Nghiên cứu tính chất hóa lý và hình thái cấu trúc của vật liệu tổ hợp LDPE-EVA-tro bay biến tính hữu cơ.

VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI





VŨ MINH TRỌNG



NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HÓA LÝ VÀ HÌNH THÁI
CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP PE/EVA/TRO BAY
BIẾN TÍNH HỮU CƠ


Chuyên ngành : Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số : 62440119



TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

Người hướng dẫn: GS.TS Thái Hoàng




Hà Nội, 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ
CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI:
Phòng Hóa lý vật liệu phi kim loại, Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:
GS. TS. THÁI HOÀNG



Phản biện 1: GS.TS. Nguyễn Việt Bắc
Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự.

Phản biện 2: GS.TS. Đinh Thị Ngọ
Đại học Bách khoa Hà Nội.

Phản biện 3: PGS.TS. Ngô Trịnh Tùng
Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.


Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án cấp Viện, tại Viện Kỹ thuật
nhiệt đới, vào hồi 9 giờ 00 ngày 29 tháng 07 năm 2015.


Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Viện Kỹ thuật nhiệt đới
- Trang web của Viện Kỹ thuật nhiệt đới:


- 1 -
A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN

1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của đề tài
Tro bay (fly ash-FA) là khói bụi của các nhà máy nhiệt điện, một loại phế thải
đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường trầm trọng. Hàng năm, các nhà máy nhiệt
điện đã thải ra một lượng lớn tro bay làm ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ của con người.
Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu, ứng dụng thành công tro bay vào
các lĩnh vực khác nhau để tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào này. Ở nước ta, việc
sử dụng tro bay mới bắt đầu trong quá trình sản xuất chất kết dính và bê tông xây
dựng với khối lượng hạn chế. Nghiên cứu ứng dụng tro bay trong sản xuất vật liệu tổ
hợp trên nền polyme còn khá mới mẻ. Do sự khác nhau về cấu trúc, bản chất hoá học,
tro bay và polyme khó trộn lẫn, tương hợp với nhau dẫn đến sự tách pha. Vì vậy, để
tăng cường khả năng tương tác, bám dính và trộn lẫn tro bay với polyme, cần phải
biến tính tro bay bằng các hợp chất thích hợp như các hợp chất silan hữu cơ, các axit
hữu cơ. Một số công trình đã nghiên cứu biến tính tro bay bằng hợp chất silan hữu cơ
và sử dụng tro bay biến tính để chế tạo vật liệu tổ hợp ở trạng thái nóng chảy như
polypropylen (PP)/tro bay, polyetylen tỷ trọng cao (HDPE)/tro bay, polyetylen
(PE)/tro bay, copolyme etylen vinyl axetat (EVA)/tro bay Tuy nhiên, các công
trình nêu trên mới chỉ nghiên cứu chế tạo, xác định các đặc trưng, tính chất của vật
liệu tổ hợp trên cơ sở 1 polyme mà chưa đề cập đến vật liệu có 2 polyme khác nhau
và tro bay biến tính. Các nghiên cứu đưa tro bay vào hỗn hợp polyme có độ phân cực
khác nhau vẫn chưa được công bố. Đề tài luận án này sử dụng copolyme etylen vinyl
axetat (EVA) phối trộn với polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) nhằm kết hợp các tính
chất tốt của EVA và LDPE. Với những lý do trên, nghiên cứu sinh tiến hành đề tài:
“Nghiên cứu tính chất hóa lý và hình thái cấu trúc của vật liệu tổ hợp
PE/EVA/tro bay biến tính hữu cơ” với mục đích tạo ra vật liệu tổ hợp có tính chất
cơ học cao, bền nhiệt, bền thời tiết, khả năng chống cháy cao, cách điện tốt. Từ đó, có
thể ứng dụng vật liệu này trong sản xuất các sản phẩm kỹ thuật và dân dụng như vỏ
bọc dây điện, cáp điện lực, cáp thông tin và một số sản phẩm kỹ thuật khác.

2. Nội dung và mục đích nghiên cứu của luận án
- Biến tính tro bay bằng các các hợp chất silan, lựa chọn một loại hợp chất silan biến

tính tro bay có hiệu quả nhất.
- Khảo sát điều kiện chế tạo, tỉ lệ thành phần giữa tro bay và hợp chất silan, tỉ lệ khối
lượng LDPE/EVA, từ đó xác định điều kiện và thành phần thích hợp để chế tạo vật
liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay chưa biến tính và biến tính.
- Nghiên cứu hình thái cấu trúc, tính chất cơ học, tính chất điện, độ bền oxi hóa nhiệt,
độ bền bức xạ tử ngoại – nhiệt ẩm và khả năng chống cháy của vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA/tro bay biến tính và chưa biến tính.

- 2 -
- Lựa chọn được vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay biến tính có thể định hướng ứng
dụng chế tạo vỏ dây cáp điện lực, cáp thông tin.

3. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và những đóng góp mới của luận án
- Đã biến tính thành công tro bay bằng 3 hợp chất silan là Vinyltrimetoxysilan
(VTMS), 3-Glyxidoxypropyltrimetoxysilan (GPTMS), Vinyltrietoxysilan (VTES).
Trong số 3 hợp chất silan, đã lựa chọn được silan có hiệu suất ghép lớn nhất là
VTMS. Biến tính tro bay đã làm giảm kích thước, giảm độ trơn trượt và độ phân cực
của hạt, làm tăng khả năng phân tán và bám dính của tro bay trong nền polyme.
- Tro bay biến tính VTMS (MFA) tương tác với EVA trong polyme blend
LDPE/EVA bằng các tương tác lưỡng cực và liên kết hydro là nguyên nhân tạo cho
vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA có tính chất lưu biến, độ bền oxy hóa nhiệt, độ bền
bức xạ tử ngoại - nhiệt ẩm, khả năng chống cháy lớn hơn so với polyme blend
LDPE/EVA và vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay chưa biến tính (FA) (trừ khả năng
chống cháy).
- Vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA có thể định hướng ứng dụng làm vật liệu cách
điện (vỏ bọc dây cáp điện lực, cáp thông tin).
4. Cấu trúc của luận án
Luận án bao gồm 140 trang. Phần mở đầu: 3 trang; Chương 1. Tổng quan: 42
trang; Chương 2. Thực nghiệm: 11 trang; Chương 3. Kết quả và thảo luận: 60 trang,
trong đó có 14 bảng, 33 hình; Phần kết luận: 1 trang; Những đóng góp mới của luận

án: 1 trang; Danh mục các công trình công bố của tác giả: 1 trang, với 4 công trình
trong nước và 1 công trình quốc tế (SCI) được công bố; Tài liệu tham khảo: 13 trang
với 117 tài liệu; Phụ lục: 8 trang với hình, ảnh quét kết quả thực nghiệm.

