Sử dụng vi sợi BC để biến tính nhựa epoxy là một biện pháp hữu hiệu mới nhằm đa dạng hóa nền polyme trong VLPC

1
A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của luận án
Sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật đòi hỏi những
vật liệu mới đáp ứng được những yêu cầu ngày càng cao của chúng. Một trong
những vật liệu kết cấu được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh
tế là vật liệu epoxy gia cường sợi thủy tinh [82]. Chúng có nhiều ưu điểm nổi bật
như: tính chất cơ học cao, ổn định kích thước, bền nhiệt, bền hóa, chịu ăn mòn
tốt và đặc biệt độ co ngót thấp khi đóng rắn [30]. Tuy nhiên, nhựa epoxy tương
đối giòn, khả năng chống lại sự hình thành và phát triển vết nứt kém dẫn tới độ
bền mỏi thấp. Chính điều này đã hạn chế khả năng ứng dụng của vật liệu epoxy
compozit trong một số lĩnh vực [118].
Để cải thiện tính chất mỏi của vật liệu epoxy gia cường dạng sợi, trong những
năm gần đây, các nhà khoa học đã chú trọng nghiên cứu nâng cao tính chất của
nhựa epoxy bằng các phần tử kích thước nano như: cacbon nanotube, graphen,
nanosilica, nanoclay, [57,125,8], vi sợi xenlulo tự nhiên [49] và mới đây là vi
sợi xenlulo hình thành do vi khuẩn (Bacterial Cellulose - BC) [89,95].
Cho đến nay chỉ mới có các công trình nghiên cứu của giáo sư Fujii sử dụng
vi sợi BC để tăng độ bền mỏi cho vật liệu epoxy biến tính cao su lỏng gia cường
sợi cacbon [89] mà chưa có công trình nào ứng dụng vi sợi BC để biến tính vật
liệu epoxy gia cường sợi thủy tinh. Chính vì vậy, công trình này đã lựa chọn vi
sợi BC là đối tượng nghiên cứu để nâng cao tính chất cơ học của nhựa epoxy và
vật liệu compozit trên cơ sở của nó. Sử dụng vi sợi BC để biến tính nhựa epoxy
là một biện pháp hữu hiệu mới nhằm đa dạng hóa nền polyme trong VLPC
2. Mục tiêu của luận án
Nâng cao tính chất cơ học đặc biệt là độ bền dai phá hủy và độ bền mỏi động
của nhựa epoxy và vật liệu compozit epoxy bằng cách sử dụng vi sợi xenlulo
hình thành do vi khuẩn (bacterial cellulose – BC).
3. Những điểm mới của luận án
Luận án đã tập trung nghiên cứu các cơ sở khoa học phục vụ cho việc chế tạo

vật liệu nanocompozit nền nhựa epoxy epikote 828/sợi thủy tinh/BC đóng rắn
bằng 2 hệ khác nhau: hệ MHHPA, xúc tác 1- metyl immidazol (NMI) với công
nghệ ép nóng trong khuôn và hệ DDS, xúc tác axit salisilic với công nghệ bán
thành phẩm prepregs. Các đóng góp mới của luận án bao gồm:
- Đã sử dụng nguyên liệu xenlulo hình thành do vi khuẩn sẵn có tại Việt Nam
(thạch dừa) làm chất gia cường trong vật liệu nanocompozit epoxy/sợi thủy tinh
đóng rắn bằng 2 loại chất đóng rắn khác nhau.
- Đã đưa ra kỹ thuật mới để phân tán đồng đều vi sợi BC trong nhựa epoxy ở
kích thước nano và đánh giá được hiệu quả của các phương pháp phân tán nhờ sử
dụng các phương pháp hiện đại, có độ chính xác cao như: SEM, FESEM, ….
- Đã xác định được ảnh hưởng của vi sợi BC đến chế độ đóng rắn nhựa epoxy
cũng như các tính chất của hệ vật liệu sau đóng rắn.
- Đã chế tạo được VLPC từ nhựa epoxy Epikote 828 gia cường sợi thủy tinh
có sử dụng vi sợi BC và đánh giá mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất của VL
compozit epoxy có mặt vi sợi BC trong việc nâng cao một số tính chất cơ học
đặc biệt là độ bền dai phá hủy và độ bền mỏi động của vật liệu, cụ thể:
Vật liệu nanocompozit epoxy/sợi thủy tinh với 0,3% vi sợi BC có độ bền dai
phá hủy (G
IC-P
, G
I0
) và độ bền mỏi tăng lần lượt là 95,0%, 102,3% và 19 lần (hệ

2
epoxy/MHHPA); độ bền dai phá hủy (G
IC-P,
G
I0
) và độ bền mỏi tăng tương ứng
là 128,8%, 111,0% và 12 lần (hệ epoxy/DDS) so với VLPC không có vi sợi BC.

Kết quả của luận án hoàn toàn có thể áp dụng vào thực tế để chế tạo các chi
tiết chịu lực, chất bít kín trong lắp ráp cơ khí.
4. Cấu trúc luận án
Luận án có khối lượng 120 trang, gồm các phần chính sau:
Phần 1: tổng quan 36 trang, phần 2: thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu 8
trang, phần 3: kết quả và thảo luận 58 trang; kết luận 2 trang và 148 tài liệu
tham khảo.
B. NỘI DUNG LUẬN ÁN
1. TỔNG QUAN
2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu
 Thạch dừa của cơ sở sản xuất Đăng Khoa, Bến Tre có hàm lượng phần khô 10%.
 Nhựa epoxy Epikote 828 của hãng Shell Chemicals với các đặc trưng sau:
hàm lượng nhóm epoxy là 22,63%, độ nhớt 12 – 14 Pa.s (25
o
C) (ASTM D445),
tỷ trọng ở 25
o
C 1,16 (ASTM D4052) và khối lượng phân tử ~ 383 g/mol.
 Chất đóng rắn: anhydrit 4–metylhexahydrophtalic (MHHPA) của công ty
Jiaxing Alpharm Fine Chemical Co., Ltd (Trung Quốc) với độ nhớt (ở 25
o
C) là
50 - 70 mPa.s và khối lượng phân tử là 168 g/mol.
 Chất đóng rắn: 4,4’– diamino diphenyl sunfon (DDS) 97% của hãng Merck
(Đức) với khối lượng phân tử: 248,31 g/mol và điểm chảy 174 – 177
0
C.
 Chất xúc tác: 1-metylimidazol của hãng BASF (Singapore)
 Polyol-PT1 của hãng P&G International Operations (Singapore)

 Chất xúc tác: axit salisilic của hãng Sigma-Aldrich (Hoa Kỳ).
 NaOH, axeton, etanol (Trung Quốc)
 Vải thủy tinh: Woven roving 400

(Trung Quốc)
2.2. Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu
2.2.1. Phương pháp làm sạch vi sợi
2.2.1.1. Quy trình làm sạch sinh khối BC bằng phương pháp xử lý kiềm
Sinh khối BC ban đầu được ngâm trong dung dịch NaOH nồng độ 2,5% trong
8 giờ ở nhiệt độ phòng, sau đó được loại bỏ nước trong thiết bị ly tâm. Tiếp tục
cho sinh khối BC vào nước, đun sôi trong 120 phút rồi loại bỏ nước trong thiết
bị ly tâm, sau đó được rửa lại bằng nước sạch 3 lần rồi ly tâm sau mỗi lần rửa.
2.2.1.2. Quy trình thay thế nước trong sinh khối BC bằng etanol
Cho một lượng etanol ngập BC rồi đem xay trong máy sinh tố khoảng 20
phút, sau đó hỗn hợp được lọc trong chân không. Quá trình trên được lặp lại ba
lần. Kết quả thu được BC ngậm khoảng 80% etanol.
2.2.2. Các phương pháp phân tán vi sợi BC vào nhựa epoxy
2.2.2.1. Phân tán vi sợi BC vào nhựa epoxy bằng phương pháp khuấy
cơ học
Nhựa epoxy được khuấy cơ học với tốc độ khoảng 2000 vòng/phút ở nhiệt độ
70 – 80
o
C trong khoảng 20 phút. Sau đó bổ sung từ từ huyền phù BC trong
etanol vào đến khi đạt hàm lượng vi sợi BC yêu cầu. Quá trình khuấy này diễn
ra trong thời gian 5 giờ. Sau khi khuấy, hỗn hợp được sấy trong chân không ở
60
0
C để loại hết etanol.

3

2.2.2.2. Phân tán vi sợi BC vào nhựa epoxy bằng phương pháp nghiền
hành tinh
Hỗn hợp nhựa epoxy với vi sợi BC được khuấy cơ học với tốc độ khoảng
2000vòng/phút trong thời gian 5 giờ ở nhiệt độ 70 – 80
o
C, vừa khuấy vừa bổ
sung từ từ huyền phù BC trong etanol. Sau đó hỗn hợp được đưa vào thiết bị
nghiền bi hành tinh FRITSCH Puluerisette (Đức) với vận tốc 400vòng/phút
trong các khoảng thời gian nhất định. Sau khi nghiền, hỗn hợp được sấy trong
chân không ở 60
0
C để loại hết etanol.
2.2.2.3. Phân tán vi sợi BC vào nhựa epoxy bằng phương pháp khuấy
siêu âm
Hỗn hợp nhựa epoxy với vi sợi BC được khuấy cơ học với tốc độ khoảng
2000vòng/phút trong thời gian 5 giờ ở nhiệt độ 70 – 80
o
C. Huyền phù BC trong
etanol được bổ sung từ từ trong quá trình khuấy. Sau đó, hỗn hợp được đưa vào
thiết bị khuấy có hỗ trợ siêu âm Sonics - seri 40297 - J (Mỹ), với đầu tip 13,
năng lượng khuấy siêu âm là 100%, trong các khoảng thời gian nhất định.
Trong quá trình khuấy siêu âm, hỗn hợp được làm lạnh bằng bằng nước đá. Sau
đó, hỗn hợp được sấy trong chân không ở 60
0
C để loại hết etanol.
2.2.3. Các phương pháp chế tạo vật liệu compozit
2.2.3.1. Vật liệu compozit sử dụng chất đóng rắn DDS
VLPC trên cơ sở nhựa epoxy có bổ sung vi sợi BC gia cường vải thủy tinh sử
dụng chất đóng rắn DDS được chế tạo được chế tạo theo phương pháp prepregs.
Hỗn hợp nhựa, chất đóng rắn và vi sợi BC được pha trong axeton với nồng độ

