn nếu cho thêm các chất xúc tác cho proton hoặc các axit Lewis (BF3, SnCl4,
TiCl4). Cơ chế của phản ứng đóng rắn các hợp chất epoxy bằng amin 4,4’-diamino
phenyl metan khi không có xúc tác như sau:
Phản ứng tiếp tục với các nhóm epoxy và amin bậc 1, bậc 2, tạo mạng lưới
không gian ba chiều.
1.3.2. Đóng rắn nhựa epoxy bằng axit cacboxylic
Các axit cacboxylic đa chức cũng được sử dụng làm chất đóng rắn cho nhựa
epoxy. Phản ứng khâu mạch được thực hiện thông qua phản ứng este hóa giữa
nhóm cacboxyl và nhóm epoxy hay nhóm hiđroxyl trong nhựa epoxy. Quá trình
phản ứng diễn ra như sau:
m-phenylendiamin (MPD)
Diaminodiphenylmetan (DDM)
Diaminodiphenylsufon (DDS) Benzidin

10
So với các chất đóng rắn amin, các chất đóng rắn axit có mức độ tỏa nhiệt
thấp hơn. Nhựa sau khi đóng rắn có nhiệt độ biến dạng cao hơn, tính chất cơ học,
cách điện và bền hóa học tốt hơn. Tuy nhiên, độ bền với kiềm kém hơn so với
trường hợp đóng rắn bằng amin.
Phản ứng của axit cacboxylic với nhóm epoxy không có xúc tác thường xảy
ra khá chậm kể cả khi tăng nhiệt độ. Tùy theo yêu cầu về các tính chất của sản
phẩm, chu trình đóng rắn có thể kéo dài 16 - 32 giờ ở 120 -150 o
C. Để giảm nhiệt
độ và thời gian đóng rắn thường dùng các amin bậc ba để xúc tác cho phản ứng như
benzyl dimetylamin (BDA) và 2,4,6 tri-dimetylaminometyl phenol (TDMAMP) có
tên thương mại là DMP-30.
1.3.3 Đóng rắn nhựa epoxy bằng các anhydrit
Các anhydrit của axit cacboxylic được ứng dụng làm chất đóng rắn nhựa
epoxy rộng rãi như: anhydrit maleic, anhydrit phtalic, dianhydrit piromelitic…
Đóng rắn nhựa epoxy bằng anhydrit axit đa chức có những ưu điểm nổi trội
hơn so với phương pháp đóng rắn bằng các hợp chất amin như: không độc, độ nhớt
thấp, thời gian sống dài, chịu nhiệt độ cao, nhiệt phản ứng tỏa ra ít hơn, ít co ngót,
sản phẩm đóng rắn chịu axit tốt. Tuy nhiên, sản phẩm đóng rắn chịu kiềm kém, khó
thi công với những chi tiết lớn và khá đắt về mặt kinh tế khi phải tiến hành đóng rắn
ở nhiệt độ cao.
Thông thường các phản ứng khâu mạch nhựa epoxy bằng anhydrit xảy ra ở
nhiệt độ không dưới 120 o
C và để phản ứng xảy ra triệt để cần một khoảng thời gian đủ
dài. Do đó, thúc đẩy phản ứng khâu mạch nhựa epoxy bằng anhydrit xảy ra nhanh ở
nhiệt độ thấp hơn luôn thu hút sự quan tâm chú ý của các nhà nghiên cứu để làm tăng
khả năng ứng dụng vật liệu epoxy trong các lĩnh vực khác nhau của thực tiễn.
Người ta thường sử dụng bazơ Lewis như amin bậc 4, imidazol hay muối
amoni làm xúc tác cho phản ứng khâu mạch nhựa epoxy bằng anhydrit. Quá trình
phản ứng khi có mặt xúc tác xảy ra nhanh hơn và ở nhiệt độ thấp hơn. Thông
thường lượng xúc tác sử dụng trong khoảng 0,5÷3%.
1.3.4. Đóng rắn bằng hợp chất cơ titan [11,12]
Phản ứng đóng rắn nhựa epoxy bằng hợp chất cơ titanat có thể xảy ra theo
hai cơ chế, do tương tác của nhóm butoxyl trong TBuT với nhóm hydorxyl tự do

11
của nhựa và kết hợp trực tiếp với các nhóm epoxy. Cơ chế phản ứng với nhóm
epoxy như hình 1.2. Nếu lượng alkoxit titan nhỏ hơn lượng yêu cầu để đóng rắn
hoàn toàn thì thu được nhựa epoxy titanat dạng nhiệt dẻo. Nhựa này có thể tham gia
quá trình đóng rắn tiếp theo với các tác nhân đóng rắn thông thường khác như các
hợp chất amin, các anhydrit hữu cơ…. Nhựa được đóng rắn hoàn toàn bằng các hợp
chất cơ titan có độ cứng cao, bền hóa chất tốt và đặc biệt là tính năng điện môi cực
kỳ tốt. Kết quả tương tự có thể thu được khi titanium alkoxit được trộn hợp trước
với các hợp chất amin, rồi sử dụng hỗn hợp này làm chất đóng rắn cho nhựa epoxy.
Tác dụng giảm hằng số điện môi được giải thích do phản ứng hoàn toàn của các
nhóm -OH trong mạng lưới epoxy đóng rắn. Một ưu điểm lớn của các chất đóng
rắn cơ titan là có độ nhớt thấp nên khi kết hợp cùng nhựa epoxy sẽ họat động như
một chất pha loãng rất thích hợp cho công nghệ quấn khi chế tạo polyme compozit.
Phản ứng đóng rắn bởi các hợp chất cơ titan có tên thương mại TYZOR,
tetrapropyl titanat (TPT), TYZORT, tetra n-butyltitanat (TnBT) (có thể dùng một
mình hoặc dùng cùng với piperidin) hoặc TYZOR TE [11].