B. PHẦN NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 1 trình bày tổng quan những vấn đề sau:
1. Tro bay: Thành phần, đặc điểm, hình thái cấu trúc, tình hình sản xuất, tiêu thụ tro
bay trên thế giới và Việt Nam, ứng dụng và biến tính tro bay.
2. EVA và PE: Cấu tạo, hình thái cấu trúc, tính chất, ứng dụng của EVA và PE, tình
hình sản xuất, tiêu thụ EVA, PE trên thế giới và Việt Nam.
3. Vật liệu tổ hợp trên cơ sở PE và EVA: Giới thiệu về vật liệu polyme blend
LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp trên cơ sở polyme blend LDPE/EVA/phụ gia vô cơ, vật
liệu tổ hợp trên cơ sở các polyme EVA, PE và tro bay.
Từ nghiên cứu tổng quan có thể thấy, việc lựa chọn điều kiện công nghệ, lựa
chọn chất biến tính và hàm lượng thích hợp để biến tính tro bay vẫn chưa được
nghiên cứu đầy đủ. Đặc biệt, các kết quả nghiên cứu đưa tro bay biến tính vào hỗn
hợp polyme có độ phân cực khác nhau như vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay đến
nay vẫn chưa được công bố. Vì vậy, luận án này tập trung nghiên cứu các vấn đề còn
tồn tại nêu trên.

- 3 -
1. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1. Nguyên liệu và hoá chất
- Tro bay silo (FA) của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại có hàm lượng SiO
2
+ Fe
2
O

3
+
Al
2
O
3
≥ 86 %, độ ẩm 0,3 %, kích thước hạt chủ yếu nằm trong khoảng 1-5 μm.
- Copolyme etylen-vinyl axetat (EVA) có hàm lượng vinyl axetat 10 %, tỷ trọng d =
0,93 g/cm
3
, nhiệt độ nóng chảy 89 ÷ 92
o
C, chỉ số chảy (MFI) 1,3 g/10 phút
(190
o
C/2,16 kg), sản phẩm thương mại của Công ty Hanwha Hàn Quốc.
- Polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE), tỷ trọng d = 0,923, nhiệt độ nóng chảy 105 ÷ 107
°C, chỉ số chảy (MFI) 2,5g/10 phút (190
o
C/2,16kg), sản phẩm thương mại của
Malaysia.
- Vinyltrimetoxysilan (VTMS), sản phẩm thương mại của hãng Merck (Đức), độ tinh
khiết 99,9%, tỷ trọng d = 0,97, nhiệt độ sôi 123 °C, có công thức hóa học là:
CH
2
=CHSi(OCH
3
)
3

- 3-Glyxidoxypropyltrimetoxysilan (GPTMS), sản phẩm thương mại của công ty
Aldrich (Mỹ), tỷ trọng d = 1,07, nhiệt độ sôi 120 °C, có công thức hóa học:
CH
2
(O)CHCH
2
O(CH
2
)
3
Si(OCH
3
)
3
.
- Vinyltrietoxysilan (VTES), sản phẩm thương mại của hãng Merck (Đức), độ tinh
khiết 99,9%, tỷ trọng d = 0,903, nhiệt độ sôi 160-161 °C, có công thức hóa học:
CH
2
=CHSi(OC
2
H
5
)
3
.
Axit nitric (HNO
3
) 65%, axit axetic (CH
3

COOH), etanol (C
2
H
5
OH) 96
o
: sản
phẩm thương mại của Trung Quốc.

2.2. Chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay
2.2.1. Biến tính tro bay
Tro bay chưa xử lý sau khi sấy ở 100 ºC trong 3 giờ, được oxy hoá bằng axit
HNO
3
trong 3 giờ để loại bỏ các tạp chất. Lọc rửa tro bay thu được bằng nước cất trên
phễu Bucne sau đó đem sấy ở 100 ºC trong 4 giờ thu được tro bay sạch.
Chuẩn bị hỗn hợp gồm 300 ml dung dịch etanol 96
o
và từng hợp chất silan như
VTMS, VTES, GPTMS với hàm lượng silan thay đổi từ 1% đến 4%. Hỗn hợp etanol
và từng hợp chất silan được khuấy đều trên máy khuấy từ trong 30 phút, nhiệt độ 60
ºC. Đưa 100 gam tro bay sạch vào hỗn hợp silan và etanol, khuấy đều trong 2 giờ,
nhiệt độ 60 ºC. Sau đó đem lọc, rửa hỗn hợp chứa tro bay sạch đã biến tính hợp chất
silan bằng cồn tuyệt đối trên phễu Bucne. Sấy sơ bộ tro bay đã biến tính hợp chất
silan ở 60 ºC trong 4 giờ và tiếp tục sấy trong tủ sấy chân không ở 100 ºC trong 2 giờ.




- 4 -

2.2.2. Chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay
Chuẩn bị LDPE, EVA với các tỉ lệ phần trăm về khối lượng của LDPE/EVA là
0/100, 10/90, 20/80, 40/60, 60/40, 80/20, 100/0, sau đó, đưa tro bay chưa biến tính và
biến tính hợp chất silan vào hỗn hợp (LDPE/EVA) theo tỷ lệ xác định (hàm lượng tro
bay thay đổi lần lượt là 0, 5, 10, 15 và 20 % so với tổng khối lượng của LDPE/EVA).
Đưa hỗn hợp LDPE/EVA và tro bay vào máy trộn nội HAAKE (CHLB Đức) đã được
gia nhiệt trước đến nhiệt độ và tốc độ trộn thích hợp. Sau một thời gian trộn hỗn hợp
polyme nóng chảy, khi momen xoắn đạt đến ổn định và vật liệu trở nên đồng nhất thì
dừng trộn. Vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay ở trạng thái nóng chảy được lấy ra,
nhanh chóng ép phẳng trên máy ép thuỷ lực TOYOSEIKI (Nhật Bản) ở 180 ºC trong
2 phút với lực ép 12-15 MPa. Mẫu ép được lấy ra, để nguội trong điều kiện chuẩn ít
nhất 120 giờ trước khi xác định các tính chất và cấu trúc. Quá trình chế tạo vật liệu tổ
hợp LDPE/EVA/tro bay được tiến hành tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

2.3. Phương pháp và thiết bị nghiên cứu
Các phương pháp và thiết bị nghiên cứu bao gồm: Phổ huỳnh quang tia X (Spectro
IQ, Đức); hiển vi điện tử quét (FE-SEM Hitachi S-4800, Nhật Bản); Phổ hồng ngoại
(Fourier Nexus 670, Mỹ); Xác định khả năng chảy nhớt (Polylab System Haake,
Đức); Xác định tính chất cơ học theo tiêu chuẩn ASTM DIN 53503 (Zwick Z2.5,
Đức); Xác định tính chất lưu biến (Rheometer C-VOR 150 Anh); Phân tích nhiệt khối
lượng (TGA) (Shimadzu TGA-60H, Nhật Bản); Xác định độ bền bức xạ tử ngoại
nhiệt ẩm theo tiêu chuẩn ASTM D4587-95 (UVCON NC-327-2 Mỹ); Xác định tính
chất điện theo tiêu chuẩn ASTM- D149, D150, D257; Xác định khả năng chống cháy
tiêu chuẩn UL-94 HB.

2. CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Xác định thành phần hoá học của tro bay
Tro bay của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại được phân làm ba loại: đầu lò, trung lò

và silo. Thành phần hóa học của tro bay được nghiên cứu bằng phương pháp phổ
huỳnh quang tia X. Kết quả xác định thành phần hoá học 3 mẫu tro bay của Nhà máy
nhiệt điện Phả Lại, Hải Dương trình bày trên bảng 3.1.





- 5 -
Bảng 3.1. Thành phần hoá học (% khối lượng) của tro bay Phả Lại

Oxit
DL1 (%)
(Đầu lò)
DL2 (%)
(Trung lò)
DL3 (%)
(Silo)
SiO
2
56,650 55,940 55,540
Al
2
O
3
26,970 27,890 28,840
Fe
2
O
3

7,485 7,305 6,862
K
2
O 5,190 5,147 5,034
MgO 0,835 0,878 0,931
TiO
2
0,914 0,925 0,904
CaO 0,873 0,855 0,845
Na
2
O 0,259 0,280 0,303
P
2
O
5
0,187 0,192 0,228
SO
3
0,282 0,234 0,133
BaO 0,124 0,112 0,120
MnO 0,062 0,060 0,058
Rb
2
O 0,040 0,039 0,037
ZnO 0,022 0,026 0,030
ZrO
2
0,031 0,031 0,029
Cr

2
O
3
0,030 0,031 0,027
SrO 0,017 0,016 0,017
CuO 0,016 0,018 0,016
NiO 0,013 0,014 0,014
Ga
2
O
3
0,006
V
2
O
5
0,029

3.2. Biến tính tro bay bằng các hợp chất silan
3.2.1. Phổ hồng ngoại của tro bay trước và sau khi biến tính hợp chất silan
Phân tích phổ hồng ngoại (IR) của tro bay (FA) có thể thấy các pic đặc trưng
cho các nhóm liên kết: nhóm OH, nhóm Si-O-Si, Al-O-Al. Trên phổ hồng ngoại của
tro bay biến tính bằng 3 hợp chất silan MFA, EFA và GFA đều xuất hiện các pic đặc
trưng cho liên kết C-H (nhóm CH, CH
2
, CH
3
) trong hợp chất silan. Điều đó chứng tỏ
hợp chất silan đã được gắn lên bề mặt tro bay trong quá trình biến tính. Mặt khác, các
pic đặc trưng cho liên kết Si-O của tro bay biến tính silan có sự dịch chuyển so với

các pic đặc trưng cho liên kết Si-O trong tro bay ban đầu. Điều này phản ánh sự
tương tác giữa hợp chất silan với bề mặt tro bay.
Trong quá trình biến tính tro bay đã xảy ra phản ứng hóa học giữa hợp chất
silan với bề mặt tro bay, có thể giả thiết 2 cơ chế phản ứng sau:
+ Cơ chế thứ nhất xảy ra theo 4 giai đoạn:
- Giai đoạn 1, thủy phân hợp chất silan tạo thành các silanol:

- 6 -
Si
OCH
3
OCH
3
OCH
3
3 H-OH
RSi
HO
HO
HO
3 CH
3
OH
R

- Giai đoạn 2, ngưng tụ silanol thành oligome:


R
HO-Si - OH

OH
(n+2)
t
o
HO- Si O - Si O - Si - OH
OH
OH
OH
n
- (n + 1) H
2
O
R R
R

- Giai đoạn 3, hình thành liên kết hiđro giữa các oligome và nhóm OH trên bề mặt tro
bay:

HO- Si O - Si O - Si - OH
O
n
H
H
O
O
O
H
H
O
H

H
O
R
R
R

- Giai đoạn 4, hình thành các liên cộng hóa trị bền vững giữa tro bay với hợp chất
silan:



+ Cơ chế thứ hai gồm 2 giai đoạn:
HO- Si O - Si O - Si - OH
O
n
O
O
(n+2) H
2
O
R
R
R
+

- 7 -
Giai đoạn 1, thủy phân hợp chất silan tạo thành các silanol.
Giai đoạn 2, nhóm silanol phản ứng trực tiếp với nhóm OH trên bề mặt tro bay.
Như vậy, sau khi biến tính tro bay, silan hữu cơ đã được ghép trên bề mặt tro
bay bằng liên kết cộng hóa trị bền vững.

3.2.2. Tính chất nhiệt của tro bay trước và sau khi biến tính hợp chất silan
Từ giản đồ TGA trên hình 3.7 ta thấy tro bay mất khối lượng theo 3 giai đoạn.
Giai đoạn đầu, từ 25
o
C đến 200
o
C tương ứng với sự mất khối lượng của các phân tử
nước tự do trên bề mặt tro bay. Giai đoạn 2, từ 200
o
C đến 400
o
C tương ứng với sự
mất khối lượng của các phân tử nước và nhóm OH liên kết phối trí trên bề mặt tro
bay. Giai đoạn 3, từ 400
o
C đến 800
o
C tương ứng với sự mất nhóm OH liên kết bên
trong tro bay. Đối với tro bay biến tính hợp chất silan, mất khối lượng từ 200
o
C đến
600
o
C có thể do sự sắp xếp lại các nhóm chức silanol, giải phóng các phân tử nước
liên kết bền trên bề mặt tro bay và phân hủy phần hữu cơ trong hợp chất silan. Sự mất
khối lượng tro bay biến tính hợp chất silan ở nhiệt độ lớn hơn 600
o
C chính là sự
phân hủy phần silan còn lại ghép vào bề mặt tro bay.

Hình 3.7. Giản đồ TGA của tro bay ban đầu (FA) và tro bay biến tính bằng 3
hợp chất silan (MFA; EFA; GFA).