nhất định. Sau đó tẩm hỗn hợp lên vải thủy tinh, dùng con lô kỹ thuật để đuổi hết
bọt khí và làm cho nhựa thấm đều vào vải. Các tấm prepregs được để trong
không khí ở nhiệt độ phòng trong khoảng 10 - 15 giờ nhằm loại bỏ hết dung môi.
Các tấm prepregs được xếp đến độ dày cần thiết rồi đưa vào khuôn, tiến hành
ép trên thiết bị Gotech 30T (Đài Loan) với lực ép 100kgf/cm
2
theo chế độ nhiệt
từng bậc (80
o
C trong 60 phút, 120
o
C trong 30 phút và 145
o
C trong 60 phút).
2.2.3.2. Vật liệu compozit sử dụng chất đóng rắn MHHPA
Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy có bổ sung vi sợi BC gia cường vải
thủy tinh sử dụng chất đóng rắn MHHPA được chế tạo theo phương pháp lăn ép
bằng tay. Mẫu compozit được ép nóng trong khuôn trên thiết bị Gotech 30T
(Đài Loan) theo 3 giai đoạn: 60
o
C trong 60 phút, 80
o
C trong 60 phút và 100
o
C
trong 60 phút ở áp lực 100kgf/cm
2
với tỷ lệ như sau:
- Tỷ lệ mol nhựa epoxy/MHHPA = 1/0,8
- Hàm lượng NMI: 1,5% (theo khối lượng hệ epoxy/MHHPA)

- Hàm lượng polyol - PT1: 1,5% (theo khối lượng hệ epoxy/MHHPA)
- Tỷ lệ nhựa epoxy/vải thủy tinh thay đổi
2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu
2.3.1. Phương pháp xác định hàm lượng tinh thể xenlulo trong vi
sợi BC
Mức độ kết tinh của xenlulo được xác định từ phổ X-ray đo trên thiết bị D8
ADVANCE Bruker (Đức) theo phương trình của Segal (1959) [92]

Trong đó:
- I
020
: cường độ pic 020 (phản xạ của vùng vô
định hình và vùng tinh thể ở góc 2θ bằng 22,3
o
)
- I
am
: cường độ thấp nhất của vùng nằm giữa pic
020 và 110 (vùng vô định hình ở góc 2θ = 18,5
o
)
- χ
cr
: hàm lượng tinh thể xenlulo (%)
020
020
I
II
am
cr






4
2.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng
Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA) được thực hiện trên máy
SETARAM TG (Pháp) trong môi trường không khí ở nhiệt độ từ 30
o
C tới
600
o
C với tốc độ tăng nhiệt 10
o
C/phút.
2.3.3. Phương pháp khảo sát hàm lượng phần gel và xác định vận tốc
phản ứng đóng rắn
Phần gel là phần tạo thành mạng lưới không gian không bị trích ly bởi axeton
trong dụng cụ Soxhlet với thời gian 16 - 20 giờ.
Quá trình xác định
Giấy lọc trước khi cân phải trích ly bằng axeton trên dụng cụ Soxhlet trong 3
giờ, sau đó sấy khô đến khối lượng không đổi và bảo quản trong bình hút ẩm.
Cân khối lượng giấy lọc, khối lượng mẫu và giấy lọc trên cân phân tích trước
khi trích ly trong axeton. Sau đó cho vào dụng cụ Soxhlet để trích ly với thời
gian 20 giờ. Khi đã đạt thời gian trích ly, lấy ra và sấy khô đến khối lượng
không đổi và để vào bình hút ẩm. Cân xác định khối lượng mẫu sau khi trích ly.
Hàm lượng phần gel được tính theo công thức:
100x
cb

ca
X



%
Trong đó: a – khối lượng mẫu sau khi trích ly bao gồm cả giấy lọc, g
b – khối lượng mẫu trước khi trích ly bao gồm cả giấy lọc, g
c – khối lượng giấy lọc, g
Vận tốc phản ứng đóng rắn được xác đinh thông qua đường cong thể hiện
mối quan hệ Thời gian - Mức độ đóng rắn của nhựa epoxy. Phần mềm Origin
8.6 được sử dụng để tính toán vận tốc phản ứng.
2.3.4. Các phương pháp nghiên cứu hình thái cấu trúc của vật liệu
Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM- Scanning Electron
Microscopy) được thực hiện trên thiết bị Jeol JSM-6360 LV (Nhật Bản) và kính
hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) được thực hiện trên thiết bị
Hitachi S-4800 (Nhật Bản) ở các độ phóng đại khác nhau. Mẫu vật liệu được
phủ một lớp mỏng platin trước khi quan sát trên kính hiển vi điện tử.
2.4. Các phƣơng pháp xác định tính chất cơ học của vật liệu
Tính chất cơ học của vật liệu được xác định sau khi để ổn định 10 ngày, theo
các tiêu chuẩn sau:
 Độ bền kéo: được xác định theo tiêu chuẩn ISO 527 trên máy INSTRON
5582 - 100KN (Mỹ) với tốc độ kéo 2mm/phút.
 Độ bền uốn: được xác định theo tiêu chuẩn ISO 178 trên máy INSTRON
5582 - 100KN (Mỹ), tốc độ 2mm/phút, khoảng cách hai gối đỡ bằng 60 mm.
 Độ bền va đập: Xác định theo tiêu chuẩn ISO 180 trên máy Tinius Olsen
Model 92T Plastic Impact (Mỹ).
 Độ bền dai phá hủy của nhựa nền: được xác định theo tiêu chuẩn ASTM
D5045-99 theo phương pháp uốn ba điểm có khía (SENB) trên máy Lloyd
500N (Anh) với tốc độ 10mm/phút.

Mẫu đo được tạo rãnh chữ V sau đó dùng dao lam để tạo vết nứt ban đầu. Mẫu đo
ở nhiệt độ phòng, tốc độ đặt tải 10mm/phút, khoảng cách hai gối đỡ S = 64 mm.
Độ bền dai phá hủy được đặc trưng bằng hệ số tập trung ứng suất tới hạn Kic,
được tính theo công thức:

5

Trong đó:
- P
Q
: lực, N
- B: chiều dày mẫu, cm
- W: chiều rộng mẫu, cm
- a: chiều dài vết nứt, cm
- f(x): hệ số hiệu chỉnh, x = a/W (0 < x <1)
 Độ bền mỏi động: theo phương pháp kéo được xác định theo tiêu chuẩn
ASTM D3479-96 trên thiết bị MTS 810 Material Test System (Mỹ), lực kéo đặt
vào mẫu tương đương 70% độ bền kéo của vật liệu, tần số dao động 5 Hz.
 Độ bền dai phá hủy giữa các lớp (interlaminar fracture toughness mode I):
của vật liệu compozit được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D5528 – 01.
Độ bền dai phá hủy được tính theo 2 phương pháp MBT (Modified beam
theory method) (1) và MCC (Modified compliance calibration method) (2).
N
F
ab
P
Gic .
)(2
3




(1)
bhA
CP
Gic
1
3/22
2
3

(2)
Trong đó:
 Gic: Độ bền phá hủy tại thời điểm
bắt đầu xuất hiện vết nứt, J/mm
2

 P: lực kéo, N
 δ: độ dịch chuyển trong phép đo
kéo, mm
 a: chiều dài vết nứt, mm
 ∆: hệ số hiệu chỉnh chiều dài vết nứt
 b: chiều rộng mẫu, mm
 N: hệ số hiệu chỉnh cho khối đặt lực
 F: hệ số hiệu chỉnh cho δ
 h: chiều dày mẫu, mm
 C= δ/P
 A
1
: độ dốc của đường thẳng biểu

diễn quan hệ giữa a/h và C
1/3

Phép đo được thực hiện trên thiết bị Lloyd 500N (Anh) với tốc độ kéo 3
mm/phút. Thời điểm bắt đầu xuất hiện vết nứt là thời điểm bắt đầu quan sát thấy
vết nứt trên cạnh mẫu đo qua kính phóng đại (x 30).
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nhựa nền từ tổ hợp nhựa epoxy epikote 828/BC
3.1.1. Đặc trƣng của vi sợi BC và phƣơng pháp phân tán vi sợi vào
nhựa epoxy
3.1.1.1. Một số đặc trưng của vi sợi BC
a) Hình thái cấu trúc
Đã tiến hành xử lý sinh khối BC bằng dung dịch NaOH. Để quan sát hình
dạng và kích thước vi sợi BC trước và sau khi xử lý kiềm đã tiến hành chụp ảnh
SEM bề mặt tấm vi sợi. Kết quả trình bày trên hình 3.2a cho thấy: sinh khối BC
chưa xử lý vẫn còn tồn tại xác các vi khuẩn trong khi đó, với vi sợi BC đã xử lý
kiềm (hình 3.2b) quan sát thấy không còn xác các vi khuẩn, bề mặt vi sợi sạch
hơn. Ở độ phóng đại 10.000, có thể quan sát đường kính vi sợi BC khoảng vài
đến vài chục nm, không khác so với vi sợi BC chưa xử lý.
b) Tính chất nhiệt
Quan sát giản đồ TGA và DTG (hình 3.3 và 3.4) nhận thấy: vi sợi BC chưa
xử lý có tổn hao khối lượng cực đại tại 355,5
O
C, độ tổn hao đạt 64,8% và phân
hủy gần như hoàn toàn tại 484,8
O
C. Với vi sợi BC xử lý kiềm, vi sợi xenlulo bắt
đầu phân hủy ở khoảng 300
o
C, phân hủy mạnh (độ tổn hao khối lượng 55,3%) ở

nhiệt độ 361,4
o
C và phân hủy gần như hoàn toàn (88,6%) ở nhiệt độ 490,7
o
C.
)(
2/1
xf
BW
P
Kic
Q











6


Hình 3.2 Ảnh SEM sinh khối BC chưa xử lý (a) và BC xử lý kiềm (b)


Hình 3.3 Giản đồ TGA của vi sợi BC

chưa xử lý và xử lý kiềm
Hình 3.4 Giản đồ DTG của vi sợi
BC chưa xử lý và xử lý kiềm
c) Phổ nhiễu xạ tia X
Phổ nhiễu xạ tia X của vi sợi BC
(hình 3.5) cho thấy sự có mặt của cả
xenlulo tinh thể và vô định hình tồn
tại trong vi sợi BC.
Dựa theo công thức có thể tính toán
được hàm lượng tinh thể của vi sợi BC
chưa xử lý và vi sợi BC đã qua xử lý
kiềm. Kết quả tương ứng là 91,06 % và
91,34 %.