12
Hình 1.2. Phản ứng đóng rắn nhựa epoxy bằng tetrabutyl titanat [11]
Các sáng chế gần đây của công ty Continental Can, đã cho thấy phản ứng
polyme hóa của nhựa epoxy bisphenol A có sử dụng hydroxyl, axit cacboxylic và
titanium alkoxit. Việc sử dụng các loại hợp chất cơ titan giúp cho nhựa bám dính tốt
trên bề mặt kim loại ngay cả trong điều kiện hơi nước quá nhiệt trong quá trình chế
biến thực phẩm. Ứng dụng vô cùng quan trọng khác của nhựa epoxy này dùng để
phủ cho các linh kiện điện tử phục vụ cho ngành điện.
Lợi ích của việc sử dụng titan alkoxit làm chất đóng rắn nhựa epoxy với xúc
tác amin giúp tăng thời gian gia công cũng như giảm hằng số điện môi của vật liệu
được thể hiện trong bảng 1.2. Nhựa epoxy gốc có dạng lỏng với đương lượng epoxy
khoảng 182-194 có thời gian đóng rắn trong 24 giờ ở nhiệt độ 160o
C.
Các loại nhựa khác cũng được xử lý bằng hợp titanat bao gồm: silicon,
polyeste, phenolic, polyurethan, polyamit và acrylic. Hỗn hợp (C4H9O)4Ti và
(C4H9O)3B là một hệ đóng rắn nhanh, thích hợp cho lớp phủ kim loại [12]
Bảng 1.2. Hệ chất đóng rắn titanium alkoxit-amin cho nhựa epoxy [12]
Chất đóng rắn
Thành
phần (%)
Thời gian thi
công
ở 50 o
C, phút
Tổn hao điện môi ở 1592 Hz
20 o
C 120 o
C
Piperidin 10 20 0,0081 0,181
Piperidin +
Titanium butoxit
2
10
94 0,0037 0,0039
Piperidin +
Titanium isopropoxit
2
7,5
122 0,0039 0,0042
Piperidin +
Titanium isooctyloxit
2
12
70 0,0020 0,0040

13
1.4. Một số lĩnh vực ứng dụng chính của nhựa epoxy
* Sơn phủ bảo vệ
Theo báo cáo về thị trường tiêu thụ nhựa epoxy toàn cầu [7] cho thấy, lĩnh
vực sử dụng nhựa epoxy lớn nhất là lĩnh vực sơn phủ và vật liệu compozit với sản
lượng đến năm 2020 có thể đạt đến 9,96 tỷ đô la.
Các thùng chứa bằng kim loại và bể bê tông được sơn phủ bằng sơn epoxy
với mục đích chống ăn mòn, được sử dụng để chứa hóa chất, chất thải trong công
nghiệp. Hệ sơn giàu kẽm từ epoxy - nhựa than đá được dùng nhiều trong công
nghiệp đóng tàu biển. Sơn epoxy dạng bột được sử dụng trang trí dụng cụ nhà bếp,
buồng tắm, sơn ô tô, xe đạp….
* Điện – điện tử
Lượng nhựa epoxy được sử dụng chiếm 35% và đứng thứ nhì trong công
nghiệp điện, điện tử. Theo thống kê về thị trường tiêu thụ theo các lĩnh vực năm
2013 chúng chủ yếu được phủ cách điện trên các bảng vi mạch điện, điện tử...
* Vật liệu compozit
Vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường sợi thuỷ tinh đã
được sử dụng để chế tạo các thùng chứa chuyên chở axit, dung môi hữu cơ, dung
dịch kiềm, ngoài ra các loại đường ống phục vụ thủy lợi, ống dẫn dầu, ống dẫn nước
sạch … với giá thành hợp lý, nhẹ và độ bền ăn mòn cao cũng được chế tạo từ vật
liệu PC gia cường cốt sợi.
Trong công nghiệp hàng không vũ trụ, vật liệu compozit từ epoxy với các
loại sợi gia cường (cacbon, aramid, bo, graphit…) ngày càng được phát triển mạnh.
Do những ưu điểm vượt trội như độ bền cơ học cao, chịu mỏi tốt, nhẹ hơn khá
nhiều so với kim loại có thể chế tạo đơn chiếc với các dạng hình học từ đơn giản
cho đến rất phức tạp.
Hiện nay, công nghệ quấn ống gia cường sợi thủy tinh được phát triển rất
mạnh mẽ. Công ty FPI (Future Pipe Industries), trụ sở tại Dubai có mạng lưới cung
cấp hệ thống đường ống lắp đặt nổi và chìm trên toàn cầu. Với trên 300 chủng loại
sản phẩm khác nhau, đáp ứng được các nhu cầu của khách hàng như: đường ống
cung cấp nước sạch, nước thải công nghiệp, ống dẫn dầu, dẫn khí ngoài khơi và trên
đất liền.

14
Hình 1.3. Vật liệu polyme compozit sử dụng trong thân, vỏ máy bay A380 [8]
1.5. Nano silica và nano silica hữu cơ hóa
1.5.1. Nano silica
Silic đioxit còn được gọi là silica, với cấu trúc mạng lưới không gian 3 chiều
trong đó mỗi nguyên tử oxi nằm ở các đỉnh còn Si nằm ở tâm của tứ diện đều. Silica
tinh thể có ba dạng thù hình chính là: thạch anh, triđimit và cristobalit. Mỗi dạng
thù hình này lại chia thành hai dạng: dạng α chỉ bền ở nhiệt độ thấp và dạng β bền ở
nhiệt độ cao. Ngoài ba dạng thù hình chính trên, silic đioxit còn tồn tại ở một số
dạng phụ khác: dạng ẩn tích, vô định hình. Dưới đây là sơ đồ biến đổi dạng tinh thể
của silic đioxit [13]:
Tất cả những dạng tinh thể này đều bao gồm những nhóm tứ diện SiO4 nối với
nhau qua những nguyên tử O chung. Trong tứ diện SiO4, nguyên tử Si nằm ở tâm
của hình tứ diện, liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử O nằm ở đỉnh của hình tứ
diện. Mỗi nguyên tử O lại liên kết với hai nguyên tử Si nằm ở hai tứ diện khác nhau.
Góc liên kết O-Si-O là 109o
, độ dài liên kết Si-O là 1,61Ao
. Tính trung bình trên
một nguyên tử Si có hai nguyên tử O và công thức kinh nghiệm của phân tử silic
đioxit là SiO2.
Cánh
Đuôi hình nón
Sườn cánh
Cửa hạ cánh
Hộp cánh trung tâm
Dầm sàn khoang trên
Nắp bên ngoài
Phần đuôi thẳng
Vách ngăn áp lực phía sau
Phần đuôi ngang
Động cơ đẩy
Phần thân không chịu áp
lực

