Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy của compozit trên nền epoxy gia cường bằng vải thủy tinh

A.GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của luận án
Ở Việt Nam, năm 2013 những vụ cháy liên quan đến nhà cao tầng, chợ, trung
tâm thương mại, khu chung cư có chiều hướng gia tăng. Riêng vụ nổ nhà máy
pháo hoa ở Phú Thọ đã làm chết 26 người và gần 100 người bị thương, toàn bộ
nhà máy bị san phẳng, thiệt hại 53 tỉ đồng. Theo thống kê của Cục phòng cháy
chữa cháy và cứu nạn cứu hộ, trong năm 2013, cả nước xảy ra gần 2.600 vụ
cháy nổ, làm chết 124 người và bị thương 349 người. Riêng tại Hoa Kỳ từ năm
1996 đến năm 2005, trung bình 3932 người chết và 20.919 người khác bị
thương (không bao gồm các sự kiện của ngày 11 tháng 9 năm 2001) đã được
báo cáo hàng năm là kết quả của các vụ hỏa hoạn. Ngoài ra, tất cả những tai nạn
cháy cũng liên quan đến mất mát tài sản đáng giá hàng triệu đô la.
Vì vậy, việc cải thiện tính chậm cháy của vật liệu polyme tiếp tục vẫn là một
lĩnh vực nghiên cứu rất hấp dẫn cho các nhà Hóa học và Công nghệ Vật liệu
polyme. Vì vậy chúng tôi đã lựa chọn đề tài của luận án: “Nghiên cứu nâng
cao tính chất cơ học và độ chậm cháy của compozit trên nền epoxy gia cường
bằng vải thủy tinh” và hy vọng kết quả của luận án sẽ có đóng góp vào phát
triển vật liệu compozit chậm cháy ở nước ta.
2. Mục tiêu của luận án
Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nền epoxy Epikote 240
với nanoclay I.30E, ống nano cacbon đa tường (MWCNTs); epoxy Epikote 240
với hỗn hợp nanoclay I.30E+MWCNTs; epoxy Epikote 240/dầu lanh epoxy hóa
(ELO) với hỗn hợp nanoclay I.30E+MWCNTs các tổ hợp này phối hợp với các
chất chống cháy oxit antimon và paraphin clo hóa; sử dụng vải thủy tinh và vải
thủy tinh 3D gia cường cho các tổ hợp chất nền đó để nâng cao tính chất cơ học
và độ chậm cháy.
3. Những điểm mới của luận án
- Đã nghiên cứu tìm được tỷ lệ thích hợp của dầu lanh epoxy hóa cũng như
hàm lượng thích hợp các chất chống cháy oxit antimon và paraphin clo hóa
trong nhựa nền epoxy Epikote 240. Các vật liệu thu được có độ bền cơ học
được cải thiện và nâng cao độ chậm cháy so với vật liệu epoxy Epikote 240.

- Đã nghiên cứu tìm ra kỹ thuật thích hợp (khuấy cơ học tốc độ cao và khuấy
siêu âm, rung siêu âm) để phân tán đồng đều nanoclay I.30E và MWCNTs
trong nhựa nền epoxy Epikote 240, tạo ra vật liệu nanocompozit có cấu trúc
tách lớp.
- Đã chế tạo thành công vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa nền epoxy
Epikote 240 với nanoclay I.30E, MWCNTs; epoxy Epikote 240 với hỗn hợp
nanoclay I.30E+MWCNTs; các tổ hợp này phối hợp với các chất chống cháy
oxit antimon và paraphin clo hóa. Vật liệu nanocompozit nhận được có các chỉ
tiêu độ bền cơ học được cải thiện cũng như đảm bảo được tính chậm cháy.
- Đã chế tạo vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy Epikote 240 có
ELO, MWCNTs và nanoclay I.30E, chất chống cháy oxyt antimon và paraphin
1


clo hóa gia cường bằng vải thủy tinh thông thường và vải thủy tinh dệt 3D. Vật
liệu nhận được có độ bền cơ học được cải thiện và nâng cao độ chậm cháy.
4. Cấu trúc của luận án
Luận án có khối lượng 123 trang, gồm các phần chính sau:
Mở đầu 2 trang, phần 1: tổng quan 28 trang, phần 2: phương pháp nghiên cứu
11 trang, phần 3: kết quả và thảo luận 79 trang, kết luận 2 trang và 99 tài liệu
tham khảo.
B. NỘI DUNG LUẬN ÁN
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN
1.1 Nhựa epoxy
1.2 Các giải pháp nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy của compozit trên
cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng vải thủy tinh
1.2.1 Phối trộn dầu lanh epoxy hóa
1.2.2 Đưa nanoclay vào nhựa epoxy
1.2.3 Đưa MWCNTs vào nhựa epoxy
1.3 Các chất làm chậm cháy polyme

1.3.1 Cơ chế cháy vật liệu polyme
1.3.2 Cơ chế hoạt động của phụ gia chống cháy
1.2.3 Phụ gia chống cháy
1.4 Các loại vải thủy tinh thông thường và vải thủy tinh 3D
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nguyên liệu
• Nhựa epoxy Epikote 240 của hãng Shell Chemicals (Hoa Kỳ), hàm lượng
nhóm epoxy 24,6%, đương lượng của nhóm epoxy 185-196, độ nhớt ở 250C :
0,7 ÷ 1,1 Pa.s*.
• Dietylen triamin (DETA), Dow Chemicals (Hoa Kỳ).
• Vải thủy tinh thô loại E 600g/m2 (Trung Quốc).
• Vải thủy tinh dệt 3D loại 600g/m2 (Trung Quốc).
• Nanoclay I.30E của hãng Nanocor (Hoa Kỳ): bột trắng ngà, khối lượng
riêng 1,7 g/cm3 được biến tính bằng octadecyl amin.
• Ống nano cacbon đa tường (Multi Wall Carbon Nanotubes-MWCNTs),
của hãng Showa Denko (Nhật Bản). Được tổng hợp bằng phương pháp lắng
đọng hóa hơi chất xúc tác. MWCNTs có đường kính trung bình 40-45nm, chiều
dài trung bình 3 μm và khối lượng riêng 0,08 g/cm3.
• Paraphin clo hóa (S52) (Trung Quốc), có hàm lượng clo là 52%.
• Oxyt antimon (Trung Quốc), độ tinh khiết > 99,0 %.
• Dầu lanh epoxy hóa (Epoxidized Linseed Oil - ELO) có hàm lượng nhóm
epoxy 22,89 %, độ nhớt ở 250C: 800 cSt, Akcros (Anh).
2.2 Phương pháp chế tạo mẫu
2.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu nhựa nền