Hình 3.5 Phổ XRD của vi sợi BC
chưa xử lý và BC xử lý kiềm
Nhận xét: việc xử lý vi sợi BC bằng dung dịch NaOH có tác dụng làm sạch bề
mặt vi sợi, loại bỏ xác vi khuẩn và các tạp chất khác trên bề mặt vi sợi. Công
đoạn xử lý này không làm ảnh hưởng đến kích thước vi sợi, tính chất nhiệt và
hàm lượng tinh thể trong vi sợi.
3.1.1.2. Các phương pháp phân tán vi sợi BC vào nhựa nền epoxy
a. Phương pháp khuấy cơ học thông thường
Tổ hợp nhựa epoxy/BC trong axeton không có và với 2% chất liên kết
glyxidoxypropyltrimetoxy silan (glymo silan - GS) (tính theo khối lượng nhựa
epoxy) được khuấy với thời gian 300 phút trong thiết bị khuấy cơ học.
Để quan sát sự ổn định của hệ nhựa epoxy/BC, đã theo dõi sự tách pha của vi
sợi BC trong tổ hợp nhựa epoxy/BC. Sau thời gian 24 giờ, tổ hợp nhựa
epoxy/BC trong axeton không chứa chất liên kết đã bị phân lớp, vi sợi BC kết tụ
thành màng nổi lên trên dung dịch nhựa epoxy (hình 3.6a), trong khi đó tổ hợp
nhựa epoxy/BC với 2% chất liên kết vẫn là hỗn hợp đồng nhất (hình 3.6b).

Đã tiến hành chế tạo màng từ tổ hợp nhựa epoxy/BC không có và có chất liên kết
GS. Ảnh chụp SEM thể hiện trên hình 3.7 cho thấy khi không có chất liên kết, các
a
b

7
phần tử vi sợi BC phân tán không đồng đều trong nền nhựa epoxy, tạo thành các tập
hợp với kích thước lên tới 5 - 10 μm (hình 3.7a). Trong khi đó chỉ với 2%GS, sự
phân tán của vi sợi BC trong nền nhựa epoxy tốt hơn đáng kể, phần lớn vi sợi BC
đã được phân tán đều dưới dạng sợi với đường kính dưới 100 nm, tuy nhiên vẫn
quan sát thấy các bó sợi và các tập hợp vi sợi có kích thước μm (hình 3.7b).


Hình 3.6 Ảnh quang học nhựa
epoxy/BC không có chất liên kết (a) và
có chất liên kết (b)


Hình 3.7 Ảnh SEM màng epoxy/BC
không có chất liên kết (a) và
có chất liên kết (b)
b. Phương pháp nghiền hành tinh
Để khảo sát sự phân tán vi sợi BC trong nền nhựa epoxy bằng phương pháp
nghiền hành tinh, đã tiến hành nghiền hỗn hợp nhựa nền epoxy Epikote 828 chứa
0,2% vi sợi BC với 2% chất liên kết glymo silan (tính theo khối lượng nhựa
epoxy) với thời gian thay đổi. Quan sát sự phân tán của vi sợi BC trong nhựa nền
epoxy bằng phương pháp chụp ảnh SEM màng nhựa epoxy/BC cho thấy với thời
gian nghiền 180 phút và 540 phút (hình 3.8a, b), vi sợi BC chưa phân tán đều
trong nhựa nền epoxy. Khi kéo dài thời gian nghiền lên 720 phút, vi sợi BC phân
tán tốt, chủ yếu dưới dạng sợi đơn với đường kính nhỏ hơn 100 nm.

Hình 3.8 Ảnh SEM nhựa epoxy/BC với thời gian nghiền khác nhau
(a) nghiền 180 phút, (b) nghiền 540 phút, (c) nghiền 720 phút
c. Phương pháp khuấy có hỗ trợ siêu âm
Đã khảo sát sự phân tán của vi sợi BC trong nhựa epoxy bằng phương pháp
khuấy có hỗ trợ siêu âm với thời gian thay đổi. Kết quả quá trình phân tán thể
hiện qua ảnh chụp SEM của các màng từ tổ hợp nhựa epoxy/BC cho thấy chỉ sau
30 phút khuấy, vi sợi BC đã phân tán phần lớn dưới dạng sợi đơn, tuy nhiên vẫn
còn rải rác các bó sợi (hình 3.9a). Khi tăng thời gian khuấy lên 60 phút, vi sợi BC
phân tán trong nhựa epoxy đồng đều dưới dạng sợi đơn (hình 3.9b). Nếu kéo dài
thời gian khuấy thêm 30 phút nữa, mức độ phân tán vi sợi BC trong nhựa epoxy
gần như không thay đổi (hình 3.9c). Do đó, thời gian khuấy có hỗ trợ siêu âm tổ
hợp nhựa epoxy/BC được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo là 60 phút.
Một trong những dấu hiệu thể hiện kích thước nano của vật liệu là sự trong suốt
quang học [53]. Đã tiến hành chụp ảnh màng vật liệu từ các tổ hợp nhựa epoxy/BC
được chế tạo theo phương pháp khuấy cơ học và phương pháp khuấy có hỗ trợ siêu
âm (hình 3.10). Kết quả cho thấy độ trong suốt quang học của màng từ tổ hợp nhựa
a
b
a
b
b
a
c

8
epoxy/BC nhận được bằng phương pháp khuấy siêu âm (hình 3.10b) cao hơn hẳn
so với màng nhận được từ phương pháp khấy cơ học (hình 3.10a).

Ảnh chụp hiển vi phát xạ trường (FESEM) các màng nêu trên (hình 3.11) là
minh chứng cho nhận định trên.



Hình 3.9 Ảnh SEM nhựa epoxy/BC với thời gian khuấy siêu âm khác nhau
(a) 30 phút, (b) 60 phút, (c) 90 phút


Hình 3.10 Ảnh quang học màng
epoxy/0,2% BC phân tán bằng phương
pháp khuấy thường (a), khuấy có hỗ
trợ siêu âm (b)


Hình 3.11 Ảnh FESEM nhựa
epoxy/BC phân tán bằng phương pháp
nghiền hành tinh 15 giờ (a) và khuấy
có hỗ trợ siêu âm 60 phút (b)
Nhận xét: Đã nghiên cứu 3 phương pháp cơ học để phân tán vi sợi xenlulo
hình thành do vi khuẩn vào nhựa epoxy: phương pháp khuấy thường, phương
pháp khuấy có hỗ trợ siêu âm và phương pháp nghiền hành tinh. Phương pháp
khuấy có hỗ trợ siêu âm và nghiền hành tinh đều có khả năng phân tán được vi
sợi đồng đều trong nhựa nền ở kích thước đường kính dưới 100 nm
3.1.2. Khảo sát quá trình đóng rắn tổ hợp nhựa epoxy/BC
3.1.2.1. Chất đóng rắn MHHPA
Để lựa chọn điều kiện thích hợp cho quá trình chế tạo vật liệu compozit
epoxy/BC, đã tiến hành khảo sát quá trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 và
hệ nhựa epoxy Epikote 828/BC bằng MHHPA.
a. Ảnh hưởng của hàm lượng MHHPA đến quá trình đóng rắn

Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất đóng rắn MHHPA đến quá trình
đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 đã tiến hành phản ứng đóng rắn với sự thay
đổi tỷ lệ mol nhựa epoxy/MHHPA = 1/0,80 ÷ 1/1,05 ở nhiệt độ 120
o
C và hàm
lượng xúc tác NMI là 1,5% (theo khối lượng hệ epoxy/MHHPA).
Kết quả trình bày trên hình 3.12 cho thấy: khi hàm lượng MHHPA thay đổi
từ 0,8 đến 1,05 so với 1 mol nhựa epoxy sau 7 phút đầu mức độ đóng rắn thay
đổi không đáng kể. Trong khoảng thời gian từ 10 phút đến 25 phút ở các tỷ lệ
mol nhựa epoxy/MHHPA từ 1/0,8 đến 1/1 mức độ đóng rắn của nhựa epoxy có
sự khác biệt nhưng khi vượt tỷ lệ đương lượng (1/1,05) mức độ đóng rắn gần
như không thay đổi so với tỷ lệ mol nhựa epoxy/MHHPA ở tỷ lệ đương lượng.
Vận tốc phản ứng đóng rắn của các hệ nhựa epoxy/MHHPA ở 120
o
C theo
thời gian trình bày trên hình 3.13 cho thấy ở tỷ lệ mol nhựa epoxy/MHHPA =
a
b
a
b
a
c
b

9
1/0,8 đến 1/1, vận tốc đóng rắn tăng khi hàm lượng MHHPA tăng. Nếu tiếp tục
nâng hàm lượng MHHPA lên 1,05 mol so với 1 mol nhựa epoxy thì vận tốc
phản ứng đóng rắn không thay đổi so với vận tốc phản ứng ở tỷ lệ đương lượng.
Vận tốc phản ứng đóng rắn tăng theo thời gian và đạt cực đại sau khi bắt đầu
phản ứng. Giá trị pic cực đại tăng khi tỷ lệ mol nhựa epoxy/MHHPA tăng từ

1/0,8 đến 1/1,0. Nếu tiếp tục tăng hàm lượng MHHPA lên 1,05 so với 1 mol
nhựa epoxy, giá trị cực đại này hầu như không thay đổi.


