Luận án tiến sĩ Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh có độ bền va đập cao và trong suốt điện từ ứng dụng cho hệ thống bay không người lái (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ MẠNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT EPOXY GIA CƯỜNG BẰNG
SỢI THỦY TINH CÓ ĐỘ BỀN VA ĐẬP CAO VÀ TRONG SUỐT ĐIỆN TỪ ỨNG
DỤNG CHO HỆ THỐNG BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI

Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp
Mã số: 62440125

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Hà Nội – 2015


Cơng trình được hồn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
1. TS. Nguyễn Thanh Liêm
2. TS. Nguyễn Việt Thái
Phản biện 1:

Phản biện 2:

Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp
tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1. Tính cấp thiết của luận án
Nhựa epoxy là một trong những nhựa nền được sử dụng rộng rãi trong chế tạo vật liệu compozit
do có các ưu điểm như: tính chất cơ học cao, bền nhiệt, bền hố chất, dễ dàng gia cơng, khả năng tương
hợp tốt với hầu hết các loại sợi gia cường cùng với giá thành tương đối thấp. Tuy nhiên vật liệu này
tương đối giịn sau khi đóng rắn, độ bền va đập thấp, tính mềm dẻo khơng cao nên hạn chế sử dụng
trong những trường hợp đòi hỏi vật liệu phải có độ bền va đập cao.
Vật liệu compozit nền nhựa epoxy gia cường bằng sợi thuỷ tinh dễ dàng bị phá huỷ bởi các vết
nứt ngang, vết nứt dọc, và sự bóc tách giữa các lớp của vật liệu do tính giịn của nền nhựa epoxy.
Nhiều nghiên cứu đã nỗ lực cải thiện độ bền dai phá huỷ giữa các lớp, độ bền va đập của vật liệu
compozit bằng cách tăng độ bền dai cho nhựa nền epoxy. Nhựa epoxy thơng thường được dai hóa bằng
một trong ba cách sau: thêm các hạt vô cơ cứng, thêm các loại cao su lỏng hay nhựa nhiệt dẻo. Trong
thiết kế chế tạo hệ thống bay không người lái sử dụng vật liệu compozit do ănten thu phát được đặt
trong hệ thống nên ngoài việc chú ý tới độ bền, vật liệu compozit phải có tính trong suốt điện từ nhằm
đảm bảo thu phát tín hiệu liên tục từ hệ thống điều khiển dưới mặt đất. Sử dụng cao su tự nhiên lỏng
epoxy hóa, dầu lanh epoxy hố, thiokol và đặc biệt adduct được tổng hợp trên cơ sở thiokol và nhựa
epoxy nhằm biến tính nhựa epoxy đồng thời ứng dụng chế tạo vật liệu compozit và nghiên cứu ảnh
hưởng của chúng lên các tính chất cơ học và các tính chất điện từ của vật liệu compozit là một hướng
nghiên cứu mới có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
2. Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu


Mục đích luận án

 Biến tính nâng cao độ bền va đập, độ bền dai phá hủy của nhựa epoxy bằng cao su tự nhiên
lỏng epoxy hoá, dầu lanh epoxy hoá, thiokol và adduct tổng hợp trên cơ sở thiokol và nhựa
epoxy DER331.
 Nghiên cứu, chế tạo vật liệu compozit epoxy, epoxy biến tính gia cường bằng sợi thuỷ tinh có
độ bền va đập, độ bền dai phá huỷ giữa các lớp cao và có tính trong suốt điện từ.


Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án

Đối tượng nghiên cứu:
 Nhựa epoxy DER331 biến tính bằng cao su tự nhiên lỏng epoxy hoá (ENR), dầu lanh epoxy
hoá (ELO), thiokol và adduct tổng hợp trên cơ sở thiokol và nhựa epoxy DER331.
 Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy và nhựa epoxy biến tính gia cường bằng sợi thuỷ tinh.

1


Phạm vi nghiên cứu:
 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng ENR, ELO, thiokol và adduct tổng hợp trên cơ sở
thiokol và nhựa epoxy DER331 đến các tính chất cơ học và tính chất nhiệt của nhựa epoxy
DER331.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng ENR, ELO, thiokol, adduct tổng hợp trên cơ sở thiokol
và nhựa epoxy DER331 đến tính chất cơ học và tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy
gia cường bằng sợi thuỷ tinh.
3. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và đóng ghóp mới của luận án
Vật liệu polyme compozit nền nhựa epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh là loại vật liệu tiên tiến
được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như chế tạo thiết bị cơng nghiệp hóa chất, chế biến thực
phẩm, vật liệu cách điện, bọc lót chống ăn mịn…Tuy nhiên, nhựa epoxy thường có nhược điểm tương
đối giịn sau khi đóng rắn bằng các chất đóng rắn amin mạch thẳng, do vậy gây khó khăn trong việc chế
tạo các sản phẩm compozit có độ bền va đập cao. Để cải thiện, nâng cao độ bền va đập, độ bền dai phá

hủy thường sử dụng các phương pháp biến tính nhựa epoxy bằng cao su lỏng hoặc các chất dai hóa
khác. Luận án sử dụng ENR, ELO, thiokol và adduct giữa thiokol và nhựa epoxy DER331 để biến tính
nhựa epoxy nhằm nâng cao độ bền va đập đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của chúng tới tính chất điện
từ của vật liệu compozit gia cường bằng sợi thủy tinh ứng dụng trong hệ thống bay khơng người lái có
ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Các đóng góp mới của luận án bao gồm:
 Đã tổng hợp được adduct từ thiokol và nhựa epoxy DER331 với tỉ lệ mol nhóm chức
mecaptan/epoxy (TH/EP) khác nhau với lượng dư nhóm epoxy sử dụng làm chất tăng dai cho tổ
hợp nhựa epoxy.
 Đã chế tạo được vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nền epoxy DER331 gia cường bằng sợi thủy
tinh biến tính với các chất tăng dai khác nhau: ENR, ELO, thiokol và adduct trên cơ sở thiokol và
nhựa epoxy DER331 có độ bền va đập cao và cải thiện độ bền dai phá hủy. Loại vật liệu này có
tính chất trong suốt điện từ và được ứng dụng cho hệ thống bay không người lái.
4. Bố cục của luận án
Luận án được trình bày trong 128 trang, 29 bảng, 90 hình vẽ-đồ thị, 109 tài liệu tham
khảo với kết cấu gồm: phần MỞ ĐẦU: 3 trang; TỔNG QUAN: 28 trang,; THỰC NGHIỆM:
20 trang; KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN: 53 trang; KẾT LUẬN: 2 trang; TÀI LIỆU THAM
KHẢO: 10 trang; DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN: 1 trang,
PHỤ LỤC: 8 trang.