2


2.2.1.1 Phương pháp chế tạo mẫu epoxy Epikote 240 với các chất
chống cháy

- Chất chống cháy Sb2O3 và amino phosphat (AC-2) ở dạng bột trước khi trộn
hợp được sấy khô trong tủ ở 800C trong 60 phút sau trộn hợp vào epoxy để 24h
đảm bảo cho quá trình thấm ướt, sau đó tiến hành khuấy trộn cơ học với tốc độ
1500 vòng/phút ở 800C trong 3 giờ ở điều kiện cách thủy. Mẫu được để nguội
sau đó bổ sung chất đóng rắn DETA, tiến hành khuấy ở 150 vòng/phút trong 10
phút sau đó tiến hành khử bọt trong 30 phút và đổ mẫu xác định tính chất cơ
học, tính chất chống cháy trên khuôn inox, sau 24 giờ tiến hành sấy ở 800C
trong 3 giờ, để ổn định 7 ngày đi thử tính chất cơ học và độ chậm cháy.
- Hai chất chống cháy paraphin clo hóa và tris (1,3-dichloro-isopropyl)phosphat ở dạng lỏng bỏ qua giai đoạn sấy, quy trình chế tạo mẫu tương
tự như trên.
- Trộn hợp hệ chất chống cháy oxyt antimon và paraphin clo hóa (với các tỷ
lệ phần khối lượng khác nhau) vào epoxy E 240 theo quy trình tương tự như
trên.
2.2.1.2 Phương pháp chế tạo mẫu epoxy Epikote 240/dầu lanh epoxy
hóa (ELO)
Epoxy Epikote 240 được trộn với ELO theo tỷ lệ khác nhau trong bình cầu
đáy tròn 3 cổ dung tích 250 ml, hỗn hợp được khuấy ở 1500 vòng/phút trong 1
giờ và ổn định nhiệt ở 800C. Hỗn hợp đồng nhất được bổ sung chất đóng rắn
DETA khuấy trộn ở 150 vòng/phút ở nhiệt độ phòng trong 10 phút, đóng rắn
sau trong 24 giờ, sau đó mẫu được sấy ở 800 C trong 3 giờ. Sau 7 ngày, mẫu
được phân tích và đo tính chất cơ học, độ chậm cháy.
2.2.1.3 Phương pháp phân tán nanoclay vào epoxy Epikote 240
Nanoclay-I.30E được sấy khô trong 1 giờ ở 800C trước khi được trộn hợp với
nhựa epoxy E 240. Hàm lượng nanoclay được khảo sát là 1, 2, 3 và 4% khối
lượng được phân tán vào trong epoxy E 240 ở 800C, bằng phương pháp khuấy
cơ học ở tốc độ 3000 (vòng/phút) trong 8h. Sau đó khuấy siêu âm hỗn hợp
trong 60 phút với 50% công suất máy, ở nhiệt độ phòng. Tiếp theo, hỗn hợp
được khử bọt khí trong thiết bị hút chân không trong 15 phút, bổ sung chất
đóng rắn DETA, khuấy cơ học ở 60-80 vòng/phút trong 10 phút. Chất đóng rắn
trộn hợp đều vào hỗn hợp tiến hành đổ vào khuôn inox sau 24h đem gia nhiệt

trong 3 h ở 800C (± 20C). Sau 7 ngày đem đi xác định tính chất cơ học và độ
chậm cháy.
2.2.1.4 Phương pháp phân tán MWCNTs vào epoxy Epikote 240
Epoxy Epikote 240 được làm nóng trước ở 800C trong tủ sấy và trộn với
MWNTs, với các hàm lượng 0,01, 0,02 và 0,03% khối lượng so với epoxy. Hỗn
được rung siêu âm ở 650C trong thời gian 6 giờ. Sau khi rung siêu âm kết thúc,
hỗn hợp được đem đi khử khí trong 15 phút sau đó được bổ sung chất đóng rắn
DETA, tiến hành khuấy với tốc độ 60-80 vòng /phút ở nhiệt độ phòng trong 15
3


phút. Hỗn hợp được rót vào khuôn inox và sau 24h đem đi gia nhiệt trong 3h ở
800C, làm 5 mẫu cho một chỉ tiêu, để các mẫu ổn định trong 7 ngày sau đó đem
đi xác định tính chất cơ học và khả năng chống cháy.
2.2.1.5 Phương pháp phân tán nanoclay/MWCNTs vào epoxy Epikote
240
Gia nhiệt nanoclay và nhựa epoxy E 240 ở 800C trong 1 giờ để giảm độ nhớt.
Theo tỷ lệ về phần trăm khối lượng (bảng 2.3) nanoclay và MWCNTs trộn hợp
vào nhựa epoxy E 240 bằng phương pháp khuấy cơ học ở tốc độ 3000
vòng/phút giữ nhiệt độ ổn định 800C trong 8h sau đó tiến hành rung siêu âm
trong 6h ở 650C. Hỗn hợp đồng nhất được khử bọt khí trong 30 phút sau đó bổ
sung chất đóng rắn DETA tương ứng, khuấy trộn cơ học cách thủy (có thể cho
thêm đá vào nước để giảm nhiệt độ trong bình phản ứng tránh đóng rắn cục bộ)
hỗn hợp sao cho chất đóng rắn trộn hợp đều ở tốc độ 60-80 vòng/phút trong 15
phút. Rót hỗn hợp vào khuôn inox và để đóng rắn ở nhiệt độ phòng trong 24h,
sau đó để ổn định 7 ngày xác định các tính chất, mỗi tính chất tối thiểu 5 mẫu.
2.2.2 Chế tạo vật liệu polyme compozit nền epoxy Epikote 240 gia
cường bằng vải thủy tinh
Trước khi chế tạo vật liệu compozit, cắt vải theo kích thước đã tính toán, sấy
ở 800C trong 30 phút kết hợp hút chân không để loại ẩm. Nhựa nền được chế

tạo theo mô tả ở mục 2.2.1. Tỷ lệ nhựa/vải được chọn là: 60/40. Phủ chất chống
dính khuôn Wax 8.0 (pha loãng với xylen), xoa đều lên bề mặt khuôn. Đầu tiên
quét một lớp nhựa nền mỏng lên khuôn, sau đó xếp lớp sợi gia cường lên trên.
Lớp đầu tiên là vải thủy tinh mịn (tissue) để che lớp tiếp theo. Dùng chổi có sợi
cứng cụm hình tròn) dập đều đặn lên sợi cho thấm đều nhựa. Sau đó dùng con
lăn bằng thép có khía để lăn cho sợi được lèn chặt và thấm đều nhựa, cho đến
khi đạt được độ dày 4 mm. Vật liệu polyme compozit được hút chân không để
loại bỏ bọt khí, để đóng rắn ở nhiệt độ phòng (25-300C) sau 24 h mang đi sấy
trong 3h ở 800C. Sau 7 ngày cắt mẫu và xác định các tính chất, mỗi tính chất tối
thiểu 5 mẫu.
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng phần gel
2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA)
2.3.4 Phương pháp xác định hình thái cấu trúc của vật liệu
2.3.5 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua
2.3.6 Phương pháp xác định tính chất cơ học
2.3.7 Các phương pháp khảo sát khả năng chống cháy của vật liệu
2.3.7.1 Phương pháp đo chỉ số oxy giới hạn (Limiting Oxygen Index LOI)
2.3.7.2 Phương pháp xác định tính dễ bốc cháy của vật liệu trên thiết bị
UL 94 (UL 94HB và UL 94V)
2.3.7.3 Phương pháp đo chỉ số tốc độ cháy
4


Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến tính chất cơ học và độ chậm
cháy của vật liệu PC nền epoxy E 240
Ảnh hưởng của các
chất đóng rắn amin
mạch thẳng: DETA;

TETA; XEDETA,
EDA

Ảnh hưởng của các loại
vải thủy tinh thô: 300
g/m2; 600 g/m2, mát
300 g/m2 và 3D loại
600 g/m2

Ảnh hưởng của các
chất chống cháy: oxyt
antimon, parafin clo
hóa, amino phosphat,
flamstop 320

Ảnh hưởng của hệ
chất chống cháy oxyt
antimon/paraphin clo
hóa, khảo sát ở các tỷ
lệ phần khối lượng

Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC nền epoxy E 240/ dầu lanh epoxy hóa
(ELO) gia cường bằng vải thủy tinh có và không có chất chống cháy
Khảo sát quá trình
đóng rắn hỗn hợp
epoxy/ELO sử dụng
chất đóng rắn DETA,
ở đ/k nhiệt độ phòng

Tính chất cơ học và độ

chống cháy của vật liệu
epoxy/ELO có và
không có chất chậm
cháy

Nghiên cứu ảnh hưởng
của ELO đến tính chất
cơ học và độ chậm
cháy,epoxy/ELO (PKL):
95/5;90/10;85/25;80/20

Tính chất cơ học và
độ chống cháy của
vật liệu PC: epoxy
/ELO/vải thủy tinh
có và không có chất
chậm cháy

Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC nền epoxy E 240 có nanoclay I.30E
gia cường bằng vải thủy tinh có và không có chất chống cháy
Nghiên cứu ảnh hưởng
của thời gian khuấy cơ,
nhiệt độ khuấy cơ,vận
tốc khuấy cơ học,hàm
lượng nanoclay đến
tính chất cơ học và độ
chậm cháy

Nghiên cứu ảnh hưởng
của thời gian khuấy siêu

âm, giá trị công suất
khuấy siêu âm đến tính
chất cơ học và độ chậm
cháy

Tính chất cơ học và
độ chậm cháy của vật
liệu compozit nền
epoxy có: nanoclay;
ELO; có và không có
chất chống cháy

Tính chất cơ học và độ
chậm cháy của vật liệu
PC nền epoxy gia
cường bằng vải thủy
tinh có: nanoclay;
ELO; có và không có
chất chống cháy.

Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC nền epoxy E 240 có ống nano
cacbon đa tường (MWCNTs) gia cường bằng vải thủy tinh có và
không có chất chống cháy
Nghiên cứu kỹ thuật
phân tán MWCNTs vào
epoxy bằng kỹ thuật
rung siêu âm và khuấy
cơ học, khảo sát về: thời
gian, nhiệt độ rung và
hàm lượng MWCNTs

Phân tán tổ hợp
MWCNTs/nanoclay
vào epoxy với các tỷ
lệ phần trăm khối
lượng khác nhau bằng
kỹ thuật rung siêu âm
và khuấy cơ học

Tính chất cơ học và độ
chậm
cháy
của
compozit nền epoxy
có: ELO; nanoclay,
MWCNTs; có và
không có chất chống
cháy

Hình 2.4 Sơ đồ tóm tắt nội dung nghiên cứu
5

Tính chất cơ học và
độ chậm cháy của
PC nền epoxy gia
cường bằng vải
thủy tinh có: ELO;
nanoclay;
MWCNTs; có và
không có chất

chống cháy


CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu
polyme compozit nền nhựa epoxy Epikote 240
3.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất đóng rắn amin khác
nhau đến mức độ đóng rắn, độ bền cơ học và độ chống cháy của
vật liệu polyme epoxy E 240
Đã sử dụng các chất đóng rắn dietylentriamin (DETA), xyanetyldietylentriamin (XEDETA), etylendiamin (EDA) và trietylentetraamin (TETA) và quá
trình đóng rắn thực hiện ở nhiệt độ phòng. Khảo sát thời gian gel hóa, chỉ số
oxy tới hạn, tốc độ cháy và tính chất cơ học khi sử dụng DETA đáp ứng được
yêu cầu đối với nhựa nền epoxy E 240 cho việc nghiên cứu chế tạo vật liệu PC.
3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại vải thủy tinh đến tính
chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu polyme compozit nền
nhựa epoxy E 240 đóng rắn bằng DETA
Đã sử dụng các loại vải gia cường: mat thủy tinh loại 300 g/m2, vải thủy tinh
thô loại E 300 g/m2, vải thủy tinh thô loại E 600 g/m2 và vải thủy tinh dệt 3D
loại 600 g/m2 để chế tạo vật liệu PC. Vật liệu PC trên cơ sở nhựa epoxy E 240
gia cường bằng vải thủy tinh thông thường loại 600 g/m2 có độ bền cơ học và
độ chậm cháy đạt ở mức quy định, lựa chọn cho các phần nghiên cứu tiếp theo.
3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất chống cháy đến tính
chất của vật liệu nhựa epoxy E 240 đóng rắn bằng DETA
3.1.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất chống cháy đến độ chậm
cháy, tính chất cơ học của nhựa epoxy E 240
3.1.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất chống cháy đến tính chất
cơ học của nhựa epoxy E 240
3.1.3.3 Hình thái cấu trúc của nhựa epoxy E 240 có mặt các chất chống
cháy khác nhau
3.1.3.4 Nghiên cưú ảnh hưởng của các chất chống cháy đến tính chất

nhiệt của nhựa epoxy E 240
Trong công trình này đã sử dụng các chất chống cháy paraphin clo hóa, oxit
antimon (Sb2O3), amino phosphat (AC2) và tris (1,3-dichloro-iso-propyl)
phosphat với 7 phần khối lượng (PKL) epoxy E 240 cho vật liệu nhựa epoxy E
240 đóng rắn bằng DETA để nâng cao khả năng chậm cháy. Căn cứ theo các
kết quả đánh giả khả năng chậm cháy và tính chất cơ học, tính chất nhiệt thì có
thể rút ra nhận xét như sau oxyt antimon và paraphin clo hóa có tác dụng chống
cháy ổn định và hiệu quả hơn những chất chậm cháy khác đồng thời tính chất
cơ học giữ ở mức ổn định. Dựa trên cơ chế cháy của sự kết hợp giữa oxyt
antimon với hợp chất dẫn xuất halogen đã lựa chọn hệ chất chống cháy oxyt
antimon/paraphin clo hóa để nghiên cứu nâng cao độ chậm cháy cho vật liệu
compozit.

6


3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ chất chống cháy oxyt antimon
và paraphin clo hóa đến độ chậm cháy và tính chất cơ học của
nhựa epoxy E 240
Bảng 3.4 Độ bền cơ học của vật liệu polyme epoxy E 240 có mặt và không có
hệ chất chống cháy oxyt antimon/paraphin clo hóa với các phần khối lượng
khác nhau
Sb2O3 Paraphin Độ bền Độ bền Độ bền
Độ bền va đập
(PKL)
clo hóa
kéo
uốn
nén
Izod

(PKL) (MPa)
(MPa)
(MPa)
(KJ/m2)
0
0
55,90
86,75
156,08
7,11
5
47,78
86,56
93.66
6,86
5
7
42,63
81,87
71,12
7,00
9
41,24
78,55
98,61
7,17
11
42,58
75,32
70,66

7,59
5
45,81
83,60
77,69
6,35
7
7
45,94
79,32
58,91
6,99
9
44,15
78,76
67,70
7,35
11
43,15
75,03
38,71
8,75
5
45,16
82,00
62,95
6,17
7
50,05
88,36

61,91
7,49
9
9
47,10
84,53
79,44
7,65
11
50,52
89,26
88,88
8,78
Từ bảng 3.4 nhận thấy khi kết hợp oxyt antimon và paraphin clo hóa với các
tỷ lệ phần khối lượng khác nhau thì các độ bền cơ học có những thay đổi riêng.
Nếu kết hợp oxyt antimon với paraphin clo hóa ở tỷ lệ (9/11 PKL) thì độ bền
uốn tăng nhẹ, độ bền va đập Izod tăng mạnh và độ bền kéo giảm nhẹ, duy chỉ
có độ bền nén là giảm. Sự có mặt của hệ chất chống cháy đã làm thay đổi tính
chất cơ học của vật liệu epoxy E 240.
Paraphin clo hóa kết hợp với oxyt antimon tạo thành một hệ chống bắt cháy
đơn giản và có tác dụng làm chậm cháy hiệu quả tốt cho vật liệu polyme epoxy.
Sb2O3 + 2RCl → 2SbOCl + H2O
5SbOCl → 2Sb4O5Cl2 + SbCl3
2Sb4O5Cl2 → 5Sb3O4Cl + SbCl3
3Sb3O4Cl → 4Sb2O3 + SbCl3
SbCl3 + H* → HCl + SbCl2*
SbCl2*+ H* → HCl + SbCl*
SbCl* + H* → HCl + Sb*
Sb* + OH* → SbOH
SbOH + H*→ SbO* + H2

SbO* + H* → SbOH
7


Paraphin clo hóa phân hủy sinh ra gốc Cl* sẽ phản ứng với các gốc H*, OH*
số lượng gốc H*, OH* sẽ giảm đi dẫn đến khả năng chống cháy được cải thiện.
Khi có mặt oxyt antimon, tham gia trong quá trình dập tắt ngọn lửa, thì số
lượng gốc H*, OH* sẽ được giảm đi nhiều hơn nữa. Các oxyt antimon phản ứng
với HCl (HCl được tạo ra do paraphin clo hóa phân hủy bởi nhiệt) tạo ra
antimonyl clorit (SbOCl) và antimony triclorit (SbCl3) là những chất khí, có tỷ
trọng nặng hơn HCl thời gian cư trú của chúng tồn tại lâu tại vùng cháy và
chúng sẽ bao phủ lên vùng vật liệu cháy, do đó sẽ nhanh chóng dập tắt ngọn
lửa. Và đặc biệt hơn nữa là SbCl3 sẽ phản ứng với H* và OH* là các gốc họat
tính cao, trong vùng cháy các gốc tự do sẽ dần dần bị triệt tiêu làm cho làm quá
trình lan truyền ngọn lửa giảm và dẫn đến tắt
Kết quả đánh giá khả năng chậm cháy của nhựa epoxy E 240 có hệ chất
chống cháy oxyt antimon/paraphin clo hóa với các tỷ lệ khác nhau, trình bày ở
bảng 3.5. Từ bảng 3.5 nhận thấy, tỷ lệ phối trộn 9 PKL oxyt antimon kết hợp
với 11 PKL paraphin clo hóa mẫu vật liệu chế tạo được có tính chất chậm cháy
ổn định và tốt, tốc độ cháy đạt giá trị thấp nhất 13,22 mm/phút, chỉ số oxy giới
hạn (22,8 %) và theo theo phương pháp xác định tính dễ bốc cháy trên thiết bị
UL 94 tốc độ cháy đạt 20,55 mm/phút.
Bảng 3.5 Đánh giá khả năng chậm cháy của nhựa epoxy E 240 có và không có
mặt hệ chất chống cháy oxyt antimon/paraphin clo hóa với các tỷ lệ khác nhau
Sb2O3
(PKL)
0
5