Hình 3.12 Ảnh hưởng của hàm lượng
MHHPA đến mức độ đóng rắn của
nhựa epoxy
(1) Tỷ lệ mol epoxy/MHHPA = 1/0,80
(2) Tỷ lệ mol epoxy/MHHPA = 1/0,90
(3) Tỷ lệ mol epoxy/MHHPA = 1/0,95
(4) Tỷ lệ mol epoxy/MHHPA = 1/1,00
(5) Tỷ lệ mol epoxy/MHHPA = 1/1,05
Hình 3.13 Ảnh hưởng của hàm lượng
MHHPA đến vận tốc phản ứng đóng
rắn của nhựa epoxy
(1) Tỷ lệ mol epoxy/MHHPA = 1/0,80
(2) Tỷ lệ mol epoxy/MHHPA = 1/0,90
(3) Tỷ lệ mol epoxy/MHHPA = 1/0,95
(4) Tỷ lệ mol epoxy/MHHPA = 1/1,00
(5) Tỷ lệ mol epoxy/MHHPA = 1/1,05
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng đóng rắn
Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng đóng rắn nhựa epoxy
Epikote 828 bằng MHHPA đã tiến hành đóng rắn hệ nhựa epoxy/MHHPA với
tỷ lệ mol 1/0,8 có mặt 1,5% xúc tác NMI và nhiệt độ thay đổi. Kết quả thể hiện
trên hình 3.14 cho thấy khi tăng nhiệt độ, mức độ đóng rắn tăng và thời gian
đóng rắn giảm đáng kể: Ở nhiệt độ 80
o
C thời gian để đóng rắn gần như hoàn
toàn là 130 phút, ở 100
o

C thời gian đó là 60 phút và 130
o
C là 17 phút.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng đóng rắn nhựa epoxy được
trình bày trên hình 3.15.


Hình 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ
đến mức độ đóng rắn nhựa epoxy
(1) 80
o
C; (2) 90
o
C; (3) 100
o
C;
(4) 110
o
C; (5) 120
o
C; (6) 130
o
C
Hình 3.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến
vận tốc phản ứng đóng rắn nhựa epoxy
(1) 80
o
C; (2) 90
o
C; (3) 100

o
C;
(4) 110
o
C; (5) 120
o
C; (6) 130
o
C

10
c. Ảnh hưởng của hàm lượng NMI đến quá trình đóng rắn
Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác NMI đến quá
trình đóng rắn hệ nhựa epoxy/MHHPA = 1/0,8 ở nhiệt độ 100
o
C. Kết quả khảo
sát trình bày trên hình 3.16 cho thấy khi không có xúc tác, phản ứng đóng rắn
gần như không xảy ra. Chỉ với 1,5% NMI, phản ứng đóng rắn xảy ra nhanh
chóng, sau 60 phút mức độ đóng rắn đạt gần 80%. Ở 2% NMI phản ứng đóng
rắn xảy ra rất nhanh và đóng rắn hoàn toàn chỉ sau 10 phút.


Hình 3.16 Ảnh hưởng của hàm lượng
chất xúc tác NMI đến mức độ đóng rắn
nhựa epoxy (1) 0% NMI;
(2) 0,5% NMI; (3) 1,0%NMI;
(4) 1,5% NMI; (5) 2,0% NMI
Hình 3.17 Ảnh hưởng của hàm lượng
xúc tác NMI đến vận tốc phản ứng đóng
rắn nhựa epoxy (1) 0% NMI;

(2) 0,5% NMI; (3) 1,0% NMI;
(4) 1,5% NMI; (5) 2,0% NMI
Đồ thị ảnh hưởng của hàm lượng NMI đến vận tốc đóng rắn theo thời gian
thể hiện trên hình 3.17 cho thấy khi hàm lượng xúc tác NMI tăng, vị trí điểm
cực đại của vận tốc phản ứng càng gần với thời điểm bắt đầu phản ứng và giá trị
cực đại này càng cao.
d. Ảnh hưởng của hàm lượng polyol đến quá trình đóng rắn
Đã khảo sát ảnh hưởng của polyol đến quá trình đóng rắn của hệ nhựa
epoxy/MHHPA = 1/0,8 có mặt xúc tác NMI 1,5% ở 100
o
C. Kết quả trình bày
trên hình 3.18 và 3.19 cho thấy vận tốc phản ứng và giá trị vận tốc cực đại cao
nhất ở hàm lượng polyol 1,5%.
e. Ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến quá trình đóng rắn
Đã tiến hành khảo ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến quá trình đóng rắn
hệ epoxy/MHHPA (hình 3.20 và 3.21) và nhận thấy khi hàm lượng vi sợi BC
tăng từ 0 đến 0,3%, mức độ đóng rắn của nhựa theo thời gian thay đổi không đáng
kể. Vận tốc đóng rắn của hệ nhựa giảm khi có mặt vi sợi BC và khi hàm lượng vi
sợi BC càng tăng, vận tốc đóng rắn càng giảm.
Nhận xét: Đã tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn
nhựa epoxy Epikote 828 và nhận thấy ở tỷ lệ mol nhựa epoxy/MHHPA = 1/0,8,
nhiệt độ 100
o
C, hàm lượng xúc tác NMI và polyol là 1,5%, thời gian đóng rắn
thích hợp để chế tạo vật liệu polyme compozit.
3.1.2.2. Chất đóng rắn DDS
Để lựa chọn điều kiện thích hợp cho quá trình chế tạo vật liệu compozit đã
tiến hành khảo sát quá trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 và tổ hợp nhựa
epoxy Epikote 828/BC bằng DDS.
Đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn nhựa epoxy

Epikote 828 bằng DDS và nhận thấy ở tỷ lệ đương lượng epoxy/amin là 1/0,92;

11
hàm lượng xúc tác axit salisilic là 7% mol (tính theo hàm lượng mol nhóm
epoxy) và nhiệt độ 145
0
C, thời gian phản ứng thích hợp để chế tạo vật liệu
polyme compozit.


Hình 3.18 Ảnh hưởng của hàm lượng
polyol đến mức độ đóng rắn nhựa
epoxy (1) 0% polyol;
(2) 1,0% polyol; (3) 1,5% polyol
Hình 3.19 Ảnh hưởng của hàm lượng
polyol đến vận tốc phản ứng đóng rắn
nhựa epoxy (1) 0% polyol;
(2) 1,0% polyol; (3) 1,5% polyol



Hình 3.20 Ảnh hưởng của hàm lượng vi
sợi BC đến mức độ đóng rắn nhựa
epoxy (1) 0,1% BC; (2) 0,2% B,(3) 0,3%
BC và (4) Nhựa epoxy nguyên thể
Hình 3.21 Ảnh hưởng của hàm lượng vi
sợi BC đến vận tốc đóng rắn nhựa
epoxy (1) 0,1% BC; (2) 0,2% B,(3)
0,3% BC và (4) Nhựa epoxy nguyên thể
3.1.3. Tính chất cơ học của tổ hợp nhựa epoxy/BC đóng rắn MHHPA

3.1.3.1. Năng lượng tập trung ứng suất tới hạn
Để đánh giá độ dai phá hủy của vật liệu đã tiến hành xác định năng lượng tập
trung ứng suất tới hạn (năng lượng tính trên một đơn vị diện tích bề mặt phá
hủy mẫu - K
IC
).
a. Ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến hệ số K
IC

Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến hệ số K
IC
của nhựa
epoxy, đã tiến hành chế tạo VLPC với 2% chất liên kết glymo silan có và không
có vi sợi BC, đóng rắn bằng MHHPA, xúc tác NMI, polyol. Kết quả thể hiện
trên hình 3.29 cho thấy, khi đưa vi sợi BC vào nhựa nền epoxy với hàm lượng
từ 0,1 đến 0,4% (tính theo khối lượng nhựa epoxy) đã cải thiện đáng kể hệ số
K
IC
. Năng lượng tập trung ứng suất tới hạn của vật liệu tăng dần khi hàm lượng
vi sợi BC tăng từ 0 đến 0,3%. Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng vi sợi BC lên 0,4%
thì hệ số này lại giảm. Vật liệu nhựa nền với 0,3% vi sợi BC có hệ số K
IC
cao
nhất, tăng 35,0% so với nhựa epoxy nguyên thể.

12
Sự tăng hệ số tập trung ứng suất tới
hạn (K
IC
) khi nhựa epoxy có chứa

0,3% vi sợi BC có thể được giải thích
như sau: vi sợi BC là vật liệu nano
với đường kính vài nm và chiều dài
vài µm, sự có mặt của vi sợi BC trên
đường phát triển vết nứt có tác dụng
làm đổi hướng hoặc thậm chí dừng
hẳn vết nứt. Do đó năng lượng cần
thiết để vết nứt tiếp tục phát triển sẽ
lớn hơn. Nói cách khác, vật liệu sẽ
bền hơn do năng lượng cần để phá
hủy cao hơn. Điều này cũng được
minh chứng qua ảnh chụp SEM bề
mặt phá hủy mẫu sau khi xác định K
IC

trên hình 3.30.
VLPC từ nhựa epoxy với hàm lượng
vi sợi BC 0,3% được chế tạo theo 3
phương pháp: khuấy tốc độ cao,
nghiền hành tinh và khuấy có hỗ trợ
siêu âm và được đóng rắn bằng
MHHPA có xúc tác NMI. Kết quả thể
hiện trên hình 3.33 cho thấy: cả 3
phương pháp phân tán đều có tác dụng
cải thiện hệ số K
IC
. Tuy nhiên hai
phương pháp nghiền hành tinh và
khuấy có hỗ trợ siêu âm có hiệu quả
hơn trong việc tạo ra vật liệu có hệ số

K
IC
cao.