2


B. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
MỞ ĐẦU
Phần này trình bày tính cấp thiết, mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa
học, thực tiễn và đóng ghóp mới của luận án
1. TỔNG QUAN
Phần TỔNG QUAN giới thiệu về nhựa epoxy, các loại chất đóng rắn, các cơng trình nghiên
cứu biến tính nâng cao tính dai cho nhựa epoxy, các cơ chế dai hóa trong nhựa epoxy biến tính,
nâng cao tính dai và độ bền va đập cho vật liệu compozit, các loại chất tăng dai sử dụng trong luận

án và tính chất điện từ của vật liệu compozit. Tổng quan đặt cơ sở khoa học và định hướng cho việc
thực hiện nội dung nghiên cứu để đạt được mục tiêu của luận án.
2. THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên vật liệu và hóa chất
Nhựa epoxy DER331 của hãng Dow Chemicals (Mỹ), có hàm lượng nhóm epoxy 22,9%; độ
nhớt 13,5 Pa.s; Khối lượng riêng ở 250C 1,16 g/ml; khối lượng phân tử trung bình khối 711 g/mol;
PDI=1,62; Chất đóng rắn diethylentriamin (DETA) của hãng Dow Chemicals (Mỹ); M=103 g;
Khối lượng riêng ở 200C 0,953 g/ml; Thiokol của hãng AkazoNobel, dạng lỏng màu nâu; hàm
lượng nhóm mercaptan 3,1%; Độ nhớt ở 250C 15,5 Pa.s; Mw=9550 g/mol; PDI=3,6; Chất xúc tác
trietylamin của hãng Sigma-aldrich; M=101 g; pKa=10,75; Khối lượng riêng ở 250C 0,726 g/ml;
Ống chuẩn Na2S2O3 và (I2+KI) của hãng Sigma-aldrich; Cao su tự nhiên lỏng epoxy hoá (ENR) do
Viện hố học vật liệu-Viện khoa học và Cơng nghệ Qn sự-BQP tổng hợp có % mol nhóm epoxy
bằng 46%; Mw=60748; PDI=3,8; Dầu lanh epoxy hoá (ELO) của hãng Akros (Anh) là chất lỏng
nhớt, màu vàng nhạt, có hàm lượng nhóm epoxy 22,89%, chỉ số Iot 2,4gI2/g, chỉ số axit
0,5mgKOH/g, tỷ trọng ở 200C là 1,20 g/cm3 và có nhiệt độ sơi trên 2000C; Vải thuỷ tinh E loại thơ
có khối lượng riêng 300 g/m2 (WRE300) do hãng Jiujiang Beihai Fiberglass Co., Ltd, China sản
xuất; HCl, Axeton, chất chống dính Wax8 (Trung Quốc); Nitrat thủy ngân Hg(NO3)2 (Trung Quốc);
Dioxan (Trung Quốc); Diphenyl cacbazon (Merck).
2.2. Phân tích hóa học và hóa lý
2.2..1. Phân tích hàm lượng nhóm epoxy
Hàm lượng nhóm epoxy được xác định theo phương pháp nitrat thủy ngân với dung dịch
HCl/dioxan
2.2.2. Phân tích hàm lượng nhóm mercaptan SH
Hàm lượng nhóm mercaptan SH của Thiokol và adduct được xác định bằng bằng pháp chuẩn độ
dung dịch Iod
3


2.2.3. Phương pháp xác định hàm lượng chất đóng rắn DETA
2.2.4. Xác định mức độ đóng rắn

Mức độ đóng rắn của nhựa epoxy DER-331 đóng rắn bằng DETA có mặt của các loại chất biến
tính ENR, ELO, thiokol được thực hiện trên thiết bị soxhlet với dung môi axeton trong thời gian 16 giờ
ở nhiệt độ phòng.
2.2.5. Phương pháp xác định độ nhớt Brookfield
2.3. Tổng hợp hóa học và quy trình chế tạo vật liệu
2.3.1. Tổng hợp adduct từ thiokol và nhựa epoxy DER331
Phản ứng tổng hợp được thực hiện trong bình cầu ba cổ có lắp máy khuấy cơ học, sinh hàn hồi
lưu, nhiệt kế thuỷ ngân để theo dõi nhiệt độ. Phản ứng tổng hợp trong khối được thực hiện ở nhiệt độ
90-950C trong 4 giờ sử dụng trietylamin (0,25 % mol) làm xúc tác. Tỉ lệ mol giữa nhóm mercaptan và
nhóm epoxy thay đổi trong khoảng từ 0,6-0,8.
2.3.2. Quy trình chế tạo pha nền
Từng chất biến tính như dầu lanh epoxy hoá (ELO), cao su tự nhiên lỏng epoxy hoá (ENR),
Thiokol, adduct được trộn hợp riêng rẽ với nhựa epoxy DER331 theo các tỉ lệ nghiên cứu ở nhiệt độ
50-600C trong bình cầu ba cổ có gắn nhiệt kế và cánh khuấy cơ học khoảng 1 giờ để nhận được hỗn
hợp đồng nhất.
Hỗn hợp sau đó được làm nguội, để ổn định 1 ngày và trộn hợp với chất đóng rắn DETA ở nhiệt
độ phịng. Bọt khí được tách khỏi hỗn hợp bằng bơm hút chân không. Hỗn hợp sau khi đã đuổi hết bọt
khí được đổ vào khn và đóng rắn ở nhiệt độ phịng trong 24 giờ và đóng rắn ở 800C trong vịng 3 giờ
trước khi tháo khuôn. Mẫu vật liệu sau khi đã đóng rắn được để ổn định một tuần ở nhiệt độ phịng
trước khi được đem đi xác định các tính chất cơ lý.
2.3.3. Quy trình chế tạo vật liệu compozit epoxy-sợi thuỷ tinh
Vải thuỷ tinh được cắt thành các tấm hình chữ nhật kích thước 150x200 mm sau đó đặt từng lớp
lên tấm kính đã phủ lớp chống dính Wax8 và đổ nhựa lên. Phân bố nhựa cho thấm vào vải bằng rulơ
và chổi lơng. Qúa trình lăn ép được tiến hành cho đến khi mẫu vật liệu đạt được chiều dày 4 mm. Tỉ lệ
nhựa/vải theo khối lượng =45/55. Vật liệu compozit đóng rắn ở nhiệt độ thường trong 1 ngày.
2.4. Các phương pháp phân tích cấu trúc và tính chất vật liệu
2.4.1. Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi trường phát xạ
(FESEM)
Bề mặt phá hủy của mẫu vật liệu cần đo được phủ bằng Pt (hoặc vàng) sau đó tiến hành chụp
bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) JEOL JSM 6360 LV và FESEM S4800 Hitachi.