7

9

Paraphin
clo hóa
(PKL)
0
5
7
9
11
5
7
9
11
5
7
9
11

Tốc độ cháy
(mm/phút)

Chỉ số oxy
giới hạn
(%)
20,6
22,8
22,4
22,4

22,8
23,2
22,8
22,8
23,2
22,8
23,2
23,2
22,8

28,41
24,70
23,56
22,88
23,04
24,08
20,05
19,08
20,50
25,93
24,67
18,09
13,22

UL94HB
(mm/phút)
24,66
25,00
25,66
24,59

20,38
22,84
22,61
21,88
19,65
20,39
20,99
20,55

Như vậy khi phối trộn 9 PKL oxyt antimon với 11 PKL paraphin clo hóa,
tính chất cơ học và tính chất chậm cháy của vật liệu đều đạt giá trị tối ưu, tính
chất chậm cháy tăng và tính chất cơ học vẫn giữ ở mức cao, có bị suy giảm ở độ
bền nén và kéo nhưng lại gia tăng ở các độ bền uốn và độ bền va đập.
8


3.1.5 Hình thái cấu trúc của nhựa epoxy E240 có mặt hệ chất chống
cháy oxyt antimon và parafin clo hóa
Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy của nhựa epoxy E 240/DETA có mặt các chất
chống cháy trình bày ở hình 3.7.

(a)

(b)

(c)

(d)

Hình 3.7 Ảnh FE-SEM của nhựa epoxy E 240/DETA có mặt các chất chống cháy:

Sb2O3 7 PKL/paraphin clo hóa 9 PKL(A,a); Sb2O3 7 PKL/ paraphin clo hóa 11PKL
(B.b); Sb2O3 9 PKL/ paraphin clo hóa 9 PKL (C,c); Sb2O3 9 PKL / paraphin clo hóa
11PKL (D,d).
9


Vật liệu epoxy E 240/DETA/Sb2O3 9 PKL/paraphin clo hóa 11PKL (hình
3.7), từ kết quả hình ảnh chụp FE-SEM ở độ phóng đại 50.000 lần nhận thấy
các hạt oxyt antimon đã phân tán khá đều và thấm ướt tốt, không thấy xuất hiện
các lỗ trống và các hạt Sb2O3 bám dính tốt với epoxy E 240, bề mặt gẫy của vật
liệu mịn màng. Mặt khác ảnh chụp FE-SEM ở độ phóng đại 1000 lần (hình 3.7A,B,C,D) cho thấy Sb2O3 và paraphin clo hóa phân bố khá đồng đều, paraphin
clo hóa được phân bố với kích thước nhỏ hơn trong nền nhựa epoxy thể hiện rõ
ở ảnh FE-SEM chụp ở độ phân giải 10.000 lần (hình 3.8-E,F)

Hình 3.8 Ảnh FE-SEM của nhựa epoxy E 240/DETA có mặt hệ chất chống cháy:
Sb2O3 7 PKL / paraphin clo hóa 11PKL (E); Sb2O3 9 PKL / paraphin clo hóa 11PKL
(F) ở độ phân giải 10.000 lần.

3.1.6 Tính chất nhiệt của nhựa epoxy E240 có mặt hệ chất chống
cháy oxyt antimon/parafin clo hóa

Hình 3.9 Giản đồ TGA của mẫu vật Hình 3.10 Giản đồ TGA của mẫu vật liệu
liệu epoxy E 240/Sb2O3 7PKL/ paraphin epoxy E 240/ Sb2O3 9 PKL/paraphin clo hóa
11 PKL
clo hóa 11 PKL

Đường cong phân hủy nhiệt mẫu vật liệu epoxy E 240/DETA/ Sb2O3 7
PKL/paraphin clo hóa 11 PKL có độ dốc nhiều hơn đường cong phân hủy nhiệt
mẫu epoxy E 240/DETA/ Sb2O3 9 PKL/paraphin clo hóa 11 PKL tức là tốc độ
phân hủy bởi nhiệt độ nhanh hơn, chứng tỏ khả năng duy trì nhiệt hay làm việc

trong môi tường nhiệt của mẫu epoxy E 240/DETA/ Sb2O3 9 PKL/paraphin clo
hóa 11 PKL bền hơn.
10


3.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC trên nền nhựa epoxy E 240 – dầu
lanh epoxy hóa (ELO) gia cường bằng vải thủy tinh
3.2.1 Khảo sát quá trình đóng rắn của hỗn hợp epoxy E 240/ELO
đóng rắn bằng DETA
Tỷ lệ epoxy E240/ELO = 90/10 PKL cho thời gian đóng rắn và hàm lượng phần
gel phù hợp để chế tạo vật liệu.
3.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng ELO hóa đến tính chất cơ học và độ
chậm cháy của hỗn hợp epoxy E 240/ELO đóng rắn bằng DETA
Bảng 3.7 Tính chất cơ học của hỗn hợp epoxy E 240/ELO
có tỷ lệ khác nhau đóng rắn bằng DETA
Tỷ lệ phối trộn
Độ bền
Độ bền
Độ bền
Độ bền va đập
E 240/ELO
kéo,
uốn,
nén,
Izod,
(PKL)
MPa
MPa
MPa
KJ/m2

100
0
55,9
86,75
156,08
7,11
95
5
44,90
88,06
117,18
7,13
90
10
52,80
88,70
121,36
8,65
85
15
42,29
82,13
91,52
6,70
80
20
36,64
77,40
124,82
6,49

Từ bảng 3.7 nhận thấy, độ bền uốn là tăng 2,24% và độ bền va đạp Izod tăng
21,65% (8,65 KJ/m2) so với nhựa epoxy E 240 khi chưa trộn hợp với ELO. Độ
bền nén giảm nhẹ do ELO đóng vai trò như một chất hóa dẻo vì vậy đã cải thiện
một phần nhược điểm dòn của nhựa epoxy E 240 nhưng lại làm suy giảm độ cứng
của vật liệu.
3.2.3 Hình thái cấu trúc của vật liệu polyme epoxy Epikote 240/dầu
lanh epoxy hóa đóng rắn bằng DETA

Hình 3.11 Ảnh FE-SEM của vật liệu epoxy E 240/ELO ở tỷ lệ phối trộn 90/10 PKL
lần lượt ở các độ phóng đại: 1000; 5000; 10.000; 20.000 lần
11


Từ hình FE-SEM (hình 3.11) ở các độ phóng đại khác nhau, nhận thấy mẫu
hỗn hợp E 240/ELO (90/10 PKL), dầu lanh epoxy hóa (ELO) đã tương hợp rất
tốt với nhựa epoxy. Bề mặt phá hủy của mẫu E 240/ELO (90/10 PKL) có cấu
trúc mịn, không gồ ghề, cấu trúc đều đặn.
3.2.4 Tính chất cơ học và độ chậm cháy vật liệu PC trên nền epoxy E
240/ ELO gia cường bằng vải thủy tinh có và không có mặt chất chậm
cháy
3.2.4.1 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của hỗn hợp epoxy E
240/ELO có và không có mặt chất chống cháy
Khi trộn hợp ELO và paraphin clo hóa vào vật liệu thì độ bền kéo giảm, độ
bền uốn tăng, độ bền nén giảm và độ bền va đập tăng cao. ELO và paraphin clo
hóa đóng vai trò là các chất hóa dẻo cho vật liệu epoxy E 240 chính vì vậy mà
đã cải thiện được đặc điểm giòn của polyme epoxy E 240.
Ảnh FE-SEM của bề mặt vật liệu sau khi cháy được trình bày ở hình 3.14.