Hình 3.29 Ảnh hưởng của hàm lượng
vi sợi BC đến hệ số K
IC
của hệ nhựa
epoxy/BC đóng rắn bằng MHHPA





Hình 3.30 Ảnh SEM bề mặt phá hủy vật liệu sau thử nghiệm xác định K
IC
với
độ phóng đại 100 lần ở các vị trí khác nhau:
khởi đầu vết nứt (a) và phát triển vết nứt (c) của nhựa epoxy nguyên thể
khởi đầu vết nứt (b) và phát triển vết nứt (d) của nhựa epoxy/0,3% BC
b. Ảnh hưởng của thời gian phân tán vi sợi BC đến hệ số K
IC

Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian phân tán vi sợi BC đến hệ số K
IC
đã lựa
chọn phương pháp khuấy có hỗ trợ siêu âm tổ hợp nhựa epoxy/0,3%BC. Kết quả
ở mục 3.1.1.2 cho thấy với phương pháp này chỉ sau 60 phút, vi sợi BC đã phân
tán vào nhựa epoxy một cách đồng đều và hầu hết dưới dạng vi sợi đơn nên thời
gian khuấy siêu âm được khảo sát là 30 phút và 60 phút. Sự phụ thuộc hệ số K

IC

vào thời gian khuấy siêu âm trình bày trên hình 3.34 cho thấy sau 30 phút, giá trị
K
IC
tăng 37,0% so với nhựa epoxy, và sau 60 phút, con số đó là 42,1%.
c. Ảnh hưởng của chất liên kết glymo silan đến hệ số K
IC

Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất liên kết đến giá trị K
IC
đã tiến
hành chế tạo vật liệu đúc từ tổ hợp nhựa epoxy/0,3%BC đóng rắn bằng hệ
MHHPA và xúc tác NMI với hàm lượng GS thay đổi.
Kết quả khảo sát trình bày trên hình 3.35 cho thấy sự có mặt chất liên kết
glymosilan đã làm tăng đáng kể hệ số K
IC
của vật liệu. Với 2%GS, hệ số K
IC

của vật liệu đạt giá trị cao nhất (0,7740 MPa.m
1/2
), tăng 36,8% so với vật liệu
không sử dụng GS.
a
b
c
d

13

Hình 3.33 Ảnh hưởng của phương
pháp phân tán đến hệ số K
IC

Hình 3.34 Ảnh hưởng của thời gian
khuấy có hỗ trợ siêu âm đến hệ số Kic


0.7641
0.7740
0.6166
0.6374
0.5659
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Epoxy 0,3%BC/0%GS 0,3%BC/1%GS 0,3%BC/2%GS 0,3%BC/3%GS



Hình 3.35 Ảnh hưởng của hàm lượng GS đến hệ số K
IC

Đã tiến hành chụp ảnh SEM bề mặt phá hủy VL từ nhựa epoxy/0,3% BC không
có và có 2% GS sau khi xác định hệ số K
IC

. Kết quả thể hiện trên hình 3.36 và 3.37.








Hình 3.36 Ảnh SEM bề mặt phá hủy sau khi xác định K
IC
ở vị trí khởi đầu vết
nứt của vật liệu từ tổ hợp nhựa epoxy/0,3% BC với 2%GS (a,b,c,d) và khởi đầu
vết nứt của vật liệu từ tổ hợp nhựa epoxy/0,3% BC không có GS (e,f,g,h)
K
IC
, MPa.m
1/2

Thời gian, phút
a
b
c
d
e
f
g
h

14

Hình 3.37 Ảnh SEM bề mặt phá hủy của vật liệu sau thử nghiệm xác định K
IC
ở
vị trí phát triển vết nứt của vật liệu từ tổ hợp nhựa epoxy/0,3% BC với 2%GS
(a,b,c,d) và của vật liệu từ tổ hợp nhựa epoxy/0,3% BC không có GS (e,f,g,h)
Kết quả thể hiện trên hình 3.36 và hình 3.37 cho thấy khi không sử dụng chất
liên kết GS: các vết nứt từ khi xuất hiện (hình 3.36 e,f,g,h) đến khi phát triển (hình
3.37 e,f,g,h) đều theo một hướng nhất định, vùng bị phá hủy phẳng, nhẵn chứng tỏ
quá trình phá hủy xảy ra rất nhanh, vật liệu thể hiện tính giòn rõ rệt. Trong khi vật
liệu chứa 2% GS, các vết nứt khi mới bắt đầu đã dích dắc (hình 3.36a,b,c,d), giai
đoạn sau vết nứt phát triển theo nhiều hướng khác nhau, chằng chịt và đổi hướng
liên tục, bề mặt phá hủy lồi lõm, gồ ghề (hình 3.37a,b,c,d). Vì vậy hệ số K
IC
của
vật liệu chứa vi sợi BC cao hơn hẳn so với khi không có vi sợi BC.
3.1.3.2. Độ bền cơ học của hệ nhựa nền epoxy/BC
Để khảo sát tính chất cơ học của nhựa epoxy gia cường bằng vi sợi BC, đã
tiến hành chế tạo vật liệu từ nhựa epoxy Epikote 828 và vi sợi BC bằng phương
pháp khuấy có hỗ trợ siêu âm trong 60 phút, không có và có 2% GS, đóng rắn
bằng MHHPA (tỷ lệ mol nhựa epoxy/MHHPA = 1/0,8) với 1,5% xúc tác NMI
1,5% polyol (tính theo khối lượng hệ nhựa epoxy/MHHPA) ở 100
o

C, trong thời
gian là 60 phút. Kết quả khảo sát thể hiện trên hình 3.38 cho thấy: vật liệu từ hệ
nhựa epoxy/0,3% BC có sử dụng 2% chất liên kết GS, độ bền kéo tăng 9,0 % so
với vật liệu không có GS, tăng 14,5% so với nhựa epoxy nguyên thể.
Kết quả trên đồ thị hình 3.39 cho thấy vi sợi BC làm tăng nhẹ độ bền kéo của
hệ nhựa epoxy. Khi tăng hàm lượng vi sợi BC từ 0 đến 0,3%, độ bền kéo của
vật liệu tăng và đạt tối đa 53,3 MPa ở hàm lượng vi sợi BC là 0,3% (tăng 14,5%
so với nhựa epoxy nguyên thể). Nhưng nếu tiếp tục tăng vi sợi BC lên 0,4% độ
bền kéo lại giảm xuống. Tương tự độ bền kéo: modun kéo của vật liệu cũng
tăng khi tăng hàm lượng vi sợi BC từ 0 lên 0,3%, sau đó giá trị modun giảm khi
vi sợi BC tăng lên 0,4%.
Độ bền uốn và modun uốn của vật liệu cũng có quy luật tương tự như độ bền
kéo: độ bền uốn và modun uốn của vật liệu từ hệ nhựa epoxy/0,3% BC có 2%
trợ tương hợp GS tăng lần lượt là 9,3% và 12,4% so với vật liệu không sử dụng
chất liên kết. Giá trị độ bền uốn, modun đàn hồi khi uốn cũng tăng khi tăng hàm
lượng vi sợi BC và đạt tối đa ở hàm lượng vi sợi BC là 0,3%.
a
b
c
d
e
f
g
h

15
Các kết quả trên hình 3.42 và 3.43 cho thấy: vật liệu từ tổ hợp nhựa
epoxy/0,3% BC có sử dụng chất liên kết có độ bền va đập cao hơn so với vật
liệu đó không có chất liên kết (tăng 44,5%). Khi thay đổi hàm lượng vi sợi BC
trong hệ vật liệu từ 0,1 đến 0,4%, độ bền va đập của vật liệu gần như không

thay đổi.


Hình 3.38 Ảnh hưởng của GS đến tính
chất kéo nhựa nền
Hình 3.39 Ảnh hưởng của hàm lượng
vi sợi BC đến tính chất kéo nhựa nền



Hình 3.42 Ảnh hưởng của GS đến tính
chất va đập của nhựa nền
Hình 3.43 Ảnh hưởng của hàm
lượng vi sợi BC đến tính chất va đập
của nhựa nền
Nhận xét: Vật liệu đúc từ nhựa epoxy với hàm lượng vi sợi BC là 0,3%, hàm
lượng chất liên kết GS 2%, phân tán theo phương pháp khuấy có hỗ trợ siêu âm
trong 60 phút, đóng rắn MHHPA, xúc tác NMI, polyol có tính chất cơ học tốt
nhất:
Độ bền kéo: 53,3 MPa (tăng 14,5% so với nhựa epoxy nguyên thể).
Độ bền uốn: 82,7 MPa (tăng 12,6% so với nhựa epoxy nguyên thể).
Độ bền va đập Izod: 7,3 KJ/m
2

Hệ số K
IC
: 0,77641 MPa.m
1/2
(tăng 35,0% so với nhựa epoxy nguyên thể).
3.2. VLPC từ nhựa epoxy/BC gia cƣờng sợi thủy tinh

3.2.1. VLPC từ nhựa epoxy gia cƣờng sợi thủy tinh có vi sợi BC
đóng rắn bằng MHHPA
3.2.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ sợi thủy tinh/nhựa epoxy đến tính chất cơ học của VLPC
Để khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ sợi thủy tinh/nhựa epoxy đến tính chất cơ
học của vật liệu đã tiến hành chế tạo VLPC từ nhựa epoxy Epikote 828, đóng
rắn bằng MHHPA (tỷ lệ mol nhựa epoxy/MHHPA = 1/0,8), có mặt 1,5% xúc

16
tác NMI, 1,5% polyol (theo khối lượng hệ epoxy/MHHPA) ở nhiệt độ 100
o
C
với tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh/nhựa epoxy thay đổi. Kết quả trình bày trên
hình 3.44 và hình 3.45 cho thấy với tỷ lệ sợi thủy tinh/nhựa epoxy là 60/40, vật
liệu compozit có tính chất cơ lý tốt nhất.
3.2.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến tính chất cơ học của VLPC
Để khảo sát hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến tính chất cơ học của vật liệu
epoxy compozit gia cường sợi thủy tinh đã tiến hành chế tạo vật liệu compozit như
trong mục 3.2.1.1 với tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh/nhựa epoxy là 60/40 và hàm
lượng vi sợi BC thay đổi từ 0 đến 0,4% (theo khối lượng nhựa epoxy). Kết quả thể
hiện trên hình 3.46 và hình 3.47 cho thấy vật liệu với hàm lượng vi sợi BC là
0,3% ở tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh/nhựa epoxy là 60/40 cho các tính chất cơ
học tốt nhất (độ bền kéo tăng 11,8%, độ bền uốn tăng 12,6% so với VLPC
không có vi sợi BC).