4


2.4.2. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA)
Q trình thực hiện trên máy Pyris 6 (Mỹ) với dải nhiệt độ đo từ nhiệt độ phòng đến 8000C.
2.4.3. Phương pháp phân tích cơ nhiệt động (DMTA)
Mẫu đo có dạng hình chữ nhật với kích thước 50x12,7x2 mm được nâng nhiệt từ nhiệt độ phòng
lên 2000C với tốc độ nâng nhiệt 30C/phút; tần số đo 1Hz trên thiết bị DMA8000-PerkinElmer-Mỹ
2.4.4. Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR)
Mẫu nghiên cứu dạng lỏng được phết lên KBr (đã được ép viên) sau đó tiến hành ghi phổ trên
máy Nicolet 6700 FTIR (Mỹ).
2.4.5. Phương pháp sắc ký thẩm thấu gel-GPC
Khối lượng phân tử của: nhựa epoxy DER331, Thiokol, cao su tự nhiên lỏng epoxy hóa ENR,
adduct tổng hợp từ Thiokol và nhựa epoxy DER331 được xác định khối lượng phân tử trên máy sắc ký
thầm thấu gel GPC (Shimadzu) sử dụng dung mơi hịa tan là THF.
2.4.6. Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân 1HNMR
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1HNMR được ghi trên máy Bruker AVANCE (Đức) ở tần số 300
MHz sử dụng dung môi CDCl3.
2.4.7. Phương pháp xác định khối lượng đoạn mạch giữa các nút mạng
2.5. Các phương pháp xác định các tính chất cơ học của vật liệu
2.5.1. Độ bền kéo
2.5.2. Độ bền uốn
2.5.3. Độ bền va đập Izod
2.5.4. Hệ số ứng suất tập trung tới hạn KIC
2.5.5. Năng lượng phá hủy tách lớp GIC, GIP
2.6. Phương pháp xác định tính chất điện từ của vật liệu compozit
2.6.1. Phương pháp xác định cường độ truyền qua sóng điện từ
Tính chất điện từ của mẫu cần đo được xác định trên máy PNA 8362B-Agilent -Mỹ dưới góc
0

tới 0 . Kết quả thu được là tín hiệu tổn hao phản xạ và tổn hao truyền qua nhận được dưới dạng tham số
S11, S21.

Trong đó:
 S21 là hệ số truyền qua (dB)
 Cường độ truyền qua sóng điện từ (%)
5


2.6.2. Phương pháp xác định hằng số điện môi (ε), tổn hao điện môi (tanδ) của vật liệu
compozit sử dụng tụ điện
Theo phương pháp này tổn hao điện môi (tanδ) và điện dung C của tụ điện khi có mơi chất là vật
liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thuỷ tinh được đo trên thiết bị Digital C-TgΔ METER mod
0194 C (của hãng CEAST), theo tiêu chuẩn ASTM D150, ở tần số 1 MHz. Mẫu có dạng hình trịn
đường kính 8 cm độ dầy ≤1 mm.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của các chất biến tính nhựa epoxy: cao su tự nhiên lỏng epoxy hoá
(ENR), dầu lanh epoxy hóa (ELO) và Thiokol đến tính chất cơ lý của vật liệu compozit
epoxy gia cường bằng sợi thuỷ tinh
3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng ENR, ELO và Thiokol đến mức độ đóng rắn, thời gian gel
hố và độ nhớt của nhựa epoxy DER331
Trong nghiên cứu này hàm lượng ENR, ELO sử dụng thay đổi từ 5-20 PKL, Thiokol thay đổi từ
3-9 PKL so với 100 PKL nhựa epoxy. Các kết quả được trình bày ở bảng 3.1, bảng 3.2 và bảng 3.3.
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng ENR đến mức độ đóng rắn, thời gian gel hố và độ nhớt của nhựa epoxy

Hàm lượng ENR (PKL)
Mức độ đóng rắn (%)
Thời gian gel hoá (phút)
Độ nhớt (Pa.s)

0
91,7
58,0
13,5

5
91,5
74,0
13,8

7
89,8
79,0
14,1

10
87,4
83,0
14,6

13
85,4
86,0
15,1

15
83,6
92,0
15,4

20
81,5
97,0
16,0

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng ELO đến mức độ đóng rắn, thời gian gel hoá và độ nhớt của nhựa epoxy

Hàm lượng ELO (PKL)

0

5

9

10

15

20

Mức độ đóng rắn (%)

91,7

91,4

90,3

88,9

86

78,6

Thời gian gel hố (phút)

58,0

70,0

78,0

79,0

85,0

91,0

Độ nhớt (Pa.s)

13,5

13,5

13,6

13,6

13,6

13,6

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng Thiokol đến mức độ đóng rắn, thời gian gel hố và độ nhớt của nhựa
epoxy

Hàm lượng Thiokol (PKL)
Mức độ đóng rắn (%)
Thời gian gel hoá (phút)
Độ nhớt (Pa.s)

0
91,7
58,0
13,5

3
91,0
65,0
13,6

6

5
89,1
71,0
13,8

7

88,7
73,0
14,1

9
86,1
76,0
14,5


Sự có mặt của ENR, ELO, thiokol đều làm giảm mức độ đóng rắn, tăng thời gian gel hóa của
nhựa epoxy DER331. Nhựa epoxy có độ nhớt tăng khi tăng hàm lượng của ENR, Thiokol trong khi đó
độ nhớt của nhựa epoxy là không đổi trong trường hợp sử dụng ELO.
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng ENR, ELO và thiokol đến tính chất cơ học nhựa
nền epoxy
a. Độ bền kéo
Hình 3.4, 3.5, 3.6 trình bày ảnh hưởng của các chất: ENR, ELO và thiokol đến tính chất kéo của

Độ bền kéo (MPa)

nhựa epoxy DER331

Hàm lượng ENR, ELO, thiokol (PKL)
Hình 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng: ENR (1-EP.ENR); ELO (2-EP.ELO) và thiokol (3-EP.T) đến độ bền

Môđun kéo (GPa)

kéo của nhựa epoxy DER331

Hàm lượng ENR, ELO, thiokol (PKL)

Biến dạng kéo (%)

Hình 3.5: Ảnh hưởng của hàm lượng: ENR (1-EP.ENR); ELO (2-EP.ELO) và thiokol (3-EP.T) đến mođun
kéo của nhựa epoxy DER331

Hàm lượng ENR, ELO, thiokol (PKL)
Hình 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng: ENR (1-EP.ENR); ELO (2-EP.ELO) và thiokol (3-EP.T) đến biến
dạng kéo của nhựa epoxy DER331

7


Các kết quả trên hình 3.4, 3.5, 3.6 cho thấy việc tăng hàm lượng ENR, ELO và thiokol trong nền
nhựa epoxy đều làm giảm độ bền kéo, môđun kéo và tăng độ biến dạng. Ảnh hưởng của ENR, ELO và
thiokol tới mức độ suy giảm tính chất kéo là khác nhau. Thiokol có khả năng làm giảm mạnh hơn độ
bền kéo và mođun kéo của nhựa epoxy tuy nhiên lại cho mức độ tăng độ biến dạng cao hơn khi so sánh
với ảnh hưởng của ENR và ELO.
b. Độ bền uốn
Đồ thị độ bền uốn-biến dạng của nhựa epoxy với hàm lượng ENR, ELO, thiokol khác nhau được
Độ bền uốn (MPa)

thể hiện ở hình 3.7, 3.8, 3.9 dưới đây.