(a)

(b)

Hình 3.14 Ảnh FE-SEM của bề mặt vật liệu PC sau khi cháy, được thử nghiệm bằng
phương pháp đo tốc độ cháy: epoxy E 240 (a); epoxy E 240/ELO/oxyt
antimon/paraphin clo hóa (b).

Hình 3.14(b) với vật liệu compozit trên cơ sở epoxy E 240/ELO/oxyt
antimon/paraphin clo hóa trên bề mặt sau khi cháy không tồn tại những vết nứt,
bề mặt mịn không có những vùng xốp và không thấy xuất hiện vết nứt. Parafin
clo hóa cùng với oxyt antimon tạo ra trên bề mặt nhựa epoxy E 240 một lớp tro
(xỉ) ở dạng màng rắn, đã đóng vai trò như một lớp rào cản ngăn chặn sự phát
tán nhiệt, giảm thiểu quá trình mất mát khối lượng của các chất dễ bay hơi ở bề
mặt nhựa epoxy E 240.
3.2.4.2 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu PC nền epoxy E
240/ELO gia cường bằng vải thủy tinh có và không có mặt chất chống
cháy
12


Bảng 3.10 Tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit (PC) nền epoxy gia cường
bằng vải thuỷ tinh đóng rắn bằng DETA
Mẫu Độ bền kéo,
Độ bền uốn, Độ bền nén, Độ bền va đập
PC
MPa
MPa
MPa
Izod, KJ/m2
PC0
286,01

355,50
244,82
144,46
PC1
280,50
357,66
PC2
281,02
363,93
PC3
279,45
365,36
PC4
345,61
375.60
PC5
324,74
388,45
Trong đó:
PC0: Epoxy/vải thủy tinh loại E
600g/m2
PC1: Epoxy/ELO/vải thủy tinh loại
E 600g/m2
PC2: Epoxy/vải thủy tinh loại
E600g/m2/ CCC
CCC:chất chống cháy
(Sb2O3/paraphin clo hóa: 9/11)

236,24
240,70

229,21
249,52
285,41

150,53
152,89
158,39
160,30
170,45

PC3:Epoxy/ELO/E600
g/m2/CCC
PC4: Epoxy/Vải thủy tinh dệt
3D loại 600g/m2/CCC
PC5: Epoxy/ELO/vải thủy tinh
dệt 3D loại 600g/m2/CCC

ELO và paraphin clo hóa đóng vai trò là các chất hóa dẻo cho khối PC đã cải
thiện tính chất dòn của vật liệu nền epoxy E 240. Độ bền uốn và độ bền va đập
đều tăng ở các vật liệu PC.

(a)

(C)

(b)

(B)

Hình 3.16 Ảnh FE-SEM của vật liệu PC nền epoxy E 240 gia cường bằng vải thủy

tinh ở độ phóng đại khác nhau: epoxy/vải thủy tinh- PC 0 (a, C); epoxy E
240/ELO/CCC/vải thủy tinh - PC3 (b, B).
Vật liệu PC epoxy E 240/vải thủy tinh hình 3.16 (A), thấy rất rõ xơ sợi thủy tinh
trên bề mặt vật liệu được kéo ra từ nền epoxy E 240 và bị gẫy với bề mặt nhẵn nên
13


bám dính kém. Đối với vật liệu epoxy E240/ELO/CCC/vải thủy tinh được cải thiện
hơn, epoxy E 24/ELO (hình 3.16-B) vẫn còn bám trên bề mặt sợi thủy tinh sau khi
sợi bị bung ra khỏi khối vật liệu và gẫy khi có tác dụng lực từ bên ngoài.
Bảng 3.11 Tính chất cháy của vật liệu PC nền epoxy E 240 gia cường bằng vải thuỷ
tinh, sử dụng chất đóng rắn DETA
Vật liệu polyme compozit
Chỉ số
Tốc độ
UL 94V
oxy,
cháy,
%
mm/phút
E240/vải thủy tinh thô
28,90
17,32
Không xác
định
E240/ELO/vải thủy tinh thô
27,20
17,05
Không xác
định

E240/vải thủy tinh/paraphin clo hóa/
30,70
12,05
V2
Sb2O3
E240/ELO/vải thủy tinh/paraphin clo
30,30
12,57
V2
hóa/ Sb2O3
E 240/vải thủy tinh dệt 3D/paraphin
29,80
13,45
V2
clo hóa/ Sb2O3
E240/ELO/vải
thủy
tinh
dệt
29,80
13,80
V2
3D/paraphin clo hóa/ Sb2O3
Vật liệu PC trên nền epoxy E 240 gia cường bằng vải thủy tinh khi có mặt các
chất chậm cháy chế tạo được theo bảng 3.11 thì chỉ số LOI đạt 30,7 % và theo
phương pháp thử trên thiết bị UL 94V đạt mức độ V2 (bắt lửa ít) được xếp vào
loại vật liệu có độ chậm cháy cao.
3.3 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC trên nền epoxy E 240 có nanoclay
gia cường bằng vải thủy tinh
3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất

cơ học và khả năng chậm cháy của vật liệu nanocompozit epoxy E
240/I30E
3.3.1.1 Khảo sát hình thái cấu trúc và nhiễu xạ tia X của vật liệu
nanocompozit epoxy E 240/I.30E

Hình 3.18 Ảnh TEM của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E
với hàm lượng nanoclay khác nhau
14


Hình 3.19 Giản đồ XRD của nanoclay tinh khiết và các vật liệu
nanocompozit epoxy E 240/I.30E.

Với mẫu 2% nanoclay cho thấy rằng phân tán bằng phương pháp khuấy cơ
học tốc độ cao kết hợp khuấy siêu âm 60 phút đã làm cho nanoclay tróc và tách
lớp hoàn toàn.
3.3.1.2 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu nanocompozit
epoxy E 240/I.30E
Bảng 3.12 Độ bền cơ học của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/nanoclay I.30E
với các hàm lượng nanoclay I.30E khác nhau
Từ bảng 3.12 nhận thấy, ở 2% khối lượng nanoclay, tính chất cơ học được cải

Độ bền
va đập
Izod,
KJ/m2
E 240
0
55,90
86,75

156,08
7,11
NC 1
1
58,28
87,30
152,30
6,90
NC 2
2
63,50
116,80
179,67
12,81
NC 3
3
59,60
97,00
157,32
11,27
NC 4
4
58,91
79,90
170,43
10,41
thiện đáng kể, độ bền kéo đạt 63,05 MPa (tăng 13,59%), độ bền uốn đạt 116.80
MPa (tăng 34,63%) và độ bền nén 179,67 MPa (tăng 15,11%), độ bền va đập Izod
12,81KJ/m2 (tăng 80,16%). Ảnh FE-SEM của vật liệu nanocompozit epoxy E
240/nanoclay I.30E trình bày ở hình 3.20.