Hình 3.44 Ảnh hưởng của tỷ lệ
sợi/nhựa đến tính chất kéo của VLPC
đóng rắn bằng MHHPA
Hình 3.45 Ảnh hưởng của tỷ lệ
sợi/nhựa đến tính chất uốn của VLPC

đóng rắn bằng MHHPA



Hình 3.46 Ảnh hưởng của hàm lượng
vi sợi BC đến tính chất kéo của VLPC
đóng rắn bằng MHHPA
Hình 3.47 Ảnh hưởng của hàm lượng
vi sợi BC đến tính chất uốn của VLPC
đóng rắn bằng MHHPA
3.2.1.3. Ảnh hưởng của vi sợi BC đến G
IC
của VLPC
Độ dai phá hủy của VLPC được xác định thông qua năng lượng tách lớp
(G
IC
) khi tiến hành phép thử tách hai lớp sợi thủy tinh. Kết quả trên hình 3.48
ghi lại mức độ dịch chuyển vết nứt dưới tác dụng của lực cho thấy vi sợi BC có
ảnh hưởng đáng kể đến lực cần thiết để xảy ra sự tách lớp trong vật liệu
compozit epoxy/sợi thủy tinh. Vật liệu compozit không có vi sợi BC, lực cần
thiết để xảy ra tách lớp nằm trong khoảng 10 - 20N, với vật liệu compozit có

17
0,3% BC, lực tách lớp cần thiết lên đến 30 - 60 N, tăng hơn 3 lần so với mẫu
không có vi sợi BC. Điều này cũng đồng nghĩa với việc, sự có mặt của vi sợi
BC đã làm tăng khả năng chống lại sự tách lớp của vật liệu tức là làm tăng độ
dai phá hủy của vật liệu.
Ngoài ra, các đồ thị trên còn cho thấy sự phát triển vết nứt xảy ra do sự tách
lớp là quá trình không liên tục mà xảy ra theo từng bước. Với vật liệu compozit
không có vi sợi BC, các bước phát triển vết nứt (tức là quá trình tách lớp) diễn ra

không đều đặn, có chỗ phát triển rất nhanh, mạnh (thể hiện ở bước phát triển vết
nứt dài và lực giảm rất mạnh khi tách được một bước) nhưng cũng có chỗ lại
phát triển rất chậm, lực giảm không đáng kể. Khi có mặt vi sợi BC với hàm
lượng từ 0,1 đến 0,3% thì các bước phát triển vết nứt của vật liệu đã xảy ra một
cách đều đặn hơn, các bước tách lớp ngắn hơn và mức độ giảm lực khi xảy ra
tách lớp cũng giảm đi đáng kể. Điều này chứng tỏ ít nhiều vi sợi BC đã làm cho
vật liệu ổn định hơn dưới tác dụng của lực gây ra sự tách lớp. Điều này càng thể
hiện rõ hơn ở năng lượng phá hủy do tách lớp của vật liệu (G
IC
)

được tính toán
thông qua các số liệu trên hình 3.48 và các số liệu độ dài vết nứt ghi lại trong quá
trình thử nghiệm.
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100 120 140
Độ dịch chuyển (mm)
Lực (N)

0
10
20
30
40

50
60
0 20 40 60 80 100 120
Độ dịch chuyển (mm)
Lực (N)

0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100 120
Độ dịch chuyển (mm)
Lực (N)

0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100 120
Độ dịch chuyển (mm)
Lực (N)

0
10

20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100 120
Độ dịch chuyển (mm)
Lực (N)

Hình 3.48 Đồ thị lực - độ
dịch chuyển vết nứt của vật
liệu epoxycompozit gia
cường sợi thủy tinh có mặt
vi sợi BC đóng rắn bằng
MHHPA (a) 0%BC,
(b) 0,1%BC, (c) 0,2%BC,
(d) 0,3%BC, (e) 0,4%BC
Các kết quả tính toán G
IC
theo phương pháp Modified Beam Theory (MBT)
và phương pháp Modified Compliance Calibration (MCC) được trình bày trong
bảng 3.1 và hình 3.49 cho thấy 2 điểm: thứ nhất, khi có mặt vi sợi BC trong
VLPC, các bước phát triển vết nứt ngắn và đều đặn hơn so với vật liệu không có
vi sợi BC. Thứ hai, khi hàm lượng vi sợi BC tăng dần từ 0 đến 0,3% thì giá trị
G
IC
này cũng tăng theo. Vật liệu với 0,3% BC cho các giá trị G
IC
là lớn nhất.
Giá trị độ bền dai phá hủy VLPC ở thời điểm bắt đầu xuất hiện vết nứt (G

I0
) và
giá trị trung bình trong quá trình phát triển vết nứt (G
IC-P
) tăng dần khi hàm lượng vi
sợi BC tăng từ 0 đến 0,3%. Vật liệu compozit epoxy/sợi thủy tinh có 0,3%BC cho
các giá trị G
I0
, G
IC-P
tăng vượt trội so với các mẫu còn lại: G
I0
của mẫu 0,3% BC
(đạt 815,7 J/m
2
) tăng 102,3% so với mẫu không có vi sợi BC (403,2 J/m
2
); G
IC-P
của
mẫu có 0,3% BC tăng 95,0% so với mẫu không có vi sợi BC (1277,7 J/m
2
so với
655,2 J/m
2
) tính theo phương pháp MBT. Tuy nhiên với mẫu có 0,4% BC thì các
giá trị G
I0
, G
IC-P

lại giảm mạnh so với mẫu có 0,3% BC và gần tương đương với
mẫu không có vi sợi BC.
a
b
c
d
e

18
Bảng 3.1 Độ bền dai phá hủy của VLPC (G
IC
) trên cơ sở nhựa epoxy và sợi
thủy tinh có và không có vi sợi BC
Hàm lượng
BC, %
G
I0
(MBT)
J/m
2

G
I0
(MCC)
J/m
2

G
IC-P
(MBT)

J/m
2

G
IC-P
(MCC)
J/m
2

0,0
403,2
439,3
655,2
670,7
0,1
594,6
515,9
792,5
802,0
0,2
707,4
736,5
831,0
885,4
0,3
815,7
747,0
1277,7
1267,7
0,4

437,3
485,6
595,0
636,9
(G
I0
là độ bền dai phá hủy tại thời điểm bắt đầu xuất hiện vết nứt, G
IC-P
là là
độ bền dai phá hủy trong quá trình phát triển vết nứt)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
50 60 70 80 90 100 110 120
Độ dài vết nứt (mm)
GIC (J/m2)

0
200
400
600
800
1000
1200

1400
1600
50 60 70 80 90 100 110 120
Độ dài vết nứt (mm)
GIC (J/m2)

0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
50 60 70 80 90 100 110 120 130
Độ dài vết nứt (mm)
GIC (J/m2)

0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
50 60 70 80 90 100 110 120 130
Độ dài vết nứt (mm)

GIC (J/m2)

100
300
500
700
900
1100
1300
1500
1700
50 60 70 80 90 100 110
Độ dài vết nứt (mm)
GIC (J/m2)

Hình 3.48 Đồ thị lực - độ
dịch chuyển vết nứt của VL
epoxycompozit gia cường
sợi thủy tinh có mặt vi sợi
BC đóng rắn bằng MHHPA
(a) 0%BC, (b) 0,1%BC, (c)
0,2%BC, (d) 0,3%BC,
(e) 0,4%BC
Đã tiến hành chụp ảnh SEM bề mặt phá hủy vật liệu sau khi xác định năng
lượng tách lớp G
IC
. Quan sát ảnh chụp SEM bề mặt tách lớp VLPC không có vi
sợi BC (hình 3.50a và hình 3.51a,b), các vết nứt chủ yếu hình thành và phát
triển dọc theo thành sợi, bề mặt sợi thủy tinh sau khi bị tách ra khỏi nhựa nền
rất phẳng và nhẵn, hầu như không còn nhựa bám trên bề mặt sợi. Ngược lại, khi

có 0,3% BC (hình 3.50b và hình 3.51c,d), trên bề mặt sợi thủy tinh xuất hiện
nhựa nền bám dính lại, bề mặt phá hủy nhựa nền sau khi bị tách sợi thủy tinh
gồ ghề, các vết nứt phát triển theo nhiều hướng khác nhau. Điều này chứng tỏ
bản chất quá trình tách lớp diễn ra trong 2 loại vật liệu trên là hoàn toàn khác
nhau mà nguyên nhân chính là do sự có mặt của vi sợi BC trong nhựa nền.