Biến dạng (%)
Hình 3.7: Đồ thị độ bền uốn-biến dạng của nhựa epoxy (1-EP); nhựa epoxy bổ sung: 5 PKL ENR
(2-EP.ENR5); 7 PKL ENR (3-EP.ENR7); 10 PKL ENR (4-EP.ENR10); 13 PKL ENR (5-EP.ENR13);

Độ bền uốn (MPa)

15 PKL ENR (6-EP.ENR15); 20 PKL ENR (7-EP.ENR20)

Biến dạng (%)

Hình 3.8: Độ thị độ bền uốn-biến dạng của nhựa epoxy (1-EP); nhựa epoxy bổ sung: 5 PKL ELO

Độ bền uốn (MPa)

(2- EP.ELO5); 9 PKL ELO (3-EP.ELO9)

Biến dạng (%)
Hình 3.9: Độ thị độ bền uốn-biến dạng của nhựa epoxy (1- EP); nhựa epoxy bổ sung: 3 PKL thiokol
(2- EP.T3); 5 PKL thiokol (3- EP.T5); 7 PKL thiokol (4-EP.T7); 9 PKL thiokol (5-EP.T9)
8


Đồ thị độ bền uốn-biến dạng thể hiện trên các hình 3.7, 3.8, 3.9 cho thấy nhựa epoxy ngun thể
có đường đặc trưng là đường thẳng với độ dốc lớn cho thấy đây là vật liệu giịn với mơđun uốn lớn, vật
liệu bị phá huỷ với mức độ biến dạng thấp. Với mẫu nhựa epoxy có bổ sung 5- 20 PKL ENR, ELO và
3-9 PKL thiokol đồ thị đặc trưng độ bền uốn-biến dạng là đường cong, trước khi bị phá huỷ vật liệu trải
qua quá trình biến dạng lớn.
Độ biến dạng lớn nhất đạt được ở hàm lượng 10 PKL ENR, 9 PKL ELO và 9 PKL Thiokol trong
c. Độ bền va đập IZOD

Độ bền va đập IZOD (kJ/m2)

nền nhựa epoxy. Độ biến dạng có xu hướng giảm dần khi hàm lượng ENR, ELO lớn hơn 10 PKL.

Hàm lượng ENR, ELO, thiokol (PKL)

Hình 3.14: Ảnh hưởng của hàm lượng: ENR (1-EP.ENR); ELO (2-EP.ELO) và thiokol (3-EP.T) tới độ bền
va đập IZOD mẫu khơng khía của nhựa epoxy DER331
Kết quả xác định độ bền va đập IZOD của mẫu nhựa epoxy khơng khía được thể hiện trên hình
3.14 cho thấy độ bền va đập tăng đến giá trị thích hợp 21,7; 20,5; 23,2 kJ/m2 tương ứng việc bổ sung 7
PKL ENR, 9 PKL ELO và 5 PKL thiokol trong nền nhựa epoxy. Điều này tương ứng với việc tăng
80,8%; 70,8%; 93,3% so với mẫu nhựa epoxy nguyên thể cho thấy ảnh hưởng tích cực của việc sử
dụng ENR, Thiokol và ELO.
d. Hệ số ứng suất tập trung tới hạn KIC
Sự thay đổi độ bền dai phá huỷ đặc trưng bởi hệ số tập trung ứng suất K IC theo hàm lượng ENR,
ELO và Thiokol khác nhau được trình bày ở hình 3.15

Hàm lượng ENR, ELO, thiokol (PKL)
Hình 3.15: Ảnh hưởng của hàm lượng: ENR (1-EP.ENR); ELO (2-EP.ELO) và thiokol (3-EP.T) tới hệ
số tập trung ứng suất KIC của nhựa epoxy DER331

9


Việc bổ sung ENR, ELO, Thiokol vào nền nhựa epoxy làm tăng giá trị K IC đến giá trị thích hợp
là 7 PKL ENR, 9 PKL ELO và 5 PKL Thiokol.
Để hiểu rõ hơn cơ chế dai hố hình thành trong nền nhựa epoxy có bổ sung ENR, ELO và
Thiokol đã tiến hành chụp ảnh FESEM bề mặt phá huỷ mẫu đo KIC.

Hình 3.16: Ảnh FESEM bề mặt phá huỷ của nhựa epoxy (EP); nhựa epoxy bổ sung: 7 PKL ENR
(EP.ENR7); 9 PKL ELO (EP.ELO9); 5 PKL thiokol (EP.T5) ở các độ phóng đại khác nhau
Nhựa nền epoxy chưa biến tính hình 3.16 (B) có bề mặt phá huỷ nhẵn, với các vết nứt gẫy vỡ như
gương đặc trưng cho phá huỷ giòn của nhựa nhiệt rắn. Ảnh SEM của mẫu nhựa epoxy biến tính với 7
PKL ENR (Hình 3.16 D), 9 PKL ELO (Hình 3.16 F), 5 PKL Thiokol (Hình 3.16 H) có cấu tạo hai pha
với sự hiện diện của các hạt phân tán trên bề mặt nhựa epoxy, pha thứ cấp tách ra từ nền nhựa epoxy
sau q trình đóng rắn.

3.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng ENR, ELO và Thiokol tới tính chất nhiệt của nhựa nền
a. Phân tích cơ nhiệt động DMTA
Đặc trưng tính chất cơ nhiệt động (tanδ) theo nhiệt độ của nhựa epoxy và nhựa epoxy bổ sung 7
PKL ENR, 9 PKL ELO và 5 PKL Thiokol được trình bày trên hình 3.18 .

Tanδ
Nhiệt độ (0C)
Hình 3.18: Sự phụ thuộc Tanδ vào nhiệt độ của nhựa epoxy (1-EP) và nhựa epoxy bổ sung: 7 PKL
ENR (2-EP.ENR7); 9 PKL ELO (3-EP.ELO9) và 5 PKL Thiokol (4-EP.T5)
Từ đồ thị hình 3.18 nhận thấy nhựa epoxy cho pic xung quanh giá trị 1400C, đây chính là nhiệt
độ hố thuỷ tinh của nhựa epoxy ngun thể. Sự có mặt của 7 PKL ENR làm đỉnh pic chuyển dịch về
vị trí có nhiệt độ thấp hơn, nhiệt độ hố thuỷ tinh của nhựa epoxy biến tính giảm xuống cịn 133 0C.