Mẫu

%
I.30E

Độ bền
kéo, MPa

Độ bền
uốn, MPa

Độ bền
nén, MPa

Hình 3.20 Ảnh FE-SEM của các vật liệu nanocompozit epoxy E 240/ nanoclay I.30E
15


Hình 3.20 nhận thấy, với hàm lượng nanoclay 2 % nhiều vết nứt có thể thấy rõ
và sự phát triển vết nứt đã bị thay đổi do bị ngăn cản bởi các nanoclay vốn liên kết
chặt chẽ với epoxy do đó tính chất cơ học được cải thiện. Nhưng nếu hàm lượng
nanoclay vượt quá ngưỡng (3 và 4% khối lượng) dẫn đến giảm độ tương hợp với
nhựa nền epoxy và xuất hiện sự tích tụ các phần tử nanoclay (hình 3.20), lượng
nanoclay dư tạo nên các lỗ hổng ở bên trong vật liệu chính các yếu tố này là
nguyên nhân làm giảm các độ bền cơ học so với mẫu 2% khối lượng nanoclay.
Bảng 3.13 Tích chất cháy của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/nanoclay I.30E
với các hàm lượng nanoclay khác nhau
Vật liệu
% nanoclay Chỉ số oxy,
Tốc độ cháy,

UL 94HB,
nanocompozit
I.30E
%
mm/phút
mm/phút
epoxy E
240/I.30E
E 240
0
20,6
28,41
NC 1
1
21,4
27,80
NC 2
2
23,7
24,50
22,59
NC 3
3
22,8
25,76
23,45
NC 4
4
21,9
25,05

24,55
Một lớp bảo vệ giống như hàng rào được tạo ra bởi các phần tử nanoclay vốn có
khả năng chịu nhiệt và giữ nhiệt đã làm chậm sự khuếch tán oxy và ngăn cản
không cho các chất bay hơi dễ cháy từ trong vật liệu, hạn chế quá trình truyền
nhiệt vào vật liệu do đó đã làm cho thời gian duy trì sự cháy giảm đi.
Với 2% khối lượng nanoclay I.30E là hàm lượng thích hợp nhất đối với vật liệu
nanocompozit nền nhựa epoxy E 240 đảm bảo được độ bền cơ học và độ chậm
cháy. Các kết quả về độ bền cơ học và độ chậm cháy đã chỉ ra rằng sự phân tán
của nanoclay vào nhựa epoxy E 240 có ảnh hưởng đến độ bền cơ học và độ chậm
cháy.
Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian khuấy, nhiệt độ, vận
tốc cơ học và thời gian khuấy siêu âm, giá trị công suất khuấy siêu
âm đến tính chất cơ học và khả năng chậm cháy của vật liệu
nanocompozit epoxy E 240/I.30E (mục 3.3.2; 3.3.3; 3.3.4; 3.3.5)
3.3.6 Vật liệu PC trên nền epoxy E 240 có nanoclay I.30E gia cường
bằng vải thủy tinh
3.3.6.1 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của nanocompozit trên nền
epoxy E 240/ELO có nanoclay I.30E khi bổ sung phụ gia chất chậm
cháy
Tính chất cơ học của vật liệu compozit epoxy E 240/ELO có: 2% khối lượng
nanoclay I.30E, 9 PKL oxyt antimon và 11 PKL parafin clo hóa gia cường bằng
vải thủy tinh thô loại E 600g/m2: độ bền kéo 279,25 MPa, độ bền uốn
420,60MPa, độ bền nén 375,41 MPa và độ bền va đập Izod đạt 179,02 KJ/m2.
Độ chậm cháy: tốc độ cháy 11,09 mm/phút, chỉ số LOI 32,3% và theo UL 94V
đạt mức V0.
16


3.3.6.2 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của PC trên nền epoxy E
240/ELO có nanoclay I.30E gia cường bằng vải thủy tinh có và không có

chất chống cháy
Bảng 3.26 Tính chất cơ học của vật liệu epoxy/MMT compozit có mặt ELO, chất
chống cháy gia cường bằng vải thủy tinh thường loại E 600g/m2 và thủy tinh dệt
3D
Độ bền
Độ bền
Độ bền
Độ bền va đập
Vật liệu
kéo,
uốn,
nén,
Izod, KJ/m2
MPa
MPa
MPa
PC E600
286,01
355,50
244,82
144,46
PC NC E600
300,02
395,20
431,90
159,00
PC NC ELO E600
280.93
415,35
385,78

164,45
PC NC CCC E600
286,96
419,20
397,33
160,27
PC NC ELO CCC
279,25
420,60
375,41
179,02
E600
PC NC ELO CCC 3D
335,10
534,16
458,26
217,49
Khi bổ sung ELO, thì độ mềm dẻo của vật liệu được cải thiện, bằng chứng là độ
bền uốn tăng lên 415,35MPa và độ bền va đập tăng lên 164,45 KJ/m2 (bảng 3.26),
trong khi đó độ bền kéo và nén giảm. Tiếp tục bổ sung oxyt antimon và paraphin
clo hóa vào thì độ bền uốn (420, 6 MPa) và độ bền va đập (179,02 KJ/m2) tiếp tục
được nâng cao, còn độ bền kéo và nén tiếp tục giảm nhưng không nhiều.
Bảng 3.27 Độ chậm cháy của vật liệu epoxy E 240/ELO có nanoclay I.30E,
chất chống cháy gia cường bằng vải thủy tinh thường loại E 600g/m2 và thủy tinh
dệt 3D
Chỉ số oxy, Tốc độ cháy,
UL 94V
Vật liệu
%
mm/phút

PC E600
28,90
17,32
Không xác định
PC NC E600
29,80
15,45
V2
PC NC ELO E600
29,80
15,05
V2
PC NC CCC E600
32,00
11,23
V0
PC NC ELO CCC E600
32,30
11,09
V0
PC NC ELO CCC 3D
31,20
13,24
V1
Bảng 3.27 cho thấy sự tăng cường khả năng chống cháy đồng thời của nanoclay
và các chất chống cháy (oxyt antimon, paraphin clo hóa), độ chậm cháy của vật
liệu compozit (PC NC CCC E600) được cải thiện với chỉ số oxy 32%; tốc độ cháy
11,23 mm/phút và theo phương pháp 94 V đạt mức V0.

17

Hình 3.33 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy của các vật liệu PC: (A)-epoxy E
240/I.30E/CCC/E600; (B)-epoxy E 240/E 600; (C,E)-epoxy E 240/I.30E/E600;
(D,F)-epoxy E 240/ELO/I.30E/CCC
Hình 3.33-(C, E), (D, F) và (A) cho thấy khả năng liên kết rất tốt giữa epoxy/sợi
thủy tinh và nanoclay I.30E do đó tính chất cơ học đã được cải thiện đánh kể.
3.4 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC nền epoxy Epikote 240 có ống
nano các bon đa tường (MWCNTs-Multiwall cacbon nanotubers)
gia cường bằng vải thủy tinh
3.4.1 Nghiên cứu phương pháp phân tán MWCNTs vào epoxy bằng
kỹ thuật rung siêu âm
3.4.1.1 Ảnh hưởng của thời gian rung siêu âm đến mức độ phân tán,
tính chất cơ học và tính chất chống cháy của vật liệu nanocompozit
MWCNTs/epoxy E 240

Hình 3.34 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy của các vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy
E 240
Ảnh FE-SEM (hình 3.34) cho thấy, khi rung siêu âm ở 6 giờ, các ống các bon đa
tường phân tán với mật độ đều trong nhựa epoxy và với 4 giờ và 5 giờ thì xuất hiện
các vùng kết tụ, một số điểm các MWCNTs vẫn ở dạng co cụm nhiều. Khi thời gian
rung siêu âm kéo dài lên 7 giờ, mức độ phân tán MWCNTs trong epoxy giảm
18


Bảng 3.28 Tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 khi
rung siêu âm ở các thời gian: 4h, 5h, 6h và 7h
Thời gian
Độ bền kéo, Độ bền uốn, Độ bền nén,
Độ bền va

rung siêu
MPa
MPa
MPa
đập Izod,
âm, giờ
KJ/m2
E 240
55,90
86,75
156,08
7,11
4
62,50
96,76
174,24
8,91
5
64.12
103,34
183,19
9,79
6
71,45
109,00
191,54
16,11
7
69,75
102,90

187,53
14,63
Bảng 3.28, cho thấy tính chất chất cơ học của mẫu rung siêu âm 6 giờ đạt giá trị
cao so với các mẫu còn lại và nhựa epoxy nguyên thể
Bảng 3.29 Độ chậm cháy của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 khi
rung siêu âm ở các thời gian: 4h, 5h, 6h và 7h
Thời gian
Chỉ số oxy, Tốc độ cháy, UL 94HB,
rung siêu âm,
%
mm/phút
mm/phút
giờ
E 240
20,6
28,41
4
22,8
27,41
25,78
5
23,2
24,65
23,27
6
23,2
23,03
21,70
7
22,8

24,05
22,34
Vật liệu rung siêu âm 6 giờ có độ chậm cháy cao so với nhựa nền epoxy E 240
và các vật liệu rung siêu âm ở 4, 5 và 7 giờ. Chỉ số oxy đạt 23,2%, tốc độ cháy
23,03 mm/phút và tốc độ cháy theo UL 94HB đạt 21,70 mm/phút.