So sánh giản đồ TGA của các mẫu tro bay biến tính hợp chất silan với tro bay
chưa biến tính, có thể thấy các mẫu tro bay biến tính hợp chất silan đều có phần trăm
mất khối lượng lớn hơn so với tro bay ban đầu, điều đó chứng tỏ khi biến tính tro
bay, hợp chất silan đã được ghép lên bề mặt tro bay với các hàm lượng khác nhau.
Phần trăm khối lượng hợp chất silan ghép trên bề mặt tro bay được tính theo công
thức :
W
ghép
= W
silan-FA
- W
FA
.
Ở đó: W
ghép
: khối lượng silan ghép vào tro bay (%).
W
silan-FA
: tổn hao khối lượng tro bay biến tính hợp chất silan (%).

- 8 -
W
FA
: tổn hao khối lượng tro bay (%).
Từ khối lượng silan ghép vào tro bay, có thể tính được hiệu suất ghép tương

ứng cho từng hợp chất silan (bảng 3.3). Từ bảng 3.3 ta thấy tro bay biến tính VTMS
(MFA) có phần trăm mất khối lượng lớn nhất (5,96%), tương ứng với khối lượng
VTMS ghép vào tro bay lớn nhất (1,32%) và hiệu suất ghép lớn nhất (66,0%).

Bảng 3.3. Hiệu suất ghép các hợp chất silan: VTMS (MFA), VTES (EFA) và
GPTMS (GFA) vào tro bay

Mẫu
Khối lượng ban
đầu (mg)
Khối lượng
khi kết thúc
phản ứng
(mg)
Tổn hao khối
lượng (%)
% ghép
hợp chất
silan
Hiệu suất ghép
hợp chất silan
(%)
FA 10,4771 9,99 4,64 - -
MFA 7,22 6,79 5,96 1,32 66,0
EFA 9,86 9,34 5,27 0,63 31,5
GFA 10,13 9,62 5,03 0,39 19,5

3.2.3. Hình thái cấu trúc của tro bay trước và sau khi biến tính hợp chất silan
Hình 3.8 là ảnh SEM các hạt tro bay ban đầu với kích thước khoảng từ 0,5 µm
đến 7 µm, phần lớn có dạng hình cầu, bề mặt nhẵn, mịn, màu xám.

Hình 3.8. Ảnh SEM của tro bay ban đầu, độ phóng đại 10.000 lần.



- 9 -
Hình 3.9 là ảnh SEM của tro bay chưa biến tính và biến tính VTMS.


A
B

Hình 3.9. Ảnh SEM của tro bay chưa biến tính (A) và tro bay biến tính VTMS (B), độ
phóng đại 1000 lần.

Quan sát hình 3.9A ta thấy các hạt tro bay chưa biến tính có hiện tượng co
cụm, kết tụ với nhau thành các cụm hạt nên có kích thước lớn. Sau khi biến tính tro
bay bằng VTMS (hình 3.9B), các hạt tro bay biến tính có xu hướng phân tán, tách rời
nhau ra. Hình 3.10 là ảnh SEM phóng đại các hạt tro bay biến tính bằng VTMS.






Hình 3.10. Ảnh SEM của tro bay biến tính VTMS với độ phóng đại 100.000 lần (A) và
200.000 lần (B).

Quan sát ảnh SEM ở các độ phóng đại khác nhau cho thấy, sau khi biến tính
tro bay bằng VTMS, trên bề mặt các hạt tro bay xuất hiện một lớp màng hợp chất
silan mỏng bao phủ (hình 3.10). Các hạt tro bay biến tính VTMS có bề mặt không
nhẵn, mịn như tro bay ban đầu.

- 10 -
3.3. Xác định điều kiện thích hợp chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay
chưa biến tính và biến tính silan
Trộn hợp nóng chảy là một trong những phương pháp thông dụng để chế tạo
vật liệu polyme tổ hợp nền nhựa nhiệt dẻo. Ưu điểm của phương pháp là dễ dàng tiến
hành trên các thiết bị công nghiệp và không sử dụng dung môi gây ô nhiễm môi
trường. Các điều kiện công nghệ như: nhiệt độ trộn, thời gian trộn, tốc độ quay của
roto và các tác nhân biến tính tro bay với hàm lượng khác nhau có ảnh hưởng lớn đến
đặc trưng, tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu thu được. Trong quá trình khảo
sát điều kiện chế tạo, hàm lượng tro bay 10% được lựa chọn để chế tạo vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA/tro bay.

3.3.1. Ảnh hưởng của bản chất và hàm lượng hợp chất silan
Tro bay được biến tính bằng 3 hợp chất silan: vinyltrimetoxysilan (VTMS), 3-
glyxidoxypropyltrimetoxysilan (GPTMS), vinyltrietoxysilan (VTES). Bảng 3.4 trình
bày kết quả khảo sát độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA (tỷ lệ 60/40)/có 10% tro bay chưa biến tính và biến tính bằng 3 loại hợp
chất silan với các hàm lượng khác nhau, các thông số khác được cố định: nhiệt độ
trộn 170
o
C, tốc độ trộn 50 vòng/phút, thời gian trộn 5 phút.

Bảng 3.4. Tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay chưa biến tính và
biến tính bằng 3 loại hợp chất silan

Mẫu vật liệu tổ hợp
Độ bền kéo đứt
(σ) (MPa)
Độ dãn dài khi
đứt (ε) (%)
LDPE/EVA/FA 13,27 610
LDPE/EVA/EFA-1 % 13,31 615
LDPE/EVA/EFA- 2 % 13,36 630
LDPE/EVA/EFA- 3 % 13,62 630
LDPE/EVA/EFA- 4 % 13,33 623
LDPE/EVA/GFA- 1 % 13,29 612
LDPE/EVA/GFA-2 % 13,48 615
LDPE/EVA/GFA-3 % 13,28 614
LDPE/EVA/MFA-1 % 13,41 620
LDPE/EVA/MFA-2 % 14,04 632
LDPE/EVA/MFA-3 % 13,84 616

Bảng 3.4 cho thấy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA với hàm lượng 2% có tính
chất cơ học cao nhất. Từ kết quả khảo sát, silan VTMS với hàm lượng 2% được lựa

- 11 -
chọn làm tác nhân biến tính tro bay để chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA trong
các nghiên cứu tiếp theo.

3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ trộn đến tính chất cơ học của vật liệu
tổ hợp LDPE/EVA (tỷ lệ 60/40)/có 10% MFA được thể hiện trong bảng 3.5. Nhiệt độ
trộn được khảo sát trong khoảng 160 - 190
o
C, tốc độ trộn 50 vòng/phút, thời gian

trộn 5 phút.