10


Tương tự sự có mặt của 9 PKL ELO và 5 PKL Thiokol giảm nhiệt độ hóa thủy tinh xuống cịn 137,1;
136,50C.
b. Phân tích nhiệt trọng lượng TGA

Hình 3.21: Giản đồ phân tích nhiệt của nhựa epoxy (EP); nhựa epoxy bổ sung: 7 PKL ENR (EPENR7); 10 PKL ELO (EP-ELO10); 5 PKL Thiokol (EP-T5) đóng rắn bằng DETA
Từ hình 3.21 nhận thấy nhựa epoxy đóng rắn bằng DETA trải qua quá trình phân huỷ một trạng
thái. Các mẫu vật liệu nhựa nền thể hiện trạng thái phân huỷ ngắn ở nhiệt độ xung quanh 200 0C đến
2300C đây là quá trình phân hủy của các phần nhựa epoxy chưa đóng rắn và các tạp chất chứa trong
nhựa epoxy. Qúa trình phân huỷ chính diễn ra trong khoảng 352-3590C do sự phân huỷ nhiệt của mạng
lưới nhựa epoxy. Các mẫu nhựa epoxy biến tính đều có nhiệt độ bắt đầu phân hủy thấp hơn so với nhựa
epoxy khơng biến tính.
3.1.4. Vật liệu compozit epoxy có bổ sung ENR, ELO, thiokol gia cường bằng sợi thuỷ tinh
a. Ảnh hưởng của hàm lượng: ENR, ELO và Thiokol tới tính chất cơ học của vật liệu compozit
epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh

Hình 3.26 trình bày ảnh hưởng của hàm lượng ENR, ELO và Thiokol đến độ bền va đập của vật
liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh. Các kết quả trên hình 3.26 cho thấy vật liệu
compozit có bổ sung chất biến tính đều có độ bền va đập cao hơn so với vật liệu compozit khơng biến
tính. Ở hàm lượng 7 PKL ENR, 9 PKL ELO và 5 PKL Thiokol độ bền va đập đạt giá trị 115,2 kJ/m 2;
11


85,2 kJ/m2; 128,3 kJ/m2 tăng 97%; 46% và 119% so với mẫu compozit nền nhựa epoxy không biến

Độ bền va đập IZOD (kJ/m2)

Độ bền va đập IZOD (kJ/m2)

Độ bền va đập IZOD (kJ/m2)

tính.

Hình 3.26: Ảnh hưởng của hàm lượng ENR, ELO và thiokol tới độ bền va đập IZOD của vật liệu
compozit epoxy gia cường bằng sợi thuỷ tinh

GIP (J/m2)

GIC (J/m2)

b. Năng lượng phá hủy tách lớp GIC, GIP

Hình 3.33: Độ bền dai phá hủy GIC (A); GIP (B) của vật liệu compozit epoxy (PC-EP) và vật liệu compozit epoxy
bổ sung: 5 PKL ENR(PC-EP-ENR5); 7 PKL ENR(PC-EP-ENR7); 10 PKL ENR (PC-EP-ENR10); 13 PKL ENR
(PC-EP-ENR13); 15 PKL ENR (PC-EP-ENR15);

2

GIP (J/m )

GIC (J/m2)

20 PKL ENR (PC-EP-ENR20)

Hình 3.34: Độ bền dai phá hủy GIC (A); GIP (B) của vật liệu compozit epoxy (PC-EP) và vật liệu compozit epoxy
bổ sung: 5 PKL ELO(PC-EP-ELO5); 9 PKL ELO(PC-EP-ELO9); 10 PKL ELO (PC-EP-ELO10); 15 PKL ELO
(PC-EP-ELO15); 20 PKL ELO (PC-EP-ELO20)

12


GIP (J/m2)

GIC (J/m2)

Hình 3.35: Độ bền dai phá hủy GIC (A); GIP (B) của vật liệu compozit epoxy (PC-EP) và vật liệu compozit
epoxy bổ sung: 3 PKL Thiokol (PC-EP-T3); 5 PKL Thiokol (PC-EP-T5); 7 PKL Thiokol (PC-EP-T7); 9 PKL
Thiokol (PC-EP-T9)

Ảnh hưởng của hàm lượng cao su tự nhiên lỏng epoxy hóa-ENR, dầu lanh epoxy hóa-ELO và
Thiokol đến độ bền dai phá hủy tách lớp tại thời điểm xuất hiện vết nứt G IC và trong quá trình vết nứt
phát triển GIP thể hiện trên các hình 3.33; 3.34; 3.35. Các số liệu trên hình 3.33, 3.34, 3.35 cho thấy độ
bền dai phá hủy ở thời điểm xuất hiện vết nứt GIC và độ bền dai phá hủy trong quá trình phát triển vết
nứt GIP tăng với việc tăng hàm lượng ENR, ELO và Thiokol đến giá trị thích hợp là 7 PKL ENR, 9
PKL ELO, 5 PKL Thiokol. Ở các hàm lượng này độ bền dai phá hủy tại thời điểm xuất hiện vết nứt G IC
tăng 26,9%; 17,6%; 30,3%; giá trị độ bền dai phá hủy trong quá trình vết nứt phát triển G IP tăng 26,9%;

18,3%; 32,7% khi tính theo phương pháp MBT.

Hình 3.36: Ảnh SEM bề mặt phá hủy khi tách lớp của vật liệu compozit epoxy (PC-EP) và vật liệu compozit
epoxy bổ sung: 7 PKL ENR (PC-EP.ENR7); 9 PKL ELO (PC-EP.ELO9) và 5 PKL Thiokol (PC-EP.T5)

Ảnh SEM bề mặt phá hủy khi tách lớp của vật liệu compozit được thể hiện trên hình 3.36. Với
mẫu compozit khơng biến tính PC-EP bề mặt phá hủy phẳng nhẵn đặc trưng cho q trình phá hủy giịn
cho thấy mức độ bám dính kém của nhựa với sợi thủy tinh. Vì vậy năng lượng cần thiết để xảy ra quá
13


trình phá hủy của vật liệu là thấp. Ngược lại sự có mặt của ENR, ELO và Thiokol ảnh hưởng mạnh lên
độ bền dai phá hủy giữa các lớp của vật liệu compozit (hình 3.36 mẫu PC-EP.ENR7, PC-EP.ELO9,
PC-EP.T5). Bề mặt phá hủy của mẫu compozit có bổ sung ENR, ELO, Thiokol có đặc trưng thơ ráp, gồ
gề hơn so với mẫu compozit khơng biến tính, đặc biệt vẫn cịn tồn tại nhựa trên bề mặt phá hủy, vì vậy
để quá trình phá hủy xảy ra cần có năng lượng lớn hơn do đó có độ bền dai phá hủy cao hơn.
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của adduct trên cơ sở thiokol và nhựa epoxy DER331 tới
các tính chất cơ lý của nhựa epoxy DER331 và vật liệu compozit epoxy gia cường
bằng sợi thủy tinh
Adduct tạo thành giữa Thiokol và nhựa epoxy được tổng hợp dựa trên phản ứng của nhóm chức
mercaptan (SH) và epoxy với tỉ lệ mol giữa nhóm SH và epoxy thay đổi trong khoảng 0,6-0,8. Phản
ứng tổng hợp trong khối được thực hiện ở nhiệt độ 90-950C trong vịng 4 giờ với sự có mặt của xúc tác
amin bậc ba trietylamin (TEA) (2,5% mol) trong bình cầu 3 cổ có lắp sinh hàn hồi lưu, nhiệt kế và cánh
khuấy cơ học. Sản phẩm adduct tạo thành được phân tích cấu trúc hóa học bằng phổ hồng ngoại và xác
định khối lượng phân tử bằng GPC đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng tới các tính chất cơ học của nhựa
nền epoxy DER331 và vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh.
3.2.1. Xác định các đặc trưng của adduct trên cơ sở Thiokol và nhựa epoxy DER331
a. Phổ hồng ngoại
Hình 3.37 trình bày so sánh phổ hồng ngoại của Thiokol, nhựa epoxy DER331 và adduct
TH.EP0,6 khi xét trong dải bước sóng 4000-2000 cm-1.