15
Cấu trúc của nanosilica là một mạng lưới 3 chiều với các nhóm silanol (Si-OH)
và siloxan (Si-O-Si) tồn tại trên bề mặt nanosilica. Do sự có mặt của các nhóm này
nên các hạt silica có khả năng hút nước ngay ở nhiệt độ phòng và dễ dàng kết tụ. Bề
mặt silica được đặc trưng bởi 3 dạng silanol: silanol đơn (a), silanol liên kết hydro
với nhóm bên cạnh (b) và silanol ghép đôi (c) được mô tả bới hình 1.4. Các nhóm
silanol trên bề mặt hạt silica liền kề nhau tập hợp lại bằng liên kết hydro và dẫn đến
hình thành một khối. Liên kết này làm cho các hạt silica kết tụ với nhau (Hình 1.4)
ngay cả khi được trộn hợp mạnh trong pha nền polyme.
Hình 1.4. Các liên kết bề mặt và sự kết tụ của silica [13]
Silica có thể tồn tại ở nhiều dạng, mỗi dạng thể hiện tính chất vật lý và hóa
học khác nhau. Silica kị nước nếu bề mặt của nó chỉ có các nhóm siloxan (-Si-O-Si)
và trở nên ưa nước khi bề mặt có các nhóm silanol (Si-OH). Sự có mặt của 2 nhóm
này ảnh hưởng đến tính chất của bề mặt silica và ứng dụng của nó.
Silica kị nước có thể được chuyển thành silica ưa nước bằng phản ứng thủy
phân hóa nhóm siloxan thành silanol. Ngược lại, silica ưa nước có thể chuyển thành
silica kị nước bằng phản ứng đề hydroxyl hóa hoặc đun nóng ở nhiệt độ >300o
C.
Các hạt silica ghép đôi với nhau nhờ liên kết hydro của các nhóm silanol để
tạo thành dạng kết tụ bậc 1, sau đó chúng tiếp tục liên kết với nhau bền chặt hơn tạo
thành dạng kết tụ bậc 2. Khuynh hướng kết tụ của các phần tử silica có thể được
minh họa như hình 1.5:
Các hạt silica ban đầu Dạng kết tụ bậc 1 Dạng kết tụ bậc 2
Hình 1.5. Hạt nanosilica và các dạng kết tụ của chúng [13]

16
1.5.2. Biến tính hạt nanosilica
Do kích thước nhỏ nên các hạt nanosilica có năng lượng tự do lớn, trên bề
mặt chứa các nhóm như siloxan (Si-O-Si) và silanol (Si-OH), chính những nhóm
này làm cho các hạt nanosilica có xu hướng kết tụ tạo thành các hạt có kích thước
lớn hơn. Sự kết tụ làm tăng kích thước hạt, giảm diện tích bề mặt riêng và độ phân
cực bề mặt của nanosilica, dẫn đến chúng hoạt động như một hạt micron với khả
năng gia cường thấp trong chế tạo vật liệu compozit. Do đó, việc biến tính bề mặt
của chúng là rất cần thiết. Các hạt nanosilica có thể được biến tính hóa học thông
qua việc hữu cơ hóa bề mặt hạt hoặc biến tính vật lý bằng cách nghiền hay xử lý
siêu âm. Quá trình nghiền hay xử lý siêu âm đòi hỏi tiêu tốn năng lượng lớn, khó
triển khai ứng dụng vào qui mô công nghiệp. Trong khi đó, biến tính hóa học bề
mặt bằng các chất liên kết hoặc tác nhân ghép khá đơn giản, dễ thực hiện hơn, có
thể áp dụng với qui mô lớn. Vì vậy, giải pháp biến tính hóa học bề mặt nanosilica
luôn được ưu tiên sử dụng.
* Biến tính nanosilica bằng chất ghép silan
Khái niệm tác nhân liên kết silan được đưa ra bởi Plueddemann và các cộng
sự từ nhứng năm 1962. Sau công bố quan trọng này, các nghiên cứu biến tính bề
mặt hạt vô cơ bằng chất liên kết silan để nâng cao khả năng phân tán của chúng vào
polyme, được nhân rộng [13]. Đến nay, đã có rất nhiều công trình công bố việc biến
tính bề mặt hạt nano bằng các hợp chất ghép silan. Trong phân tử của chúng có
phần dễ thủy phân tạo ra các nhóm silanol hoạt tính có thể tương tác với nhóm Si-
OH trên bề mặt nanosilica, hình thành liên kết cộng hóa trị. Công thức tổng quát
của các chất ghép silan là YSiX3, trong đó X là nhóm chức dễ thủy phân, Y là phần
nhóm chức có khả năng tham gia liên kết với polyme nền, có thể là epoxy, amino,
ankyl hay mecapto. Kết quả quá trình biến tính silica bằng silan hữu cơ làm tăng
khả năng phân tán, giảm kết tụ, giảm kích thước và tăng diện tích bề mặt riêng của
các hạt silica (hình 1.6).
Hình 1.6. Sự phân tán các hạt nano silica sau khi biến tính bề mặt [13]