Bảng 3.5. Tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA theo nhiệt độ trộn

Nhiệt độ
(
o
C)
Độ bền kéo đứt
(MPa)
Độ dãn dài khi đứt
(%)
160 11,46 605
170 14,04 632
180 14,92 710
190 13,87 704

Bảng 3.5 cho thấy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA ở nhiệt độ trộn 180
o
C cho
kết quả tính chất cơ học cao nhất. Từ kết quả khảo sát, nhiệt độ 180
o
C được lựa chọn
để tạo mẫu cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian trộn
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian trộn đến độ bền kéo đứt và độ dãn
dài khi đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA (tỷ lệ 60/40)/có 10% MFA được thể hiện
trong bảng 3.6. Thời gian trộn được khảo sát trong khoảng 3-6 phút, nhiệt độ trộn 180

o
C, tốc độ trộn 50 vòng/phút.

Bảng 3.6. Tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA theo thời gian trộn

Thời gian
trộn (phút)
Độ bền kéo đứt
(MPa)
Độ dãn dài khi đứt
(%)
3
10,40 707
4
14,95 711
5
14,92 710
6
10,80 693


- 12 -
Bảng 3.6 cho thấy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA ở thời gian trộn 4 phút cho
kết quả tính chất cơ học cao nhất. Từ kết quả khảo sát, thời gian trộn 4 phút được lựa
chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.3.4. Ảnh hưởng của tốc độ trộn
Bảng 3.7 trình bày kết quả khảo sát tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA (tỷ lệ 60/40)/có 10% MFA theo tốc độ trộn khác nhau. Tốc độ trộn được
khảo sát từ 30 vòng/phút đến 70 vòng/phút, nhiệt độ trộn 180

o
C, thời gian trộn 4
phút.

Bảng 3.7. Tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA theo tốc độ trộn

Tốc độ trộn (vòng/phút) Độ bền kéo đứt (MPa) Độ dãn dài khi đứt (%)
30 14,39 673
40 14,97 715
50 14,95 711
60 13,76 633
70 12,84 605

Bảng 3.7 cho thấy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA ở tốc độ trộn 40 vòng/phút
cho kết quả tính chất cơ học cao nhất. Từ kết quả khảo sát, tốc độ trộn 40 vòng/phút
được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.3.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ thành phần LDPE/EVA
Bảng 3.8 trình bày kết quả khảo sát tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA/có 10% MFA theo tỉ lệ thành phần LDPE/EVA.

Bảng 3.8. Tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA theo các tỉ lệ
LDPE/EVA

Tỷ lệ LDPE/EVA
(pkl/pkl)
Độ bền kéo đứt
(MPa)
Độ dãn dài khi
đứt (%)

0/100 15,80 843
10/90 13,51 825
20/80 15,72 835
40/60 15,03 815
60/40 14,97 715
80/20
11,18
435
100/0 9,2 312

- 13 -
Các tỷ lệ khối lượng LDPE/EVA được lựa chọn là 0/100, 10/90, 20/80, 40/60,
60/40, 80/20, 100/0 và hàm lượng tro bay cố định ở 10%. Kết quả khảo sát cho thấy,
khi hàm lượng LDPE tăng từ 10 pkl (phần khối lượng) đến 90 pkl, độ bền kéo đứt và
độ dãn dài khi đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA đạt giá trị lớn nhất ở hàm
lượng 20 pkl LDPE.
Từ kết quả khảo sát, tỉ lệ LDPE/EVA 20/80 được lựa chọn cho các nghiên cứu
tiếp theo.

* Tóm tắt kết quả mục 3.3:
- Điều kiện thích hợp chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA:
+ Nhiệt độ trộn: 180
o
C.
+ Thời gian trộn: 4 phút.
+ Tốc độ trộn: 40 vòng/phút.
- Tác nhân biến tính tro bay là VTMS với hàm lượng 2%.
- Tỷ lệ LDPE/EVA 20/80.
Các điều kiện chế tạo, tác nhân biến tính tro bay, tỷ lệ LDPE/EVA nêu trên
được sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.4. Đặc trưng và hình thái cấu trúc của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và
MFA)
3.4.1. Khả năng chảy nhớt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA) trong
quá trình trộn nóng chảy
Khả năng chảy nhớt của vật liệu tổ hợp được phản ánh bởi sự biến đổi momen
xoắn của vật liệu theo thời gian trộn ở trạng thái nóng chảy. Hình 3.15 là giản đồ mô
men xoắn – thời gian trộn của polyme blend LDPE/EVA và vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA/FA ở trạng thái nóng chảy (180 ºC).



Hình 3.15. Giản đồ mô men xoắn của vật liệu blend LDPE/EVA và vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA/FA.


- 14 -
Sau khi np liu v úng bung trn, cỏc vt liu trng thỏi rn nờn mụ men
xon ln nht. Sau ú, mụ men xon ca vt liu t hp gim dn do s chy ca cỏc
polyme LDPE, EVA v dn t n trng thỏi n nh, ng vi mụ men xon n
nh. Mụ men xon n nh ca vt liu t hp LDPE/EVA/FA tng theo hm lng
tro bay v ln hn so vi polyme blend.
Cỏc ng mụ men xon ca vt liu t hp LDPE/EVA/MFA cng cú hỡnh
dng tng t nh vt liu t hp LDPE/EVA/FA nhng khong cỏch gia cỏc
ng mụ men xon khụng ỏng k.
cựng mt hm lng tro bay kho sỏt, mụ men xon n nh ca vt liu t
hp s dng tro bay bin tớnh u gim so vi vt liu t hp s dng tro bay cha
bin tớnh (hỡnh 3.17).
Haứm lửụùng tro bay (%)
0 5 10 15 20

Momen xoaộn oồn ủũnh (Nm)
3
4
5
6
7
LDPE/EVA/FA
LDPE/EVA/MFA


Hỡnh 3.17. Mụ men xon n nh ca vt liu t hp LDPE/EVA/(FA v MFA).
Khi a tro bay bin tớnh vo polyme blend LDPE/EVA, phn hu c gn vo
b mt cỏc ht tro bay cú tỏc dng lm gim ma sỏt ni hay gim mụ men xon ca
vt liu t hp trong quỏ trỡnh trn núng chy. Nh vy, so vi vt liu t hp
LDPE/EVA/FA, quỏ trỡnh ch to vt liu t hp LDPE/EVA/MFA d dng hn v
tiờu tn ớt nng lng hn.