Hình 3.37: Phổ hồng ngoại của thiokol (1), nhựa epoxy (2) và adduct (3) trong dải bước sóng 4000-2000
cm-1

14


Hình 3.37 cho thấy sự suy giảm cường độ pic của nhóm SH ở bước sóng 2540 cm-1 đặc trưng cho
Thiokol khi so sánh phổ hồng ngoại của Thiokol và adduct tạo thành và tăng cường độ pic của nhóm
OH ở bước sóng 3430 cm-1 khi so sánh phổ hồng ngoại của nhựa epoxy và adduct tạo thành.
Từ hình 3.38 nhận thấy sự suy giảm cường độ pic tại bước sóng 834 cm-1 (vịng trịn A) và 915
cm-1 (vịng trịn B) đặc trưng cho dao động của nhóm epoxy khi so sánh phổ hồng ngoại của nhựa
epoxy và adduct tạo thành.

Hình 3.38: : Phổ hồng ngoại của thiokol (1), nhựa epoxy (2) và adduct (3) trong dải bước sóng 1000-400
cm1

Hàm lượng nhóm epoxy của adduct được xác định theo phương pháp phân tích sử dụng
Hg(NO3)2. Kết quả xác định được chỉ ra trên bảng 3.6.
Bảng 3.6: Hàm lượng nhóm epoxy của adduct tổng hợp theo tỉ lệ mol nhóm chức mercaptan/epoxy
(TH/EP) khác nhau
Tỉ lệ mol TH/EP

Hàm lượng nhóm epoxy (%)

0,6

14,26

0,7

11,01

0,8

7,94

15


b. Xác định khối lượng phân tử
Kết quả khối lượng phân tử trung bình khối Mw và chỉ số đa phân tán PDI của thiokol và adduct
được trình bày ở bảng 3.7.
Bảng 3.7 : Khối lượng trung bình khối Mn, Mw và chỉ số phân tán PDI của adduct
Tên mẫu

Mw (g/mol)

Mn(g/mol)

PDI (MW/Mn)

Adduct

73720

35065

2,1

Thiokol

9550

2653

3,6

DER331

711

438

1,62

3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng adduct tới tính chất cơ học của nhựa epoxy DER331

Biến dạng (%)

Mô đun kéo (GPa)

Độ bền kéo (MPa)

Ảnh hưởng của hàm lượng adduct TH.EP0,6 lên độ bền kéo; độ bền uốn, độ bền va đập IZOD, hệ
số ứng suất tập trung KIC được thể hiện trên hình 3.40; 3.41.

Độ bền va đập IZOD, kJ/m )

1/2

KIC (MPa.m )

2

Mơ đun uốn (GPa)

Độ bền uốn (MPa)

Hình 3.40: So sánh A-Đồ thị độ bền kéo-biến dạng; B-độ bền kéo ; C-mô đun kéo và D-biến dạng kéo của nhựa
epoxy (1-EP); nhựa epoxy biến tính với: 5 PKL adduct TH.EP0,6 (2-5TH.EP0,6); 10 PKL adduct TH.EP0,6 ( 310TH.EP0,6); 15 PKL adduct TH.EP0,6 (4-15TH.EP0,6); 20 PKL adduct TH.EP0,6 (5-20TH.EP0,6)

Hình 3.41: So sánh A-độ bền uốn, B-mô đun uốn, C-độ bền va đập IZOD khơng khía và D-hệ số ứng suất tập
trung tới hạn KIC của nhựa epoxy (EP) và nhựa epoxy biến tính với: 5 PKL adduct TH.EP0,6 (5TH.EP0,6); 10
PKL adduct TH.EP0,6 (10TH.EP0,6);15 PKL adduct TH.EP0,6 (15TH.EP0,6); 20 PKL adduct TH.EP0,6
(20TH.EP0,6)

16


Việc sử dụng adduct TH.EP0,6 phân tán trong nền nhựa epoxy giúp cải thiện độ bền kéo và phần
trăm dãn dài khi đứt nhưng làm giảm mơ đun kéo (Hình 3.40). Độ bền kéo và phần trăm giãn dài khi
đứt của mẫu 10 TH.EP0,6 tăng 30,58% và 125% khi so sánh với nhựa epoxy nguyên chất. Kết quả hình
3.41 A, B cho thấy độ bền uốn và mô đun uốn có xu hướng giảm khi tăng hàm lượng adduct TH.EP0,6.
Trong khi đó độ bền va đập IZOD và hệ số tập trung ứng suất KIC có xu hướng tăng dần đến giá trị
thích hợp tại hàm lượng 10 PKL TH.EP0,6 với mức tăng tương ứng 141,97% và 47,69%.
3.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol mecaptan/Epoxy tổng hợp adduct khác nhau tới các tính chất
cơ học của nhựa epoxy DER331
Đã tiến hành tổng hợp adduct từ các tỉ lệ mol nhóm chức mercaptan/epoxy khác nhau: 0,6; 0,7;
0,8 và nghiên cứu ảnh hưởng tới các tính chất của nhựa epoxy DER331 với hàm lượng sử dụng là 10

PKL.
Ảnh hưởng của tỉ lệ mol TH/EP tổng hợp adduct khác nhau tới tính chất kéo của nhựa epoxy
DER331 được thể hiện trên hình 3.43.

Hình 3.43: Ảnh hưởng của tỉ lệ mol TH/EP tổng hợp adduct đến A-đồ thị độ bền kéo-biến dạng; B-độ bền
kéo; C-mô đun kéo; D-độ biến dạng kéo của nhựa epoxy DER331

Hình 3.45: Ảnh hưởng của tỉ lệ mol TH/EP tổng hợp adduct đến A- độ bền va đập IZOD; B-hệ số ứng suất
tập trung KIC của nhựa epoxy DER331