Hình 3.35 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E
240: A-thời gian rung siêu âm 6h ở độ phóng đại 150.000 lần, B-thời gian rung siêu
âm 4 giờ ở độ phóng đại 120.000 lần

Dưới tác dụng của ứng suất, trong vật liệu epoxy E 240 sẽ xuất hiện những
vết nứt ở những khu vực xung yếu nhất và vết nứt đó sẽ ngày càng phát triển,
khi có mặt MWCNTs phân tán đều với kích thước nano mét trong epoxy E 240
thì các vết nứt có thể bị ngăn chặn một cách hiệu quả, và vết nứt (cracks) bị
thay đổi hướng đi khi nó đi qua điểm có mặt MWCNTs (Hình 3.35-A, hướng
mũi tên chỉ vết nứt đang phát triển bị ngăn chặn bởi MWCNTs) và sự phát triển
vết nứt bắt đầu trở lên khó khăn hơn.
19


3.4.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ rung siêu âm đến tính chất cơ học và tính
chất chống cháy của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240
Nhiệt độ thích hợp là 650C, tại nhiệt độ này sự phân tán diễn ra ổn định và bằng
chứng là tính chất cơ học đạt ở mức cao. Độ bền kéo 71,45 MPa (tăng 27,81%), độ
bền uốn 109,0 MPa (tăng 5,64%) và độ bền va đập đạt 16,11 KJ/m2 (tăng
126,58%).
3.4.1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng MWCNTs đến tính chất cơ học và tính
chất chậm cháy của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240
Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu nanocompozit tốt hơn cả với hàm
lượng 0,02% khối lượng MWCNTs.

Hình 3.37 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy của các vật liệu nanocompozit: 0,01%
MWCNTs, 0,02% MWCNTs, 0,03% MWCNTs
Ảnh FE-SEM (hình 3.37) cho thấy sự phân tán khá đồng đều đối với mẫu bổ
sung 0,02% khối lượng MWCNTs. Vì vậy mà mẫu 0,02 % MWCNTs có tính chất
cơ học và độ chậm cháy được nâng cao so với vật liệu epoxy E 240 nguyên thể.

3.4.2 Nghiên cứu phương pháp phân tán MWCNTs vào epoxy bằng
kỹ thuật khuấy cơ học kết hợp rung siêu.
Kỹ thuật phân tán khuấy cơ học trong 8 giờ, tốc độ 3000 vòng/phút, sau đó rung
siêu âm trong 6 giờ thì các MWCNTs phân tán và phân bố với mật độ đều trong
epoxy E 240.
3.4.3 Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên nền epoxy có bổ
sung nanoclay và MWCNTs
3.4.3.1 Phân tán nanoclay và MWCNTs vào epoxy

Hình 3.41 Ảnh FE-SEM của bề mặt gẫy mẫu kéo các vật liệu nanocompozit
MWCNTs/epoxy E 240: A-rung siêu âm 6 giờ; B- khuấy cơ học 7 giờ, rung siêu âm 6
giờ; C- khuấy cơ học 8 giờ, rung siêu âm 6 giờ; D-khuấy cơ học 9 giờ, rung siêu âm
6 giờ.

Với những bề mặt chụp được không chỉ quan sát thấy sự phân tán của
MWCNTs mà có cả nanoclay, tuy không theo bất cứ một trật tự nghiêm ngặt.
20


Kỹ thuật phân tán khuấy cơ học với tốc độ 3000 vòng/phút trong 8h sau đó rung
siêu âm 6h được lựa chọn để phân tán đồng thời nanoclay I.30E và MWCNTs.

3.4.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ hàm lượng nanoclay I.30E và

MWCNTs đến tính chất của nhựa epoxy E 240
Bảng 3.38 Độ bền cơ học của vật liệu MWCNTs/nanoclay I.30E /epoxy E 240
ở các tỷ lệ khối lượng khác nhau
Ký hiệu
MWCNTs I 30E Độ bền Độ bền Độ bền
Độ bền va
mẫu
(%)
(% )
kéo
uốn
nén
đập Izod
(MPa) (MPa)
(MPa)
(KJ/m2)
NB.NC1.1
0,01
1
87,56
93,70
205,99
10,60
NB.NC2.1
0,02
1
88,34
93,60
195,23
12,70

NB.NC3.1
0,03
1
90,42
94,26
216,08
19,70
NB.NC1.2
0,01
2
93,43
98,56
203,76
21,54
NB.NC2.2
0,02
2
95,50
115,45
219,10
22,30
NB.NC3.2
0,03
2
92,12
108,60
203,51
19,70
NB.NC1.3
0,01

3
93,45
108.90
212,08
20,27
NB.NC2.3
0,02
3
90,67
103,60
202,13
18,13
NB.NC3.3
0,03
3
90,67
102,78
200,10
16,04
Độ bền cơ học của mẫu đều được cải thiện khi ở tỷ lệ phối trộn 2% khối lượng
nanoclay và 0,02% khối lượng MWCNTs.
Bảng 3.39 Độ chậm cháy của vật liệu MWCNTs/nanoclay I.30E/epoxy E 240 ở các tỷ
lệ khối lượng khác nhau
Ký hiệu
MWCNTs NanoclayChỉ số
Tốc độ cháy
UL94HB
mẫu
(%)
I.30E

LOI
(mm/phút)
(mm/phút)
(% )
(%)
NB.NC1.1
0,01
1
22,8
24,25
25,78
NB.NC2.1
0,02
1
24,2
23,01
22,35
NB.NC3.1
0,03
1
24,6
22,45
22,03
NB.NC1.2
0,01
2
24,2
22,34
20,01
NB.NC2.2

0,02
2
25,0
20,05
18,60
NB.NC3.2
0,03
2
24,6
19,03
18.85
NB.NC1.3
0,01
3
24,2
20,45
19,65
NB.NC2.3
0,02
3
24,6
21,43
18.68
NB.NC3.3
0,03
3
24,6
20,80
18.76
Từ bảng 3.39, nhận thấy rằng kết quả tốt nhất với sự phối trộn 0,02% khối

lượng MWCNTs và 2% khối lượng nanoclay, chỉ số LOI đạt 25%, tốc độ cháy
20,5 mm/phút và tỷ lệ đốt với UL 94HB đạt 18,6 mm/phút.
3.4.4 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu nanocompozit nền
nhựa epoxy Epikote 240 phối hợp ELO có mặt phụ gia nanoclay I.30E,
MWCNTs và chất chống cháy
Khi bổ sung MWCNTs cũng như nanoclay I.30E vào epoxy E 240/ELO, nhận thấy
độ bền cơ học thay đổi đáng kể. Sự suy giảm về một số độ bền cơ học bị ảnh hưởng
bởi chất chống cháy sẽ được bù đắp bởi ảnh hưởng tích cực của MWCNTs và
21


nanoclay I.30E. Chính vì vậy mà vật liệu compozit trên cơ sở MWCNTs/nanoclay/
Sb2O3/parafin clo hóa/epoxy E 240/ELO có độ bền cơ cao.
3.4.5. Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu nanocompozit nền
epoxy E 240 có mặt MWCNTs và nanoclay I.30E có và không có chất
chống cháy gia cường bằng vải thủy tinh
Bảng 3.44 Độ bền cơ học của các vật liệu PC nền epoxy E 240 có mặt ELO, CCC,
MWCNTs và nanoclay I.30E gia cường bằng vải thủy tinh thường và thủy tinh dệt 3D
Ký hiệu mẫu compozit
Độ bền kéo Độ bền
Độ bền Độ bền va
(MPa)
uốn
nén
đập Izod
(MPa)
(MPa)
(KJ/m2)
PC
286,01

355,50
244,82
144,46
PC.NB
379,17
423,70
386,80
158,63
PC.NB.CCC
306,54
425,55
342,26
162,88
PC.NB.ELO
292,03
451,10
346,68
165,52
PC.NB.ELO.CCC
304,02
474,77
322,21
170,32
PC.NB.NC
472,61
454,00
399,94
187,31
PC.NB.NC.ELO
386,63