3.4.2. Ph hng ngoi ca vt liu blend LDPE/EVA v vt liu t hp
LDPE/EVA/MFA
Kt qu phõn tớch ph hng ngoi ca polyme blend LDPE/EVA v vt liu t
hp LDPE/EVA/MFA cho thy s cú mt ca tro bay bin tớnh VTMS trong vt liu
t hp cng nh tng tỏc gia tro bay bin tớnh VTMS (thụng qua cỏc nhúm OH
trờn b mt tro bay, nhúm Si-O-Si v cỏc nhúm OH ca silan sau khi thy phõn) vi
EVA (thụng qua cỏc nhúm C = O v C-O-C), cỏc tng tỏc lng cc lng cc v
liờn kt hiro.

3.4.3. Hỡnh thỏi cu trỳc ca vt liu t hp LDPE/EVA/(FA v MFA)

- 15 -
Hình 3.19 là ảnh SEM bề mặt đứt gãy của polyme blend LDPE/EVA. Có thể

thấy polyme blend LDPE/EVA tồn tại ở 2 pha: pha nền EVA và pha phân tán LDPE.
Tuy nhiên, ranh giới giữa 2 pha không rõ rệt. Có thể một phần bán tinh thể LDPE
trộn lẫn trong vùng vô định hình của EVA dẫn đến hình thành mạng polyme thâm
nhập vào nhau làm tăng sự xoắn cuộn và do đó làm tăng liên kết giữa các pha tại bề
mặt tiếp giáp ở trạng thái rắn.



Hình 3.19. Ảnh SEM bề mặt đứt gãy của polyme blend LDPE/EVA.

Hình thái cấu trúc bề mặt đứt gãy của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và
MFA) sau khi thử nghiệm độ bền kéo đứt được trình bày trên hình 3.22, 3.23.


Hình 3.22. Ảnh SEM bề mặt đứt gãy của
vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA .

Hình 3.23. Ảnh SEM bề mặt đứt gãy của
vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA.



Từ hình 3.22 có thể thấy các hạt tro bay kết tụ, co cụm với nhau trong polyme
blend. Mật độ tro bay tại vị trí vật liệu bị đứt khá lớn, xuất hiện nhiều vết xé dọc
trong vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA. Hình 3.23 cho thấy các hạt tro bay biến tính

- 16 -
phân tán khá đồng đều trong nền polyme blend, sự co cụm các hạt tro bay giảm rõ rệt.
Cấu trúc bên trong của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA chặt chẽ hơn so với vật liệu
tổ hợp LDPE/EVA/FA.

3.5. Tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA)
3.5.1. Tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA)
Độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và
MFA) được trình bày trên các hình 3.24, 3.26. Khi hàm lượng tro bay tăng, độ bền
kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu tổ hợp giảm. Khi đưa MFA vào vật liệu
blend LDPE/EVA, độ bền kéo đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA tăng lên
đáng kể so với vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA. Ở hàm lượng 10 % khối lượng tro bay
biến tính, độ bền kéo đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA tăng lớn nhất so với
vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA (28,57 %). Ngun nhân là do tương tác giữa tro bay
biến tính hợp chất silan VTMS (có các nhóm OH trên bề mặt, nhóm Si-O-Si và các
nhóm OH ở VTMS chưa ngưng tụ) với đại phân tử EVA trong polyme blend
LDPE/EVA (có các nhóm C = O và C-O-C).
Hàm lượng tro bay (%)
0 5 10 15 20
Độ bền kéo đứt (MPa)
8
9
10
11
12
13
14
15
16
LDPE/EVA/FA
LDPE/EVA/MFA


Hình 3.24. Độ bền kéo đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA).

Hàm lượng tro bay (%)
0 5 10 15 20
Độ dãn dài khi đứt (%)
300
400
500
600
700
800
900
LDPE/EVA/FA
LDPE/EVA/MFA



- 17 -
Hình 3.26. Độ dãn dài khi đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA).

Tương tác giữa tro bay biến tính VTMS với EVA là các tương tác lưỡng cực -
lưỡng cực và liên kết hiđro như mô tả sau:




Từ kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến tính chất cơ học của
vật liệu tổ hợp, hàm lượng tro bay 10% được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.5.2. Tính chất lưu biến của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA)
Các hình 3.28 và 3.29 trình bày mô đun trữ động học G’; mô đun tổn hao G’’

của vật liệu blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA) theo tần số
của ứng suất tác động, ở nhiệt độ cố định 150
o
C ứng với trạng thái chảy nhớt của vật
liệu tổ hợp. Mô đun trữ động học (G’) và mô đun tổn hao (G’’) của vật liệu tổ hợp có
chứa tro bay biến tính và chưa biến tính đều lớn hơn so với vật liệu blend LDPE/EVA
ở cùng một tần số tác động. Điều đó chứng tỏ khả năng biến dạng trượt ngang của vật
liệu tổ hợp có tro bay khó khăn hơn so với vật liệu tổ hợp không chứa tro bay.
Mô đun G’ và G’’ của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA lớn hơn so với vật liệu
blend LDPE/EVA và vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA ở mọi tần số. Điều này cho thấy
vật liệu tổ hợp chứa tro bay biến tính VTMS có cấu trúc chặt chẽ hơn so với vật liệu
tổ hợp chứa tro bay chưa biến tính.


- 18 -
Taàn soá (Hz)
0.1 1 10 100
G' (Pa)
1e+4
1e+5
LDPE/EVA/MFA
LDPE/EVA/FA
LDPE/EVA

Hình 3.28. Sự biến thiên G’ của polyme
blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA/(FA và MFA) theo tần số.
Taàn soá (Hz)
1e-1 1e+0 1e+1 1e+2
G'' (Pa)

1e+4
1e+5
LDPE/EVA/ MFA
LDPE/EVA/FA
LDPE/EVA

Hình 3.29. Sự biến thiên G’’ của polyme
blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA/(FA và MFA) theo tần số.


Các hình 3.30, 3.31 trình bày mô đun trữ động học G’, mô đun tổn hao G’’ của
vật liệu blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA) theo nhiệt độ ở
tần số cố định 1 Hz. Có thể thấy khi nhiệt độ tăng, các giá trị G’ và G’’ của tất cả vật
liệu polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA) đều giảm.