17
Hình 1.7. Phản ứng biến tính bề mặt hạt nano bằng hợp chất silan [14]
Một nghiên cứu khác được thực hiện bởi Wu và cộng sự đã biến tính hạt nano
silica bằng 3-mercaptopropyl trimethoxysilan theo hình 1.7. Khi chưa biến tính bề
mặt hạt silica được bao phủ bởi các nhóm -OH, trong khi đó bề mặt được biến tính
bởi silan được bao quanh bởi các phân tử 3-mecaptopropyl trimethoxysilan. Các hạt
nanosilica sau biến tính có khả năng phân tán tốt hơn trong môi trường dung môi
hữu cơ và nhựa nền so với các hạt không biến tính [14].
Thái Hoàng và các cộng sự [15] đã biến tính bề mặt nanosilica bằng 3-
aminopropyltrietoxy silan (APTES) thu được kết quả khả quan, đã xác định được
hàm lượng APTES thích hợp dùng cho phản ứng biến tính là 13,68 % khối lượng so
với nanosilica, hiệu suất ghép thu được đạt 3,5%, năm 2015 tác giả sử dụng
vinyltriethoxysilane (VTES) với hàm lượng 1-3% để biến tính nâng cao khả năng
phân tán của tro bay sử dụng gia cường cho nhựa PE, PP [16]. Tô T.X. Hằng cùng
cộng sự đã biến tính nanosilica bằng phenyl trietoxysilan để làm phụ gia cho lớp
phủ chống ăn mòn trên cơ sở nhựa epoxy thu được kết quả tốt, màng sơn có khả
năng bảo vệ thép tốt với 3% nanosilica biến tính.
* Biến tính nanosilica bằng chất ghép titanat (TCA)
Thủy phân
Tự ngưng tụ Momo và di

18
Các hợp chất ghép silan thường thích hợp để biến tính các hạt bề mặt có silic.
Tuy nhiên, chúng có nhược điểm là cần phải có các tâm hoạt động chứa các nhóm
hydroxyl trên bề mặt chất nền nên không có hoạt tính trên các bề mặt trơ không có
nhóm hydroxyl như kim loại, gốm, canxicacbonat, graphit, sợi aramid, cacbon black,
muối canxi (oxit, cacbonat và phốt phát) và thủy tinh kiềm [17-19].
Hình 1.8. Tương tác của hợp chất ghép cơ titan với bề mặt hạt vô cơ [18]
Ngoài silan, các hợp chất cơ nguyên tố của titan (bảng 1.3) và zirconi cũng
được sử dụng làm các chất ghép để nâng cao khả năng tương hợp của các hợp chất
vô cơ vào nền nhựa [18, 19]. Khác với các hợp chất ghép silan, TCA có thể phản
ứng trực tiếp với các proton tự do trên bề mặt hạt vô cơ tạo thành đơn lớp titan hữu
cơ mà không cần có mặt nước trong quá trình ngưng tụ (hình 1.8), sự hình thành lớp
titan hữu cơ trên bền mặt hạt cho phép loại bỏ được các bọt khí tại vùng tiếp giáp
nhưa-hạt khi phân tán, bề mặt kỵ nước cho phép hạt phân tán tốt hơn, ứng suất được
truyền tải đều trong hệ.
Việc sử dụng các hạt nano biến tính hợp chất cơ titan thường kéo theo sự
giảm nhiệt độ thủy tinh hóa của hệ nhựa [20]. Hình 1.8 mô tả một đơn lớp của hợp
chất ghép cơ titan trên bề mặt hạt nano và hợp chất ghép KR-12 tương tác với nhóm
–OH. Bảng 1.3 liệt kê một số hợp chất ghép cơ titan và tên thương mại của chúng
Hợp chất KR-12

19
Bảng 1.3. Một số hợp chất ghép TCA thông dụng hiện nay [19]
Loại chất ghép
Tên thương
mại
Tên hóa học
Monoalkoxy
titant
KR 7
Titanium IV bis 2-methyl-2-propenoato-O, iso
octadecanoato-O 2-propanolato
KR 9S
Titanium IV 2-propanolato, tris(dodecyl) ben
zensul-fanato-O
KR 12
Titanium IV 2-propanolato, tris(dioctyl)phos
phato-O
KR 33DS
Titanium IV, tris(2-methyl)-2-propenoato-O,
metho-xydiglycolylato
KR 38S
Titanium IV 2-propanolato, tris(dioctyl)
pyrophos phato-O
KR 39DS
Titanium IV, tris(2-propenoato-O), methoxy
diglycolyl -ato-O
KR 44
Titanium IV 2-propanolato, tris(3,6-diaza)
hexanolato
Neoalkoxy
titanat
LICA 01
Titanium IV 2,2(bis 2-propenolatometyl)
butanolat, tris neodecanoat-O
LICA 09
butanolato, iris(dodecyl)benzenesulfonato-O
LICA 12
butanolato, tris(dioctyl)phosphato-O
LICA 38
butanolato, tris(dioctyl)pyrophosphato-O
LICA 44
butanolato, tris(2-ethylendiamino) ethylato
LICA 97
butanolato, tris(3-amino) phenylato
Một điểm khác biệt tiếp theo giữa hợp chất ghép cơ silan và titan là số lượng
nhóm chức trong phân tử, hình 1.9 cho thấy TCA có 6 vị trí nhóm chức, so với 2 vị
trí của hợp chất silan.
Chất ghép titanat Chất ghép silan
Hình 1.9. Công thức của chất ghép silan và TCA với số nhóm chức khác nhau