17


Ảnh hưởng của tỉ lệ mol TH/EP tổng hợp adduct khác nhau tới tính chất kéo được thể hiện trên
hình 3.43. Từ hình 3.43 nhận thấy khi tăng tỉ lệ mol TH/EP thì độ bền kéo và mơ đun kéo giảm xuống
đồng thời độ biến dạng tăng lên. Việc tăng độ biến dạng và giảm độ bền kéo khi tăng tỉ lệ mol TH/EP
liên quan trực tiếp tới cấu trúc và mật độ khâu mạng của nhựa epoxy biến tính sau khi đóng rắn. Việc
tăng tỉ lệ mol TH/EP làm tăng chiều dài mạch phân tử nhưng làm giảm hàm lượng nhóm epoxy của
adduct do đó làm giảm mật độ khâu mạng của nhựa epoxy khi adduct đóng vai trị là chất biến tính cho
nhựa epoxy DER331, làm cho các phân tử dễ dàng trượt lên nhau khi chịu tác dụng lực kéo căng dẫn
đến làm tăng độ biến dạng và làm giảm độ bền kéo cũng như môđun kéo của nhựa epoxy.
Hình 3.45 trình bày ảnh hưởng của tỉ lệ mol TH/EP tới độ bền va đập IZOD và hệ số ứng suất tập
trung tới hạn KIC. Mẫu TH.EP0,7 có độ bền va đập IZOD và hệ số ứng suất tập trung tới hạn KIC đạt
giá trị cực đại tăng 66% và 15% so với mẫu nhựa epoxy chứa 10 PKL adduct TH.EP0,6..
3.2.4. Ảnh hưởng của adduct tới tính chất cơ học của vật liệu compozit epoxy gia cường
bằng sợi thủy tinh
Nhựa epoxy biến tính với 10 PKL adduct TH.EP0,7 được sử dụng làm nhựa nền cho vật liệu
compozit gia cường bằng sợi thủy tinh chế tạo theo phương pháp lăn ép bằng tay với tỉ lệ
nhựa/vải=45/55. Kết quả xác định độ bền kéo; độ bền uốn; độ bền va đập IZOD của vật liệu compozit
được trình bày trên bảng 3.9

Bảng 3.9: Tính chất cơ học của vật liệu compozit epoxy (PC-EP) và vật liệu compozit epoxy biến tính bằng 10
PKL adduct TH.EP0,7 (PC-EP-TH.EP0,7)

Tên mẫu

PC-EP

PC-EP-TH.EP0,7

Độ bền kéo (MPa)

187,94

188,3

Mô đun kéo (GPa)

6,792

6,738

Độ bền uốn ( MPa)

323,4

314,9

Mô đun uốn (GPa)

12,34

12,21

Độ bền va đập IZOD (kJ/m2)

58,36

150,7

Bảng 3.9 cho thấy sự có mặt của 10 PKL adduct TH.EP0,7 không làm thay đổi đáng kể độ bền
kéo, mô đun kéo, độ bền uốn, mô đun uốn khi so sánh với vật liệu compozit epoxy khơng biến tính mặc
dù xu hướng giảm được chỉ ra. Tuy nhiên sự có mặt của 10 PKL adduct TH.EP0,7 làm tăng độ bền va
đập tới 158% từ 58,36 kJ/m2 lên 150,7 kJ/m2.

18


3.3. Ảnh hưởng của các loại chất biến tính nhựa epoxy: ENR, ELO, Thiokol và adduct
tới tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
3.3.1. Ảnh hưởng của chiều dầy tới tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cường
bằng sợi thủy tinh

105

Cuong do truyen qua T (%)

100
95
90

1
2

85
80
75

3
1-T%-0,49 mm
2-T%-1,01 mm
3-T%-2,52 mm
4-T%-3,4 mm

4

70
4

5

6
f (GHz)

7

8

Hình 3.50: Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ truyền qua T% vào tần số của vật liệu compozit epoxy với

độ dầy khác nhau: 0,49 mm (1); 1,01 mm (2); 2,52 mm (3); 3,4 mm (4)

Hình 3.50 cho thấy đường đặc trưng cho cường độ truyền qua (T%) của mẫu vật liệu compozit
epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy khác nhau có biểu hiện tăng giảm giống nhau trong
dải tần số 4-8 GHz. Cường độ truyền qua (T%) giảm dần khi tăng chiều dầy tấm compozit.
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất biến tính tới các tính chất điện từ của vật liệu
compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
94
1

Cuong do truyen qua T (%)

92
2

90

3

88

4

86

1-PC-ELO5
2-PC-ELO10
3-PC-ELO15
4-PC-ELO20

84
4

5

6
Tan so f (GHz)

7

8

Hình 3.52: Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ truyền qua T% vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung:
5 PKL ELO (1); 10 PKL ELO (2); 15 PKL ELO (3); 20 PKL ELO (4)

19


Cuong do truyen qua T (%)

91

1

90

2

89

3
88

87

4

1-PC-ENR5
2-PC-ENR10
3-PC-ENR15
4-PC-ENR20

86
4

5

6
Tan so f (GHz)

7

8

Hình 3.54: Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ truyền qua T% vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 5
PKL ENR (1); 10 PKL ENR (2); 15 PKL ENR (3); 20 PKL ENR (4)

Cuong do truyen qua T (%)

100

95

1-PC-T3
2-PC-T5
3-PC-T7
4-PC-T9

90
1
85

80

2
3
4
4

5

6

7

8

Tan so f (GHz)

Hình 3.56: Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ truyền qua T% vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 3
PKL Thiokol (1); 5 PKL Thiokol (2); 7 PKL Thiokol (3); 9 PKL Thiokol (4)

Kết quả ảnh hưởng của hàm lượng ENR, ELO, Thiokol khác nhau tới cường độ truyền qua T%
thể hiện các hình 3.53; 3.54; 3.56 cho thấy đường đặc trưng cường độ truyền qua T% phụ thuộc vào tần
số và vật liệu biến tính. Vật liệu compozit biến tính với cùng một loại chất biến tính ở các hàm lượng
biến tính khác nhau cho đường đặc trưng tương tự nhau trong dải tần số 4-8 GHz. Với cùng chất biến
tính khi hàm lượng chất biến tính tăng lên cường độ truyền qua T% giảm dần.
Ảnh hưởng của hàm lượng chất biến tính ENR, ELO và Thiokol tới hằng số điện mơi ε và tổn
hao điện môi tanδ xác định bằng phương pháp điện dung được thể hiện trên bảng 3.14, 3.15, 3.16.
Bảng 3.14: Ảnh hưởng của hàm lượng ENR tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ của vật liệu
compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh

Tên mẫu

PC-EP

PC-ENR5

PC-ENR10

PC-ENR15

PC-ENR20

Chiều dày mẫu, mm

0,96

0,97

1

0,98

0,96

Hằng số điện môi, ε

2,23

2,31

2,37

2,42

2,60

tanδ

0,018

0,023

0,025

0,031

0,035

20

Bảng 3.15: Ảnh hưởng của hàm lượng ELO tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ của vật liệu
compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh

Tên mẫu

PC-EP

PC-ELO5

PC-ELO10

PC-ELO15

PC-ELO20

Chiều dày mẫu, mm

0,96

0,98

1

0,97

0,96

Hằng số điện môi, ε

2,23

2,28

2,33

2,39

2,54

tanδ

0,018

0,02

0,022

0,027

0,03

Bảng 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng Thiokol tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ của vật liệu
compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh

Tên mẫu

PC-EP

PC-T3

PC-T5

PC-T7

PC-T9

Chiều dày mẫu, mm

0,98

1

0,98

0,97

0,98

Hằng số điện môi, ε

2,23

2,25

2,29

2,41

2,6

tanδ

0,018

0,021

0,025

0,029

0,031

Kết quả trên bảng 3.14; 3.15; 3.16 cho thấy rằng khi tăng hàm lượng ENR, ELO và Thiokol
trong nền nhựa epoxy hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi Tanδ của vật liệu compozit epoxy gia
cường bằng sợi thủy tinh tăng dần.
Kết quả xác định phần thực (ε) của hằng số điện môi trong dải 4-8 GHz của mẫu vật liệu
compozit epoxy không biến tính và compozit epoxy bổ sung 7 PKL ENR; 9 PKL ELO và 5 PKL
Thiokol được trình bày trên hình 3.57. Gía trị trung bình của hằng số điện mơi (ε) và hệ số tổn hao (ε’’)
trong dải tần 4-8 GHz được thể hiện trên bảng 3.17

Hình 3.57: Sự phụ thuộc của hệ số tổn hao ε’’ vào tần số của vật liệu compozit epoxy (đường màu tím); vật
liệu compozit epoxy bổ sung: 5 PKL Thiokol (đường màu đỏ); 9 PKL ELO (đường màu xanh) và 7 PKL ENR
(đường màu đen).

21


Bảng 3.17: Tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy (PC-EP) và vật liệu compozit epoxy bổ sung: 7 PKL
ENR (PC-EP.ENR7); 9 PKL ELO (PC-EP.ELO9); 5 PKL Thiokol (PC-EP.T5)

Vật liệu
PC-EP
PC-EP.ENR7
PC-EP.ELO9
PC-EP.T5

Tính chất điện từ
ε
ε”
3,178
0,0240
3,791
0,0243
3,625
0,0235
3,457
0,0239

Gía trị trung bình hằng số điện môi (ε) của vật liệu compozit epoxy và vật liệu compozit epoxy
bổ sung 5 PKL Thiokol; 7 PKL ENR; 9 PKL ELO tương ứng là 3,178; 3,457; 3,791 và 3,625. Hằng số
điện môi ( ε) của vật liệu compozit epoxy bổ sung chất biến tính có xu hướng tăng nhẹ. Giá trị nhỏ của
hằng số điện môi ε cho thấy năng lượng từ trường ngoài dự trữ trong vật liệu thấp; điều này cũng cùng
nhận định về hệ số tổn hao. Hệ số tổn hao ε” của vật liệu compozit epoxy và vật liệu compozit epoxy
bổ sung 5 PKL Thiokol; 7 PKL ENR; 9 PKL ELO lần lượt là 0,024; 0,0239; 0,0243; 0,0235 cho thấy
từ trường ngồi ít mất mát khi đi qua vật liệu. Như vậy ENR, ELO và Thiokol khơng ảnh hưởng lớn tới
tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh.
Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng adduct TH.EP0,7 lên tính chất điện từ của vật liệu compozit.
Kết quả được thể hiện bảng 3.18
Bảng 3.18: Tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy (PC-EP) và vật liệu compozit epoxy bổ sung 10

PKL adduct TH.EP0,7 (PC-EP-TH.EP0,7)

Tên mẫu

PC-EP

PC-EP-TH.EP0,7

Cường độ truyền qua T(%)-PC có độ dày

94,76

91,07

Hằng số điện mơi, ε

2,23

2,39

Tổn hao điện mơi, tanδ

0,022

0,025

~0.5 mm (4-8 GHz)

Vật liệu compozit biến tính 10 PKL adduct TH.EP0,7 (PC-EP-TH.EP0,7) có cường độ truyền
qua đạt 91,07% giảm 4,18% so với vật liệu compozit epoxy khơng biến tính. Vật liệu PC-EP-TH.EP0,7

có hằng số điện mơi là 2,39,và hệ số mất mát là 0,025 cho thấy năng lượng từ trường ngoài dữ trữ trong
vật liệu và mất mát khi đi qua vật liệu thấp.

22


KẾT LUẬN
1.

ENR, ELO và thiokol làm giảm độ bền kéo; mô đun kéo tuy nhiên làm tăng biến dạng kéo của
nhựa epoxy DER331 đóng rắn bằng DETA với mức tăng 69,06-118,4 % khi so với nhựa epoxy
khơng biến tính.

2.

Sự có mặt của ENR, ELO, thiokol làm giảm nhiệt độ bắt đầu phân hủy IDT, nhiệt độ có tốc độ
phân hủy cực đại Tmax, nhiệt độ thủy tinh hóa Tg nhưng làm tăng khối lượng đoạn mạch giữa các
nút mạng của nhựa epoxy DER331 đóng rắn bằng DETA.

3.

Hàm lượng thích hợp của ENR, ELO, thiokol để nhận được tính chất cơ học tốt nhất của nhựa
epoxy và vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh đóng rắn bằng DETA tương ứng
là 7 PKL, 9 PKL và 5 PKL. Vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh có bổ sung 7
PKL ENR, 9 PKL ELO, 5 PKL thiokol đóng rắn bằng DETA có:
 Độ bền va đập IZOD tăng tương ứng 97%, 46% và 119% đạt các giá trị 115,2 kJ/m2; 85,2
kJ/m2; 128,3 kJ/m2 khi so sánh với mẫu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh không
biến tính.
 Độ bền dai phá hủy tại thời điểm xuất hiện vết nứt GIC và trong quá trình vết nứt phát triển GIP
tính theo phương pháp MBT tăng 26,9%; 17,6%; 30,3% và 26,9%; 18,3%; 32,7% khi so sánh

với mẫu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh khơng biến tính.

4.

Đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp adduct từ thiokol và epoxy với các tỉ lệ mol nhóm chức
mercaptan/epoxy (TH/EP) khác nhau với lượng dư nhóm epoxy. Kết quả cho thấy:
 Tỉ lệ mol giữa nhóm mercaptan và nhóm epoxy thích hợp nhất tổng hợp adduct là
TH/EP=0,7/1,0.
 Độ bền va đập IZOD của vật liệu compozit epoxy biến tính bằng 10 PKL adduct TH.EP0,7
gia cường bằng sợi thủy tinh tăng tới 158% đạt giá trị 150,7 kJ/m2.

5.

Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau tới tính chất điện từ của vật liệu
compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh. Kết quả cho thấy:
 Đường đặc trưng hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy
tinh có các độ dầy khác nhau: 0,49; 1,01; 2,52; 3,4 mm thay đổi không đáng kể khi so sánh với
hệ số truyền qua S21 của khơng khí.
 Khi tăng độ dầy tấm compozit cường độ truyền qua T% có xu hướng giảm dần.
 Khi tăng hàm lượng chất biến tính cường độ truyền qua T% có xu hướng giảm, trong khi đó
hằng số điện mơi ε, tổn hao điện môi tanδ tăng lên. Tuy nhiên các vật liệu compozit đều cho

23