Ở khoảng nhiệt độ từ 95
o
C đến 115
o
C, các giá trị G’ và G’’ của vật liệu polyme
blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA) đều giảm mạnh, điều
này có thể giải thích như sau: khoảng nhiệt độ từ 95
o
C đến 115
o
C là khoảng nhiệt độ
chảy mềm của LDPE và EVA trong vật liệu tổ hợp. Ở khoảng nhiệt độ ≥ 95
o
C, các

giá trị G’ và G’’ của vật liệu tổ hợp chứa tro bay chưa biến tính và biến tính VTMS
đều lớn hơn so với polyme blend LDPE/EVA. Vật liệu tổ hợp chứa tro bay chưa biến
tính chỉ tăng nhẹ các giá trị G’ và G’’, trong khi vật liệu tổ hợp chứa tro bay biến tính
VTMS có giá trị G’ và G’’ lớn hơn rõ rệt.

Nhieät ñoä (
o
C)
80 100 120 140
G' (Pa)
1e+4
1e+5
1e+6
1e+7
LDPE/EVA/ MFA
LDPE/EVA/FA
LDPE/EVA

Hình 3.30. Sự biến thiên G’ của polyme
blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA/(FA và MFA) theo nhiệt độ.
Nhieät ñoä (
o
C)
80 100 120 140
G'' (Pa)
1e+4
1e+5
1e+6
LDPE/EVA/ MFA

LDPE/EVA/FA
LDPE/EVA


Hình 3.31. Sự biến thiên G’’ của polyme
blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA/(FA và MFA) theo nhiệt độ.

- 19 -
3.5.3. bn oxi húa nhit ca vt liu t hp LDPE/EVA/(FA v MFA)
Gin phõn tớch nhit khi lng (TGA) ca vt liu blend LDPE/EVA, vt
liu t hp LDPE/EVA/(FA v MFA) c trỡnh by trờn hỡnh 3.32.
Nhieọt ủoọ (
o
C)
0 100 200 300 400 500 600
Khoỏi lửụùng (%)
0
20
40
60
80
100
120
1 - LDPE / EVA
2- LDPE / EVA / FA
3- LDPE / EVA / MFA
1
2
3

Hỡnh 3.32. Gin TGA ca polyme blend LDPE/EVA, vt liu t hp
LDPE/EVA/(FA v MFA).


Hỡnh 3.32 cho thy gin TGA ca vt liu t hp LDPE/EVA/FA nm phớa
trờn so vi vt liu blend LDPE/EVA v nm phớa di so vi vt liu t hp
LDPE/EVA/MFA. iu ú chng t khi a tro bay vo polyme, bn oxy húa
nhit ca vt liu t hp tng lờn v tng ỏng k khi s dng tro bay bin tớnh
VTMS (MFA). Nhit bt u phõn hy (T
onset
- nhit ú mu b tn hao 5%), 2
nhit phõn hy cc i (T
max 1
, T
max 2
) ca vt liu t hp cha tro bay cha bin
tớnh v bin tớnh VTMS u ln hn v phn trm mt khi lng ti 400
o
C, 500
o
C,
600
o
C u nh hn so vi polyme blend LDPE/EVA. Vt liu t hp
LDPE/EVA/MFA cú T
onset
v T
max

ln nht, khi lng mt 400
o
C nh nht (bng
3.10).









- 20 -
Bảng 3.10. Đặc trưng TG của polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA/(có 10-15%)(FA và MFA)

Phần trăm (%) mất khối
lượng mẫu ở nhiệt độ
Mẫu
T
onset

(
o
C)
T
max1

(

o
C)
T
max2
(
o
C)

400
o
C 500
o
C 600
o
C
LDPE/EVA 290,6 342,2 457,3 42,3 95,6 100,0
LDPE/EVA/10% FA 305,1 343,0 462,1 38,6 84,2 91,5
LDPE/EVA/10%
MFA
314,8 359,7 470,5 24,0 80,9 90,2
LDPE/EVA/15% FA 304,6 342,9 462,0 36,6 81,9 86,9
LDPE/EVA/15%
MFA
307,9 357,3 469,9 30,1 76,8 85,8


3.5.4. Độ bền thời tiết của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA)
Kết quả xác định độ bền thời tiết của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA)
sau 96 giờ (8 chu kỳ) và 288 giờ (24 chu kỳ) thử nghiệm bức xạ tử ngoại - nhiệt ẩm
căn cứ vào phần trăm độ bền kéo đứt còn lại (Hσ) và độ dãn dài khi đứt còn lại (Hε)

được trình bày ở bảng 3.11 và 3.12.

Bảng 3.11. Độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và
MFA) trước và sau 96 giờ thử nghiệm bức xạ tử ngoại - nhiệt ẩm

LDPE/EVA/FA LDPE/EVA/MFA LDPE/EVA/FA LDPE/EVA/MFA Hàm
lượng
FA
(%)
σ
t

(MPa)
σ
s

(MPa)
H
σ

(%)
σ
t

(MPa)
σ
s

(MPa)
H

σ

(%)
ε
t

(%)
ε
s

(%)
H
ε

(%)
ε
t

(%)
ε
s

(%)
H
ε
(%)
0 14,76 8,23 55,76 14,76 8,23 55,76 827 396 47,9 827 396 47,9
5 11,94 8,17 68,43 14,68 10,14 69,07 642 412 64,2 795 594 74,8
10 11,13 7,89 70,89 14,31 10,46 73,10 599 423 70,7 756 583,6 77,2
15 11,63 7,79 66,98 13,44 9,59 71,35 631 327 51,8 724 543 75,0

20 9,69 6,14 63,36 12,63 8,93 70,70 501 242 48,3 684 435 63,6

Rõ ràng là độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của polyme blend LDPE/EVA
và vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA) sau 96 giờ và 288 giờ thử nghiệm bức
xạ tử ngoại - nhiệt ẩm đều giảm. Vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA có hệ số độ bền thời

- 21 -
tiết theo độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt lớn hơn so với polyme blend
LDPE/EVA và nhỏ hơn so với vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA. Tro bay biến tính
VTMS cải thiện độ bền thời tiết của polyme blend LDPE/EVA.

Bảng 3.12. Độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và
MFA) trước và sau 288 giờ thử nghiệm bức xạ tử ngoại - nhiệt ẩm

LDPE/EVA/FA LDPE/EVA/MFA LDPE/EVA/FA LDPE/EVA/MFA Hàm
lượng
FA
(%)
σ
t

(MPa)
σ
s

(MPa)
H
σ

(%)

σ
t

(MPa)
σ
s

(MPa)
H
σ

(%)
ε
t

(%)
ε
s

(%)
H
ε

(%)
ε
t

(%)
ε
s

(%)
H
ε
(%)
0 14,76 4,8 32,5 14,76 4,8 32,5 827 20 2,4 827 20 2,4
5 11,94 5,3 44,4 14,68 6,7 45,6 642 25 6,1 795 50 6,3
10 11,13 6,1 54,8 14,31 8,2 57,3 599 52 12,3 756 98 13,0
15 11,63 5,9 50,7 13,44 7,1 52,8 631 35 10,7 724 82 11,3
20 9,69 4,5 46,4 12,63 6,3 49,9 501 25 10,3 684 40 5,8

3.5.5. Tính chất điện của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA)
Các tính chất điện của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA) như hằng số
điện môi (), tổn hao điện môi (), điện trở suất mặt (ρ
s
), điện trở suất khối (ρ
v
) và
điện áp đánh thủng (E
đt
) được thể hiện trên các bảng 3.13 và 3.14.