20
Vai trò các nhóm chức trong TCA như sau [18]: Nhóm chức (RO)n- là nhóm
có khả năng thủy phân sẽ đóng vai trò chính trong phản ứng với các nhóm hydroxyl
hoặc proton trên bề mặt chất nền, còn các nhóm chức 2-6 là các nhóm chức hoạt
tính, tương tác với polyme. Trong khi phản ứng của nhóm silan yêu cầu nhiệt độ
môi trường nhỏ hơn 100 o
C để tránh quá trình đa tụ trực tiếp silanol-siloxan với
nước, chính điều này sẽ giới hạn ứng dụng của hợp chất ghép silan khi tham gia
phản ứng in situ với các loại nhựa nhiệt dẻo hoặc elastome có nhiệt độ nóng chảy
lớn hơn 100 o
C, tuy nhiên các hợp chất ghép TCA hoàn toàn không bị ảnh hưởng ở
điều kiện nhiệt độ trên.
Chức năng xúc tác: Liên kết Ti-O trong TCA có khả năng chuyển hóa nên có
thể tham gia xúc tác cho các phản ứng chuyển este, chuyển alkyd và một số phản
ứng polyme hóa khác.
Dị tố (X) trong TCA có thể là phosphat, sulfonyl, cacboxyl,… các nhóm
chức này có khả năng tạo liên kết với nền polyme, từ đó giúp vật liệu có khả năng
kiểm soát tốc độ cháy, chống ăn mòn, tăng độ bền hóa chất…
(R’) trong TCA có thể là các nhóm hyrocacbon béo không phân cực như
isopropyl, butyl hoặc các vòng thơm có tác dụng tương hợp với các chuỗi
hydrocacbon trong nhựa bằng liên kết Van der Waals, ngoài ra chúng tạo hiệu ứng
không gian hạn chế quá trình kết tụ các hạt vô cơ khi đã hữu cơ hóa. Chức này có
thể xem như “chức nhiệt dẻo”.
Nhóm (Y) là các nhóm “chức nhiệt rắn” chúng có thể là các nhóm như acryl,
methacryl, và amino các nhóm hoạt tính này giúp tạo thành liên kết hóa học giữa
hạt nano và nền polyme. Hình 1.10 là ảnh SEM sự phân tán của hạt nanobarium
titanat với 2 quá trình xử lý bề mặt bằng hợp chất ghép silan (a) và TCA (b). Kết
quả cho thấy với hợp chất ghép silan, có sự hình thành lớp màng hữu cơ mỏng trên
bề mặt hạt, tuy nhiên bề mặt hạt phản ứng chưa triệt để nên còn sự kết tụ. Trong khi
đó nếu xử lý bằng TCA tuy không thấy cấu trúc lớp màng hữu cơ nhưng hiệu quả
phân tán thể hiện rất tốt, các hạt được đẩy rời nhau ra, không còn hiện tượng kết tụ.
Hiệu quả phân tán có thể được giải thích như hình 1.11 với bề mặt được ghép với
TCA, hạt nano có 3 vị trí tương tác với mạch polyme tạo nên sự tương hợp mạnh
mẽ, trong khi đó với chất ghép silan tương tác với nhựa chỉ có ở 1 vị trí [21].

21
Hình 1.10. Ảnh SEM phân tán của nannobarititanat với các chất ghép khác nhau và
mô hình tương tác của hạt với nền polyme [21]
Tập hợp kết quả nghiên cứu về ứng dụng của TCA dùng hữu cơ hóa bề mặt
các hạt nano để gia cường cho một số loại nhựa được thống kê trong bảng 1.4.
Bảng 1.4. Khả năng gia cường của hạt độn biến tính TCA trong nền polyme [19]
Loại vật liệu Kiểu TCA Khả năng gia cường
PBT/ TiO2 NDZ-102
Tăng cường khả năng phân tán của TiO2 vào
nền nhựa [22]
Polyamit/than
CAPOW
KR12/H
Nâng cao độ bền cơ học cho hệ [23]
PVC/CaCO3
CAPOW
L38/H
Nâng cao độ bền dai và tăng liên kết giữa hạt
canxi cacbonat và nền PVC [24]
PP/talc LICA 12
Nâng cao mức độ phân tán và cải thiện độ bền
va đập [ 25]
PVC/TiO2,
CaCO3.
TCA
Nâng cao khả năng tương hợp của hạt độn vào
nền, tăng độ bền nhiệt, độ bền va đập [26]
Epoxy/TiO2 KR-38S
Tăng đáng kể độ bền uốn, bền kéo và độ bền
dai cho hệ nanocompozit
Kevlar/Phenolic TPT
Nâng cao khả năng chịu nước và tăng mạnh độ
bền va đập [28]
Cao su
Cloropren/tro bay
LICA 01
Nâng cao độ bền kéo đứt, độ cứng và mô đun
Young’s [29]
Biến tính SiO2
KR TTS,
KR 33CS
Giảm kết tụ và chuyển hạt từ ưa nước sang kị
nước [30]
Nhựa nền
Nhựa nền

22
Các nghiên cứu của Monte [18] chỉ ra rằng, việc sử dung các hợp chất ghép
TCA cho hiệu quả tốt hơn các hợp chất ghép silan là do trên bề mặt của sợi thủy
tinh cũng như silica chỉ chứa khoảng 14% nhóm hydroxyl, nên với chất ghép silan
86% bề mặt chưa được hữu cơ hóa, trong khi đó TCA hoạt hóa dựa trên phản ứng
với proton sẽ ghép hoàn toàn lên bề mặt của sợi cũng như silica để đem lại hiệu quả
gia cường tốt hơn. Mô hình phản ứng trên bề mặt sợi thủy tinh được trình bày trên
hình 1.11.
Hình 1.11. Tương tác của polyme và nền thủy tinh được hữu cơ hóa với các chất
ghép khác nhau [18]
1. 6. Vật liệu epoxy nanocompozit
1.6.1 Giới thiệu về vật liệu polyme nanocompozit
Mặc dù compozit là vật liệu đã có từ lâu, nhưng ngành khoa học về vật liệu
compozit chỉ hình thành khi xuất hiện trong công nghệ chế tạo tên lửa ở Mỹ từ
những năm 1950. Từ đó đến nay, nó đã phát triển mạnh mẽ và có sức ảnh hưởng
lớn trên toàn thế giới. Vật liệu compozit với tính năng ưu việt như trọng lượng nhỏ
nhưng chịu va đập, uốn, kéo tốt, chịu mài mòn tốt,… nên ngày càng được phát triển
và sử dụng rộng rãi để thay thế các loại vật liệu truyền thống (gỗ, thép…) trong
nhiều ngành công nghiệp. Trong số các loại vật liệu compozit, polyme
nanocompozit là một loại vật liệu mà trong đó các hạt độn có kích thước nanomet
được phân tán vào mạng nền polyme. Năm 1993, vật liệu trên cơ sở epoxy/nanoclay
lần đầu được chế tạo thành công bởi các nhà khoa học ở phòng thí nghiệm Nghiên
cứu Phát triển của công ty Toyota, ứng dụng làm đai truyền động trong ô tô và thuật
ngữ ‘nanocompozit’ lần đầu tiên được sử dụng [31]. Khi so sánh
Sợi thủy tinh
Biến tính bằng TCA
Sợi thủy tinh
Biến tính bằng silan