Hình 3.50 Ảnh SEM bề mặt tách lớp VLPC epoxy/sợi thủy tinh đóng rắn
MHHPA không có vi sợi BC (a) và có 0,3% BC (b) ở độ phóng đại 200 lần sau
thử nghiệm xác định độ bền dai phá hủy
a
b
a
b
c
d
e

19




Hình 3.51 Ảnh SEM bề mặt phá hủy VLPC epoxy/sợi thủy tinh đóng rắn MHHPA
không có vi sợi BC (a,b) và có 0,3% BC (c,d) sau khi xác định độ bền dai phá hủy
3.2.1.4. Ảnh hưởng của vi sợi BC đến độ bền mỏi động của VLPC
Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến độ bền mỏi động của vật
liệu epoxy compozit gia cường sợi thủy tinh đã tiến hành chế tạo vật liệu compozit
như trong mục 3.2.1.2. Lực đặt vào vật liệu được chọn ở giá trị là 315,0 MPa

(tương đương khoảng 70% giá trị độ bền kéo đứt của vật liệu). Mẫu thử được kéo
với tần số 5Hz cho tới khi bị phá hủy hoàn toàn, kết quả được đưa ra trên hình
3.52 cho thấy khi tăng hàm lượng vi sợi BC từ 0 đến 0,3% (tính theo khối lượng
nhựa epoxy), độ bền mỏi của VLPC từ tổ hợp nhựa epoxy/BC gia cường sợi thủy
tinh tăng, VLPC với 0,3% BC cho độ bền mỏi tăng 19 lần. Nếu tăng hàm lượng vi
sợi BC trong vật liệu lên 0,4%, độ bền mỏi của vật liệu giảm đột ngột.
1.30E+04
2.43E+04
9.99E+04
1.36E+04
2.47E+05
0.00E+00 5.00E+04 1.00E+05 1.50E+05 2.00E+05 2.50E+05 3.00E+05 3.50E+05
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Hàm lượng BC, %
Độ bền mỏi động, chu kỳ

Hình 3.52 Ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến độ bền mỏi thử kéo vật liệu
epoxy compozit cốt sợi thủy tinh đóng rắn bằng MHHPA
Đã tiến hành thử nghiệm khả năng chịu mỏi động của vật liệu epoxy/sợi thủy
tinh có mặt vi sợi BC ở các ứng suất đặt vào mẫu khác nhau (70% và 80% độ
bền kéo đứt của vật liệu này). Kết quả thể hiện trên hình 3.53 cho thấy khi đưa
thêm vào hệ vật liệu epoxy/sợi thủy tinh 0,3% BC, độ bền mỏi động tăng mạnh
ở các lực đặt vào khác nhau. Cụ thể: mức độ tăng hơn 19 lần khi lực đặt vào
bằng 70% độ bền kéo đứt, và tăng gần 10 lần khi lực đặt vào bằng 80% độ bền
kéo đứt của vật liệu có 0,3% BC so với mẫu không chứa vi sợi BC.
Đã quan sát ảnh chụp SEM bề mặt phá hủy vật liệu compozit từ nhựa epoxy

có 0,3% BC và không có vi sợi BC gia cường sợi thủy tinh sau khi thử độ bền
mỏi (hình 3.54) và nhận thấy: với mẫu không có vi sợi BC, bề mặt phá hủy của
vật liệu khá phẳng và nhẵn. Còn với mẫu có 0,3% BC, các vết nứt chằng chịt,
bề mặt phá hủy mẫu gồ ghề hơn.
Nhận xét: Như vậy, việc đưa thêm vi sợi BC vào nhựa nền epoxy đã có tác dụng
rất lớn trong việc cải thiện tính chất giòn của nhựa epoxy thể hiện qua độ bền dai
a
b
c
d

20
phá hủy và độ bền mỏi của VLPC epoxy gia cường sợi thủy tinh. Tuy nhiên,
lượng vi sợi BC đưa vào vật liệu giới hạn bằng 0,3%, vì với lượng vi sợi BC lớn
hơn 0,3% sẽ gây ra hiện tượng vi sợi tập hợp lại với nhau dẫn tới sự giảm các tính
chất cơ học của vật liệu trong đó có năng lượng tách lớp và độ bền mỏi động.

Hình 3.53 Ảnh hưởng của lực đặt vào đến
độ bền mỏi thử kéo VLPC từ nhựa epoxy
cốt sợi thủy tinh đóng rắn bằng MHHPA



Hình 3.54 Ảnh SEM bề mặt thử mỏi
của compozit đóng rắn MHHPA
không có vi sợi BC (a
và có 0,3% BC (b)

3.2.2. VLPC từ nhựa epoxy/BC gia cƣờng sợi thủy tinh đóng rắn DDS
3.2.2.1. Ảnh hưởng của của tỷ lệ sợi thủy tinh/nhựa epoxy đến tính chất cơ học VLPC

Để khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh/nhựa epoxy đến độ
bền cơ học của VLPC đã chế tạo vật liệu từ hệ nhựa epoxy/DDS với tỷ lệ đương
lượng epoxy/amin là 1/0,92; hàm lượng xúc tác axit salisilic 7% mol (tính theo
nhóm epoxy), tỷ lệ khối lượng sợi/nhựa thay đổi. Các số liệu cho thấy cả độ bền
kéo, độ bền uốn cũng như modun kéo và modun uốn đạt tối đa ở tỷ lệ sợi/nhựa là
70/30. Do đó, tỷ lệ sợi/nhựa là 70/30 được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến tính chất cơ học của VLPC
Đã tiến hành chế tạo vật liệu từ hệ nhựa epoxy/DDS với tỷ lệ đương lượng
epoxy/amin là 1/0,92; hàm lượng xúc tác axit salisilic 7% mol (tính theo nhóm
epoxy), tỷ lệ khối lượng sợi/nhựa là 70/30, hàm lượng vi sợi BC thay đổi từ 0
đến 0,4% so với nhựa epoxy. Các kết quả khảo sát ảnh hưởng của vi sợi BC đến
tính chất cơ học của VLPC cho thấy: cả độ bền kéo, modun đàn hồi kéo và độ
bền uốn của vật liệu đều tăng nhẹ khi hàm lượng vi sợi BC tăng từ 0 tới 0,3%.
VLPC chứa 0,3% BC có độ bền kéo và modun đàn hồi kéo tăng lần lượt là
11,9% và 11,4%, độ bền uốn tăng 62,5% so với compozit không có vi sợi BC.
3.2.2.3. Ảnh hưởng của vi sợi BC đến độ bền dai phá hủy của VLPC
Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến độ bền dai phá hủy của
VLPC gia cường sợi thủy tinh từ nhựa nền epoxy/BC đóng rắn bằng DDS, đã
tiến hành chế tạo VLPC như trong mục 3.2.2.2. Sự thay đổi lực cần thiết để xảy
ra tách lớp vật liệu với các hàm lượng vi sợi BC khác nhau thể hiện trên hình
3.59 cho thấy: khi không có vi sợi BC, các bước tách lớp khá dài, không đều
đặn trong khi các mẫu có vi sợi BC, đặc biệt là mẫu có 0,3%BC, các bước tách
lớp là bước ngắn, xảy ra một cách đều đặn chứng tỏ hệ vật liệu ổn định hơn hẳn
hệ không có vi sợi BC. Ngoài ra, để tạo ra vết nứt dài khoảng 70cm khi tiến
hành thử nghiệm vật liệu, quãng đường dịch chuyển của 2 má kẹp với mẫu
không có vi sợi BC chỉ hơn 60mm và lực cần thiết chỉ nằm trong khoảng từ 8 -
a
b

21

20 N trong khi tất cả các mẫu có vi sợi BC với hàm lượng từ 0,1 đến 0,4% thì
độ dịch chuyển của 2 má kẹp cần hơn 100mm và lực cần thiết để xảy ra sự tách
lớp cũng lớn hơn so với mẫu không có vi sợi BC. Điều này chứng tỏ sự tách lớp
ở mẫu không có vi sợi BC xảy ra dễ dàng hơn hẳn các mẫu có vi sợi BC.
0
10
20
30
40
-10 10 30 50 70
Độ dịch chuyển (mm)
Lực (N)

0
10
20
30
40
0 20 40 60 80 100 120
Độ dịch chuyển (mm)
Lực (N)

0
10
20
30
40
0 20 40 60 80 100
Độ dịch chuyển (mm)
Lực (N)

0
10
20
30
40
0 20 40 60 80 100 120
Độ dịch chuyển (mm)
Lực (N)

0
10
20
30
40
0 20 40 60 80 100 120
Độ dịch chuyển (mm)
Lực (N)

Hình 3.59 Đồ thị Lực -
độ dịch chuyển vết nứt
của VLPC gia cường sợi
thủy tinh có mặt vi sợi
BC đóng rắn bằng DDS
(a) 0%BC, (b) 0,1%BC,
(c) 0,2%BC,
(d ) 0,3%BC, (e) 0,4%BC
Đã tính toán giá trị năng lượng tách lớp tại thời điểm bắt đầu xuất hiện vết
nứt (G
I0

) và trong quá trình phát triển vết nứt (G
IC-P
) theo 2 phương pháp khác
nhau (MBT và MCC). Kết quả thể hiện trên hình 3.60 và 3.61 cho thấy: năng
lượng G
IC-P
của vật liệu không có vi sợi BC khá nhỏ, nằm trong khoảng 300 đến
400 J/m
2
, vết nứt dài và phát triển nhanh thể hiện qua độ dịch chuyển vết nứt
lớn ở mỗi bước của quá trình tách lớp. Trái lại, khi có 0,3%BC trong vật liệu
compozit, giá trị G
IC-P
khá cao, từ 700 - 900J/m
2
, tăng đáng kể so với mẫu
không có vi sợi BC, các vết nứt ngắn và đều đặn. Điều này chứng tỏ độ dai của
vật liệu có 0,3%BC cao hơn và sự tách lớp của vật liệu xảy ra khó khăn hơn so
với vật liệu không có vi sợi BC.
0
200
400
600
800
1000
50 60 70 80 90 100 110 120
Độ dài vết nứt (mm)
GIC (J/m2)

0

200
400
600
800
1000
50 60 70 80 90 100 110 120 130
Độ dài vết nứt (mm)
GIC (J/m2)

100
300
500
700
900
50 60 70 80 90 100 110 120 130
Độ dài vết nứt (mm)
GIC (J/m2)

100
300
500
700
900
50 60 70 80 90 100 110 120 130
Độ dài vết nứt (mm)
GIC (J/m2)

0
200
400

600
800
1000
50 60 70 80 90 100 110 120 130
Độ dài vết nứt (mm)
GIC (J/m2)