Bảng 3.13. Tính chất điện của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA

Hàm lượng
FA (%kl)
Hằng số
điện môi
Tổn
hao

điện
môi
Điện trở
suất khối
(Ω.cm)
Điện trở suất
mặt (Ω)
Điện áp đánh
thủng
(kV/mm)
0 2,46 4,5.10
-3
1,61.10
+13
3,16.10
+12
26,9
5 2,49 6,6.10
-3
3,52.10
+12
2,82.10
+11
25,7
10 2,53 7,6.10
-3
1,54.10
+12
2,11.10
+11

23,9
15 2,59 7,8.10
-3
1,17.10
+12
1,51.10
+11
23,7
20 2,63 7,6.10
-3
5,70.10
+11
1,03.10
+11
23,1

Vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA có các giá trị về hằng số điện môi, tổn hao điện
môi tăng so với polyme blend LDPE/EVA, trong khi điện trở suất mặt, điện trở suất
khối và điện áp đánh thủng giảm so với polyme blend LDPE/EVA. Tuy nhiên, tổn
hao điện môi của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA chỉ biến đổi trong khoảng 6,6.10
-3
-
7,8.10
-3
và đều nằm trong quy định cho vật liệu cách điện, ít tổn hao điện môi. Điện
trở suất mặt và điện trở suất khối của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/có 5% – 10 % FA

- 22 -
nhỏ hơn một bậc mũ so với điện trở suất của polyme blend LDPE/EVA và các giá trị
này đều rất lớn, nằm trong giới hạn của vật liệu cách điện. Khi tăng hàm lượng tro

bay chưa biến tính, điện áp đánh thủng của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA giảm.
So sánh với các thông số điện của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA, có thể thấy
hằng số điện môi của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA (bảng 3.16) giảm nhẹ ở cùng
một hàm lượng tro bay, đồng thời tổn hao điện môi của vật liệu này nhỏ hơn. Điện áp
đánh thủng của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA lớn hơn so với vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA/FA.

Bảng 3.14. Tính chất điện của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA

Hàm lượng
MFA (%kl)
Hằng số
điện môi
Tổn hao
điện môi
Điện trở
suất khối
(Ω.cm)
Điện trở
suất mặt
(Ω)
Điện áp
đánh
thủng
(kV/mm)
0 2,46 4,5.10
-3
1,61.10
+13
3,16.10

+12
26,9
5 2,47 6,2.10
-3
6,55.10
+12
2,92.10
+11
26,7
10 2,49 6,4.10
-3
6,17.10
+12
2,56.10
+11
25,2
15 2,52 6,5.10
-3
5,09.10
+12
1,65.10
+11
24,9
20 2,57 6,7.10
-3
7,28.10
+11
1,19.10
+11
24,6

3.5.6. Khả năng chống cháy của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA)
Vật liệu polyme blend LDPE/EVA khi cháy có giọt cháy rơi liên tục và cháy
sát tới phần kẹp mẫu. Vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA) khi cháy có giọt
cháy rơi chậm, ngắt quãng và ngọn lửa nhỏ dần, mức độ ngọn lửa nhỏ giọt giảm và
khối lượng muội than tăng, đến gần sát vạch 25 mm thì gần như tự tắt. Tất cả các
mẫu vật liệu thử nghiệm đều đạt tiêu chuẩn HB. Kết quả xác định khả năng chống
cháy của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA) được thể hiện trên hình 3.34.
15
16
17
18
19
20
21
0 5 10 15 20
Hàm lượng tro bay (%)
Tốc độ cháy (mm/phút)
LDPE/EVA/FA
LDPE/EVA/MFA


Hình 3.34. Tốc độ cháy của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA).

- 23 -
Vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA) đều có tốc độ cháy nhỏ hơn so với
polyme blend LDPE/EVA. So sánh với tro bay chưa biến tính ở cùng một hàm lượng,
khi sử dụng tro bay biến tính VTMS, tốc độ cháy của vật liệu tổ hợp tăng nhẹ.

KẾT LUẬN

1. Sau khi biến tính FA bằng các hợp chất silan vinyltrimetoxysilan, 3-
glyxidoxypropyltrimetoxysilan và vinyltrietoxysilan, tro bay biến tính có xu hướng
tách rời nhau ra. Trong ba hợp chất silan đã khảo sát, vinyltrimetoxysilan có hiệu suất
ghép lớn nhất.
2. Điều kiện thích hợp để chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA) ở trạng
thái nóng chảy là nhiệt độ trộn 180
o
C, tốc độ quay roto 40 vòng/phút, thời gian trộn
4 phút, tỉ lệ thành phần LDPE/EVA 20/80.
3. Momen xoắn của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA) tăng theo hàm lượng
của tro bay.
4. Tương tác giữa tro bay biến tính VTMS với đại phân tử EVA trong polyme blend
LDPE/EVA là các tương tác lưỡng cực - lưỡng cực và liên kết hydro. Tro bay biến
tính VTMS phân tán trong polyme blend LDPE/EVA đồng đều hơn, với kích thước
nhỏ hơn so với tro bay chưa biến tính. Tro bay phân tán tốt trong polyme blend
LDPE/EVA khi hàm lượng không lớn hơn 10%.
5. Độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA lớn hơn
so với vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA và đạt giá trị lớn nhất ở hàm lượng 10 % tro
bay.
6. Tro bay biến tính VTMS đã làm tăng độ bền oxy hoá nhiệt, độ bền bức xạ tử ngoại
- nhiệt ẩm, khả năng chống cháy, mô đun trữ động học (G’) và mô đun tổn hao (G’’)
của polyme blend LDPE/EVA.
7. Khi đưa tro bay chưa biến tính và biến tính VTMS vào polyme blend LDPE/EVA
có thể làm giảm nhẹ khả năng cách điện nhưng vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và
MFA) vẫn đáp ứng yêu cầu của vật liệu cách điện theo TCVN 5935-1995.