23
với microcompozit thông thường, vật liệu polyme nanocompozit chế tạo được có
các tính chất cơ học nổi bật hơn. Đến nay, vật liệu polyme nanocompozit được
nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: vật liệu xúc
tác, vật liệu cảm ứng trường dùng cho các thiết bị điện và quang điện, làm pha tĩnh
trong các cột sắc ký, màng bán thấm nhiệt, các loại màng để bọc thực phẩm, màng
phủ chống ăn mòn…
Trong số các vật liệu polyme nanocompozit, polyme nền được gia cường
bằng các hạt vô cơ biến tính nhằm kết hợp các ưu điểm của polyme như nhẹ, dễ tạo
hình, với các tính chất đặc trưng ưu việt chỉ có ở hạt nano vô cơ. Nanocompozit góp
phần mở rộng khả năng ứng dụng của chúng sang nhiều lĩnh vực như vật liệu cho
quang học, vật liệu bền cơ, vật liệu điện, từ, vật liệu chống cháy…[28-30]. Tuy
nhiên, một trong những vấn đề lớn cần giải quyết đó là các hạt nano luôn có khuynh
hướng kết tụ do sự phân tán không đều trong nền polyme, dẫn đến làm giảm tính
chất quang và độ bền cơ của nanocompozit. Để nâng cao khả năng phân tán của các
hạt nano trong nền polyme, cần thiết phải biến tính hữu cơ hóa bề mặt của chúng
[31-36].
1.6.2. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy
Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy được sử dụng trong nhiều ngành
công nghiệp như chế tạo các cánh tuabin gió trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, các
bộ phận, cấu trúc phức tạp của máy bay [28, 33-36]. Nhựa epoxy có khả năng bám
dính cao với nhiều nền vật liệu, dễ dàng kết hợp với các chất đóng rắn, giá thành
thấp….. Tuy nhiên, nhựa epoxy sau đóng rắn vẫn còn điểm hạn chế như giòn, bền
va đập kém và có nhiều lỗ trống bên trong vật liệu. Những nhược điểm trên có thể
được cải thiện nhờ sử dụng các hạt nano gia cường (nanofiller). Trộn nhựa epoxy
với các hạt nano gia cường là một giải pháp quan trọng nhằm gia tăng tính bền dai
của chúng, mở rộng phạm vi ứng dụng của nhựa. Các loại hạt nano được quan tâm
nghiên cứu và sử dụng nhiều là ống nano cacbon, graphen, nanoclay và nanosilica
[ 37-40].
1.6.2.1 Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và ống nano cacbon (CNT)
Ống nano cacbon có dạng một hình trụ liền được tạo thành do sự cuộn lại của
một lớp than chì có độ dày một nguyên tử và được khép kín ở mỗi đầu bằng một

24
nửa phân tử fullerenes. Ống nano cacbon được chia thành 3 dạng chính bao gồm: (1)
ống nano cacbon đơn tường (SWCNT), (2) ống nano cacbon 2 tường (DWCNT), (3)
ống nano cacbon đa tường (MWCNT). Sự xắp sếp của các nguyên tử cacbon có thể
chia thành 3 nhóm gồm zizac, dạng chiral và dạng ghế bành (hình 1.12).
Ống nano cacbon (CNT) được phát hiện lần đầu bởi Iijima vào năm 1993. Do
có cấu trúc độc đáo, độ bền cơ học cao, tính chất dẫn điện và nhiệt tốt nên chúng
thu hút ngày càng nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học [41].
Hình 1.12: Sơ đồ minh họa cách thức các tấm graphen có cấu trúc lục giác cuộn
tròn lại để hình thành các ống nano cacbon với các hình dạng khác nhau (A: dạng
ghế bành - armchair, B: zigzac; C: dạng chiral) [41]
Mục đích chính của việc đưa CNT vào nhựa epoxy là nhằm cải thiện các tính
chất cơ học như tăng độ bền uốn cũng như hạn chế độ giòn của nhựa epoxy. Tuy
nhiên, do bề mặt CNT khá trơ về hóa học nên khả năng tương tác tạo liên kết cũng
như phân tán của ống nano cacbon vào khung mạng nhựa còn khá kém. Các nghiên
cứu gần đây thường tập trung vào hoạt hóa bề mặt, trong đó chủ yếu là hoạt hóa hóa
học ống nano cacbon trước khi phân tán chúng vào nhựa [42- 45].
Gkikas và cộng sự [46] đã nghiên cứu phương pháp phân tán CNT vào nền
nhựa epoxy, ảnh hưởng của thời gian và biên độ sóng siêu âm giúp tăng độ bền dai
của nhựa lên 550%. Tang và cộng sự đã sử dụng vật liệu MWCNT hoạt hóa bằng
ozon để làm tác nhân biến tính nhằm cải thiện tính chất của nhựa epoxy [47].
Gojny và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của SWCNT, DWCNT và
MWCNT cũng như những ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa đến tính chất cơ học
của nhựa epoxy [48]. Nhựa epoxy ban đầu có độ bền dai tách lớp (GIC) vào khoảng
163 J/m2
và tăng lên 45 % ở mức 237 J/m2
khi được gia cường bằng SWCNT chưa