Hình 3.60 Đồ thị quá
trình phát triển vết nứt
của VLPC gia cường sợi
thủy tinh có mặt vi sợi
BC đóng rắn DDS
(a) 0%BC, (b) 0,1%BC,
(c) 0,2%BC, (d) 0,3%BC,
(e) 0,4%BC
a
b
c
d
e
a
b
c
d
e

22
Ảnh hưởng của vi sợi BC đến độ bền dai phá hủy VLPC epoxy/sợi thủy tinh
tại thời điểm bắt đầu xuất hiện vết nứt (G
I0

) và giai đoạn phát triển vết nứt (G
IC-
P
) tính theo phương pháp MBT được trình bày trên hình 3.61.
Từ các kết quả trên đồ thị 3.61 nhận thấy, giá trị độ bền dai phá hủy vật liệu
trong giai đoạn phát triển vết nứt (G
IC-P
) cao hơn so với thời điểm bắt đầu xuất
hiện vết nứt (G
I0
) tính theo cả 2 phương pháp MCC và MBT. Khi hàm lượng vi
sợi BC tăng từ 0 đến 0,3%, giá trị G
I0
và G
IC-P
cũng tăng theo. Mẫu vật liệu có
0,3% BC cho độ bền dai lớn nhất, giá trị G
I0
đạt 728,7 J/m
2
, tăng 128,8% so với
không có vi sợi BC, giá trị

G
IC-P
đạt 804,9 J/m
2
, tăng 111,0% so với mẫu không
có vi sợi BC (tính theo phương pháp MBT). Khi tiếp tục tăng hàm lượng vi sợi
BC lên 0,4%, độ bền dai phá hủy lại giảm xuống.

Hình 3.61 Đồ thị ảnh hưởng của vi sợi BC đến độ bền dai phá hủy VLPC
epoxy/sợi thủy tinh tại thời điểm bắt đầu xuất hiện vết nứt (G
I0
) và giai đoạn
phát triển vết nứt (G
IC-P
) tính theo phương pháp MBT
Sự tăng độ bền dai phá hủy của VLPC khi có vi sợi BC được minh chứng bằng
ảnh SEM bề mặt phá hủy vật liệu sau khi xác định độ bền dai phá hủy (hình 3.62).




Hình 3.62 Ảnh SEM bề mặt phá hủy VLPC epoxy/sợi thủy tinh đóng rắn DDS
không có BC (a,b,c) và có 0,3% BC (d,e,f) sau khi xác định độ bền dai phá hủy
3.2.2.4. Ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến độ bền mỏi động của VLPC
Để khảo sát ảnh hưởng của vi sợi BC đến độ bền mỏi động của VLPC gia
cường sợi thủy tinh đã tiến hành chế tạo vật liệu compozit như trong mục
3.2.2.2. Lực đặt vào mẫu VL được chọn ở 2 mức khác nhau là 210,0 MPa
(tương đương 70% giá trị độ bền kéo đứt của vật liệu) và 240,0 MPa (tương
đương khoảng 80% giá trị độ bền kéo đứt của vật liệu). Kết quả được đưa ra
trên hình 3.63 cho thấy khi thay thế chất đóng rắn MHHPA bằng DDS, ảnh
hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến độ bền mỏi của VLPC cũng theo quy luật
như khi sử dụng chất đóng rắn MHHPA: độ bền mỏi của VLPC tăng khi hàm
lượng vi sợi BC tăng từ 0,1 đến 0,3% và đạt tối đa ở 0,3%, tăng 12 lần so với
a
b
c
d

23
VLPC từ nhựa epoxy không có vi sợi BC, trong khi đó con số này ở VLPC
đóng rắn bằng MHHPA là 19 lần.
3.90E+03
9.67E+03
1.99E+04
6.29E+03
4.73E+04
0.00E+00 1.00E+04 2.00E+04 3.00E+04 4.00E+04 5.00E+04 6.00E+04
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Hàm lượng BC, %
Độ bền mỏi động, chu kỳ

Hình 3.63 Ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến độ bền mỏi động của vật
liệu epoxy compozit cốt sợi thủy tinh đóng rắn DDS
Ảnh hưởng của lực đặt vào vật liệu đến độ bền mỏi của VLPC trình bày trên
hình 3.64 cho thấy: ở cả hai chế độ đặt tải, vật liệu có 0,3%BC đều có độ bền mỏi
cao hơn so với vật liệu không có vi sợi. Ở chế độ đặt tải thấp (70%), độ bền mỏi
của vật liệu có 0,3% vi sợi cao hơn của vật liệu không có vi sợi khoảng 12 lần.
Tuy nhiên, ở chế độ đặt tải cao (80% độ bền kéo đứt), mức độ chênh lệch này
giảm xuống còn 10 lần.

Hình 3.64 Ảnh hưởng của lực đặt vào đến độ bền mỏi vật liệu epoxy compozit
cốt sợi thủy tinh đóng rắn bằngDDS
Nhận xét: Các kết quả nghiên cứu về độ bền kéo, uốn của vật liệu epoxy

compozit ở trên cho thấy khi tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh/nhựa epoxy là 70/30,
hàm lượng vi sợi BC trong nhựa epoxy là 0,3%, các tính chất cơ học của vật
liệu là tốt nhất (độ bền kéo tăng 11,9 %, độ bền uốn tăng 62,5 % so với vật liệu
epoxy compozit không có vi sợi BC).
Sự có mặt của vi sợi BC trong nhựa epoxy với hàm lượng thích hợp (0,3%)
có tác dụng tích cực trong việc làm thay đổi tính chất bề mặt phá hủy và quá
trình phát hình thành và phát triển vết nứt trong vật liệu. Khi có 0,3% BC, vật
liệu có độ bền dai phá hủy (G
I0
, G
IC-P
) và độ bền mỏi tăng lần lượt là 128,8%,
111% và 12 lần so với khi không có vi sợi BC

24
KẾT LUẬN
1. Quá trình xử lý vi sợi BC bằng dung dịch NaOH 2,5% trong 8 giờ đã loại bỏ
xác vi khuẩn và các tạp chất từ dịch nuôi cấy nhưng không làm ảnh hưởng đến
kích thước, tính chất nhiệt và hàm lượng tinh thể trong vi sợi.
2. Đã nghiên cứu 3 phương pháp cơ học để phân tán vi sợi xenlulo hình thành
do vi khuẩn vào nhựa epoxy: phương pháp khuấy thường, phương pháp khuấy
có hỗ trợ siêu âm và phương pháp nghiền hành tinh. Cả hai phương pháp khuấy
có hỗ trợ siêu âm và nghiền hành tinh đều có khả năng phân tán được vi sợi
đồng đều trong nhựa nền ở kích thước nano. Tuy nhiên, phương pháp khuấy có
hỗ trợ siêu âm đòi hỏi thời gian ngắn hơn nhiều so với phương pháp nghiền
hành tinh (60 phút so với 720 phút).
3. Điều kiện thích hợp để chế tạo vật liệu compozit từ hệ nhựa epoxy/MHHPA
là: tỷ lệ mol nhựa epoxy/MHHPA = 1/0,8, nhiệt độ 100
o
C, hàm lượng xúc tác

NMI và polyol là 1,5% (tính theo khối lượng hệ nhựa epoxy/MHHPA).
4. Điều kiện thích hợp để chế tạo vật liệu compozit từ hệ nhựa epoxy/DDS là: tỷ
lệ đương lượng epoxy/amin là 1/0,92, hàm lượng xúc tác axit salisilic là 7%
mol (tính theo hàm lượng mol nhóm epoxy) ở nhiệt độ 145
0
C.
5. Đã khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến quá trình đóng rắn hệ
nhựa epoxy/MHHPA, epoxy/DDS và nhận thấy hàm lượng vi sợi BC càng cao,
mức độ đóng rắn cũng như vận tốc đóng rắn càng giảm.
6. Đã chế tạo và xác định các tính chất cơ học của nhựa nền epoxy đóng rắn
MHHPA, xúc tác NMI, polyol và nhận thấy: vật liệu đúc với hàm lượng vi sợi
BC là 0,3%, hàm lượng chất liên kết GS 2%, phân tán theo phương pháp khuấy
siêu âm trong 60 phút có tính chất cơ học tốt nhất:
Độ bền kéo: 53,3 MPa (tăng 14,5% so với nhựa epoxy nguyên thể).
Độ bền uốn: 82,7 MPa (tăng 12,6% so với nhựa epoxy nguyên thể).
Độ bền va đập Izod: 7,3 KJ/m
2

Hệ số tập trung ứng suất tới hạn (K
IC
): 0,77641 MPa.m
1/2
(tăng 35,0% so với
nhựa epoxy nguyên thể).
7. Vật liệu nanocompozit epoxy/sợi thủy tinh đóng rắn MHHPA với 0,3% vi sợi
BC chế tạo được có độ bền dai phá hủy (G
IC-P
, G
I0
) tăng đáng kể (95,0% và

102,3%) và đặc biệt, độ bền mỏi tăng tới 19 lần so với khi không có vi sợi BC.
Vật liệu chứa hàm lượng vi sợi BC là 0,3% ở tỷ lệ sợi thủy tinh/nhựa epoxy
60/40 PKL cho các tính chất cơ học tốt nhất (độ bền kéo tăng 11,8%, độ bền
uốn tăng 12,6% so với vật liệu không có vi sợi BC).
Vật liệu nanocompozit epoxy/sợi thủy tinh đóng rắn DDS với 0,3% vi sợi BC
có độ bền dai phá hủy (G
IC-P,
G
I0
) tăng đáng kể (128,8% và 111,0%) và độ bền
mỏi tăng gấp 12 lần so với khi không có vi sợi BC. Khi tỷ lệ khối lượng sợi
thủy tinh/nhựa epoxy là 70/30, hàm lượng vi sợi BC trong nhựa epoxy là 0,3%,
đóng rắn bằng DDS, độ bền kéo tăng 11,9 %, độ bền uốn tăng 62,5 % so với vật
liệu epoxy compozit không có vi sợi BC.