25
hoạt hóa. CNT chưa hoạt hóa làm tăng độ bền dai của nhựa khi chúng được sử dụng
ở hàm lượng thấp. Khi hàm lượng của SWCNT tăng trên mức 0,3% khối lượng, sẽ
làm giảm độ bền dai của nhựa. Sự kết tụ của CNT khi được sử dụng với hàm lượng
cao được cho là nguyên nhân của hiện tượng trên. Mô đun Young của nhựa được
gia cường bằng DWCNT-NH2 là cao nhất. Vật liệu CNT hoạt hóa bằng amin thúc
đẩy quá trình phân tán, quá trình thấm ướt cũng như sự tương tác bề mặt giữa hạt
nano và nền nhựa. Với hàm lượng sử dụng 0,5 % DWCNT hoạt hóa bằng amin làm
tăng độ bền dai của nhựa epoxy lên 43 %. Xu hướng tương tự cũng được ghi nhận
khi sử dụng MWCNT hoạt hóa làm chất gia cường, góp phần làm tăng độ bền dai
của nhựa epoxy lên 39% (hình 1.13).
Hình 1.13. Độ bền dai của nhựa epoxy compozit gia cường bằng CNT không hoạt
hóa (a) và hoạt hóa (b) [48]
Gojny và cộng sự cho rằng yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của quá
trình gia cường là sự phân tán tốt của CNT vào trong cấu trúc nhựa và sự hình thành
liên kết ở bề mặt tiếp xúc giữa hạt gia cường và nhựa [48-50]. Sử dụng SWCNT và
DWCNT đã giúp cải thiện độ bền cơ học của nhựa epoxy, trong khi sử dụng với
MWCNT, một số tính chất của nhựa lại giảm. Theo nhóm tác giả, nhựa epoxy gia
cường bằng SWCNT có giá trị độ bền kéo đứt cao nhất là do SWCNT có cấu trúc
đơn lớp nên có diện tích bề mặt riêng và tỉ lệ chiều dài/đường kính lớn. DWCNT có
diện tích bề mặt nhỏ hơn do chúng có hai lớp vách đồng tâm khiến khả năng phân
tán và gia cường hạn chế lẫn nhau. Vật liệu MWCNT hoạt hóa không ảnh hưởng
nhiều đến độ bền kéo đứt của nhựa epoxy. Đó là do bản chất đồng tâm của các lớp
vách của vật liệu MWCNT khiến các lớp vách bên trong không đóng góp cho việc
(a) (b)

26
truyền tải ứng suất. Ngoài ra, khi tăng hàm lượng của CNT, hiệu quả gia cường tăng
không đáng kể, do khả năng phân tán kém của CNT trong nền nhựa làm xuất hiện
các khuyết tật bên trong vật liệu.
Như vậy, trong hầu hết các nghiên cứu, tính chất cơ học của nhựa epoxy
được cải thiện khi sử dụng hàm lượng CNT nhỏ. Các nghiên cứu khác nhau đều cho
kết quả khá tương đồng về hàm lượng sử dụng thích hợp của CNT. Trong số các
loại CNT, DWCNT đã hoạt hóa giúp cải thiện tốt nhất độ bền uốn của vật liệu
nanocompozit. Mô đun Young của nhựa gia cường bằng MWCNT thấp hơn so với
nhựa được gia cường bằng SWCNT và DWCNT. Điều đó được giải thích là do sự
khác nhau về cấu trúc và diện tích bề mặt riêng của các chất gia cường.
1.6.2.2. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy và nano graphen
Tấm nano graphen (Graphene nano plates - GNP) là tấm phẳng, chiều dày
bằng một lớp nguyên tử carbon với liên kết sp2
tạo thành cấu trúc tinh thể dạng tổ
ong. Graphen được xem là đơn vị cơ bản để tạo ra các dạng hình thù cacbon khác
nhau như graphit, fulleren và ống nano cacbon (hình 1.14). Với việc tạo ra graphen,
hai nhà khoa học Andrei Geim và Konstantin Sergeevich Novoselovra đã được trao
giải Nobel Vật lý năm 2010 [51].
Hình 1.14. Các dạng khác nhau của graphen; nó có thể được gói lại thành quả bóng
bucky (0D), cuộn thành ống nano (1D) và chồng lại thành các mảng graphit (3D) [48]
Graphen thể hiện tính chất cơ học cũng như tính dẫn điện tuyệt vời, cùng với đó
là tính bền dai cao [52-56]. Tỉ lệ diện tích/thể tích của graphen cao hơn của
SWCNT vì bề mặt bên trong ống nano không thể tiếp xúc với các đại phân tử
polyme. Điều này làm cho graphen trở thành một ứng viên tiềm năng để thay đổi
tính chất của nền nhựa.

27
Hoạt hóa bề mặt của graphen đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong việc
gia tăng độ bền dai của nhựa. Zaman và cộng sự đã nghiên cứu độ bền dai của nhựa
epoxy được gia cường bằng màng graphen (GPL) và màng graphen đã được hoạt
hóa bề mặt (m-GPL) [57]. Mô đun Young và UTS của nhựa epoxy nguyên chất lần
lượt là 2,7 GPa và 64 MPa. Mô đun của nhựa Epoxy/GPL tăng đáng kể khi hàm
lượng GPL trong khoảng 1 đến 2,5 %, tuy nhiên độ bền uốn lại bất ngờ giảm khi hàm
lượng sử dụng ở mức 4,0 %. Giá trị mô đun Young của nhựa epoxy/m-GPL đạt cực
đại khi hàm lượng sử dụng là 4,0 % và đạt mức 3,25 GPa. Ở cùng hàm lượng sử dụng
1,0%, độ bền uốn của epoxy/GPL tăng 12,5% trong khi độ bền uốn của epoxy/m-
GPL chỉ tăng 3,7% (hình 1.15). Khi hàm lượng graphen tăng lên 4,0%, độ bền dai
của epoxy/m-GPL tăng lên 20% so với nhựa epoxy ban đầu. Graphen oxit (GO), một
dẫn xuất của graphen cũng nổi lên là một ứng viên tiềm năng để gia cường, cải thiện
tính chất cơ học cũng như độ bền dai của nhựa epoxy [58].
Đã có nhiều nghiên cứu sử dụng graphen oxit để gia cường cho nhựa epoxy.
Borzt và cộng sự [59] đã nghiên cứu tính chất cơ học của nanocompozit
epoxy/graphen oxit kết quả cho thấy mô đun Young và độ bền kéo đứt có xu hướng
tăng khi hàm lượng GO ở mức thấp. Nhưng khi hàm lượng chất gia cường vượt quá
0,5 % thì mô đun Young và độ bền kéo đứt của nhựa đều giảm.
Hình 1.15: Độ bền dai và năng lượng phá hủy của nhựa epoxy nguyên chất, nhựa
epoxy compozit với GPL và với m-GPL [58]
Qiu và cộng sự cho rằng GO đã hạn chế sự lan truyền vết nứt bằng cách tạo ra
một lượng lớn các biến dạng mềm [60]. Các nghiên cứu của Chatterjee và cộng sự
KIC,MPa.mm1/2
GIC,J/m2

28
cho thấy màng nano graphen có kích cỡ lớn hơn thì hiệu quả gia tăng độ bền dai cho
nhựa epoxy cũng tốt hơn [61].
Như vậy, sử dụng tấm nano graphen và GO với hàm lượng nhỏ giúp tăng
cường đáng kể đặc tính cơ học như độ bền kéo đứt, độ bền dai và mô đun Young
của nhựa epoxy. Hướng nghiên cứu gần đây tập trung chủ yếu vào biến tính bề mặt
và phát triển các cấu trúc mới nhằm cải thiện vai trò gia cường của graphen và
graphen oxit cho nhựa epoxy.
1.6.2.3 Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và nanoclay
Nanoclay hay nano-montmorillonit cũng là một vật liệu gia cường tiềm năng
cho nhựa epoxy vì chúng có thể xếp thành các lớp mỏng bên trong nhựa. Sử dụng
nanoclay làm chất gia cường có thể gia tăng tính chất cơ học cũng như độ bền dai
cho nhựa epoxy [62-65].
Qi và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay đến độ bền dai của nhựa
epoxy [63]. Các loại nanoclay khác nhau như Cloisite 30B, Nanome I.30E và MMT-
cetylpyridin clorit (CPC) được trộn với nhựa epoxy DGEBA và sau đó xác định độ
bền dai của sản phẩm nanocompozit. Với vật liệu nanocompozit sử dụng 5,0 % CPC,
độ bền dai tách lớp của nhựa tăng lên 165 %. Phân tích ảnh SEM cho thấy sự tăng độ
bền dai của nhựa là do các hạt clay đã làm chậm quá trình lan truyền vết nứt.
Wang và cộng sự đã phân tán nanoclay vào nhựa epoxy bằng cách sử dụng
các loại dung môi khác nhau [64]. Sản phẩm nhựa epoxy gia cường bằng clay đã
silan hóa (SMC) được tổng hợp và đánh giá tính chất cơ học của chúng. Kết quả
nghiên cứu đã chỉ ra mô đun Young và độ bền kéo đứt của nanocompozit tăng tuyến
tính với hàm lượng SMC sử dụng. Độ bền kéo đứt của nhựa đạt cực đại khi hàm
lượng SMC sử dụng là 2,0 lớn hơn nhựa epoxy nguyên chất 25%. Khi sử dụng 3,0 %
SMC, giá trị này của nanocompozit cũng cao hơn so với nhựa epoxy (hình 1.16). Sự
suy giảm độ bền kéo đứt của nhựa epoxy khi lượng SMC tăng lên là do liên kết yếu
giữa các hạt nano và nhựa.
N.C Quyền, Bùi Chương và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay
I28E đến tính chất cơ học và mài mòn của hệ nhựa nền epoxy DER 331 đóng rắn
bằng Metylhexahydrophtalic anhydrit. Hàm lượng nanoclay thích hợp xác định
được là 2 pkl. Cường độ ứng suất tới hạn KIC tăng 158%, đạt 1,7 MPa.m1/2
; độ bền

29
kéo đứt tăng 36%, đạt 68,7 MPa; độ mài mòn giảm 50%, đạt 9,4 mg so với hệ nhựa
không có nanoclay.
Hình 1.16: Sự thay đổi của mô đun đàn hồi (a) và (b) độ bền kéo đứt của nhựa
nanoclay/ epoxy nanocompozit khi thay đổi hàm lượng clay [66]
Sự gia tăng mô đun Young của nhựa do sự định hướng của các màng
nanoclay phân bố dọc theo hướng chịu tải. Các nghiên cứu độ bền dai của nhựa
epoxy gia cường bằng nanoclay đều chỉ ra rằng hàm lượng sử dụng của nanoclay
thích hợp ở quanh 5,0 %, cao hơn hàm lượng sử dụng CNT và graphen. Trong số các
loại nanoclay, Closite 30B giúp cải thiện độ bền uốn tốt nhất cho nhựa epoxy [66].
1.6.2.4. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và nanosilica
Sử dụng các chất gia cường có nguồn gốc từ silicat là một trong những hướng
nghiên cứu được nhiều nhà khoa học quan tâm. Các tính chất như độ bền dai, độ đàn
hồi và độ cứng của nhựa epoxy sau gia cường được cải thiện một cách đáng kể. Quá
trình phân tán hạt nanosilica vào nền nhựa epoxy để tạo ra sự phân bố đồng nhất là
rất quan trọng quyết định tới khả năng gia cường của nanosilica.
Liang và Pearson đã thử nghiệm hai loại nanosilica với kích thước khác nhau
để cải thiện tính chất của nhựa epoxy [67]. Mô đun Young tăng vừa phải khi đưa hạt
nanosilica vào nhựa. Khi hàm lượng nanosilica sử dụng là 0,1 %, độ bền uốn của
nhựa epoxy tăng 4,5 %. Zamanian và cộng sự đã đánh giá tính chất cơ học của epoxy
khi sử dụng các hạt nanosilica với kích cỡ khác nhau làm chất gia cường [68]. Với
hạt nanosilica có kích thước 12 nm, độ bền dai tách lớp của nhựa đạt giá trị cực đại
khi sử dụng hàm lượng nanosilica 1,0 %. Khi sử dụng nanosilica với hàm lượng lớn,
xu hướng trên bị đảo ngược do sự kết tụ của các chất gia cường trong nền nhựa epoxy.
Môđunđànhồi,GPa
Độbềnkéo,MPa

Luận án: Khảo sát tính chất và cấu trúc của vật liệu compozit, HAY - Gửi miễn phí qua zalo=> 0909232620

Luận án: Khảo sát tính chất và cấu trúc của vật liệu compozit, HAY - Gửi miễn phí qua zalo=> 0909232620

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Luận án: Khảo sát tính chất và cấu trúc của vật liệu compozit, HAY - Gửi miễn phí qua zalo=> 0909232620

Similar to Luận án: Khảo sát tính chất và cấu trúc của vật liệu compozit, HAY - Gửi miễn phí qua zalo=> 0909232620 (20)

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận án: Khảo sát tính chất và cấu trúc của vật liệu compozit, HAY - Gửi miễn phí qua zalo=> 0909232620