478,40
388,09
189,89
PC.NB.NC.CCC
384,13
506,56
390,12
188,79
PC.NB.NC.ELO.CCC
390,65
520,30
389,30
198,45
*
PC.NB.NC.ELO.CCC.3D
507,19
621,30
499,29
255,50
Từ bảng 3.44 nhận thấy sự kết hợp giữa nanoclay và MWCNTs với nhựa epoxy
E 240 cải thiện đáng kể tính chất cơ học đặc biệt đối với vải thủy tinh dệt 3D.
Bảng 3.45 Độ chậm cháy của của các vật liệu PC nền epoxy E 240 có mặt ELO,
CCC, MWCNTs và nanoclay I.30E gia cường bằng vải thủy tinh thường và thủy tinh
dệt 3
Ký hiệu mẫu compozit
Chỉ số LOI
Tốc độ
UL
Sử chảy
(%)

cháy
94V
nhỏ giọt
(mm/phút)
PC
27,6
25,82
PC.NB
28,9
18,56
PC.NB.CCC
31,0
12,11
V1
PC.NB.ELO
28,9
18,09
PC.NB.ELO.CCC
31,0
14,19
V1
không
PC.NB.NC
31.6
12,35
V2
không
PC.NB.NC.ELO
31,6
12,89

V2
không
PC.NB.NC.CCC
33,3
10,05
V0
không
PC.NB.NC.ELO.CCC
32,9
10,25
V0
không
*
PC.NB.NC.ELO.CCC.3D
32,0
14,20
V0
không
Từ bảng 3.45 nhận thấy sự tác động đồng thời của MWCNTs và nanoclay I.30E
với các cơ chế chống cháy khác nhau đã cải thiện đáng kể độ chậm cháy của vật
liệu compozit MWCNTs/I.30E/CCC/epoxy E 240. Mặt khác khi bổ sung hệ chất
chống cháy oxyt antimon và paraphin clo hóa thì độ chậm cháy được nâng cao, do
sự tác động của nhiều cơ chế chống cháy diễn ra đồng thời tương ứng với từng
chất phụ gia đã gia tăng khả năng chậm cháy của vật liệu polyme compozit.
22


KẾT LUẬN
1. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các chất đóng rắn amin, các loại vải thủy
tinh khác nhau đến mức độ đóng rắn, độ bền cơ học và độ chậm cháy của vật

liệu compozit nền epoxy Epikote 240. Lựa chọn được chất đóng rắn DETA đảm
bảo tốt cho việc chế tạo vật liệu compozit epoxy Epikote 240/DETA với độ bền
kéo 55,90 MPa, độ bền uốn 86,75 MPa, độ bền nén 156,08 MPa và độ bền va
đập Izod 7,11KJ/m2, chỉ số LOI đạt 20,8%, tốc độ cháy 28,41 mm/phút. Đồng
thời cũng lựa chọn được loại vải thủy tinh thô loại E 600 g/m2 cho vật liệu
compozit có độ bền kéo 286,01 MPa, độ bền uốn 355,5 MPa và độ bền nén
244,82 MPa, độ bền va đập Izod 144,46 KJ/m2 trong khi đó chỉ số oxy đạt
28,9% và tốc độ cháy 25,82 mm/phút đáp ứng được được yêu cầu đối với vật
liệu polyme compozit có độ chậm cháy tốt và độ bền cơ học cao.
2. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các chất chống cháy paraphin clo hóa, oxit
antimon, amino phosphat (AC2) và tris(1,3-dicloro-iso-propyl)phosphat với 7
PKL đến tính chất chậm cháy và tính chất cơ học của vật liệu compozit nền
epoxy Epikote 240. Lựa chọn được tỷ lệ phối trộn chất chống cháy oxit
antimon/paraphin clo hóa = 9/11PKL là tỷ lệ thích hợp, ở tỷ lệ này vật liệu
compozit có độ chậm cháy cao và tính chất cơ học vẫn duy trì được ở mức tốt.
3. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng dầu lanh epoxy hóa (ELO) đến
tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu polyme epoxy Epikote 240 đóng
rắn bằng DETA. Xác định được tỷ lệ tối ưu EP/ELO = 90/10 PKL, một số độ
bền cơ học được nâng cao như độ bền va đập Izod đạt 8,65 KJ/m2 (tăng 21,65%
so với nhựa epoxy Epikote 240), đồng thời độ chậm cháy giữ ở mức quy định.
4. Phân tán thành công nanoclay-I.30E với 2% khối lượng vào nhựa epoxy
Epikote 240 đạt ở mức độ bóc tách các lớp silicat. vật liệu epoxy Epikote
240/nanoclay-I.30E nanocompozit có tính chất cơ học cao: độ bền kéo 63,5
MPa (tăng 13,59%), độ bền uốn 116,80 MPa (tăng 34,63%), độ bền nén đạt
179,67 MPa (tăng 15,11%) và độ bền va đập Izod 12,81 KJ/m2 (tăng 80,16%)
và độ chậm cháy đạt ở mức cao so với nhựa epoxy Epikote 240, chỉ số LOI
23,7%, tốc độ cháy 24,5mm/phút và tốc độ cháy theo UL94HB đạt 22,59
mm/phút.
23

5. Bằng cách sử dụng nanoclay-I.30E phối hợp với các chất chống cháy oxit
antimon và paraphin clo hóa trong hệ vật liệu epoxy Epikote 240 cho kết quả
khả quan. Thông số về độ chậm cháy đạt được là: chỉ số LOI 25,4%, tốc độ
cháy 19,65 mm/phút và tốc độ cháy theo UL 94HB 20,45 mm/phút trong khi đó
các độ bền cơ học cũng được nâng cao: độ bền kéo 61,09 MPa, độ bền uốn
101,00 MPa, độ bền nén 165,15 MPa và độ bền va đập Izod 13,87 KJ/m2.
6. Phân tán thành công MWCNTs với 0,02 % khối lượng trong epoxy
Epikote 240 bằng phương pháp rung siêu âm trong 6 giờ ở 650C và phương
pháp phân tán kết hợp khuấy cơ học ở 3000 vòng/phút, trong 8 giờ ở 800C sau
đó rung siêu âm trong 6 giờ. Các vật liệu epoxy Epikote 240/MWCNTs
nanocompozit chế tạo được có tính cơ học cao và độ chậm cháy đạt ở mức cao.
Khi sử dụng kỹ thuật rung siêu âm, vật liệu MWCNTs/epoxy Epikote 240 có độ
bền kéo 71,45 MPa, độ bền uốn 109,00 MPa, độ bền nén 191,54MPa và độ bền
va đập Izod 16,11 KJ/m2, chỉ số LOI 23,2%, tốc độ cháy 23,03 mm/phút và tốc
độ cháy theo UL 94HB đạt 21,07 mm/phút.
7. Đã nghiên cứu thành công vật liệu MWCNTs/nanoclay-I.30E/epoxy
Epikote 240 nanocompozit có tính chất cơ học và độ chậm cháy đạt ở mức khá
cao. Đặc biệt khi có mặt các chất chống cháy oxit antimon và paraphin clo hóa
trong hệ vật liệu MWCNTs/nanoclay-I.30E/epoxy Epikote 240 nanocompozit
thì độ chậm cháy vượt trội: chỉ số LOI 29,8%, tốc độ cháy 11,34 mm/phút, mức
độ chống bắt cháy (UL 94V) đạt mức V1, đồng thời tính chất cơ học đạt ở giá
trị cao: độ bền kéo 86,23 MPa, độ bền uốn 115,76MPa, độ bền nén 190,57MPa
và độ bền va đập Izod 23,14 KJ/m2.
8. Đã chế tạo vật liệu compozit nền epoxy Epikote 240/ELO có mặt
MWCNTs, nanoclay-I.30E và chất chống cháy oxit antimon và paraphin clo
hóa gia cường bằng vải thủy tinh thô loại E 600 g/m2 và vải thủy tinh dệt 3D
loại 600 g/m2. Vải thủy tinh dệt 3D loại 600 g/m2 cho tính chất cơ học vượt trội
hoàn toàn so với vải thủy tinh thô loại E 600 g/m2 (độ bền kéo 507,19 MPa, độ
bền uốn 621,30 MPa, độ bền nén 499,29 MPa và độ bền va đập Izod 255,50

KJ/m2) tuy nhiên độ chậm cháy giảm nhẹ.

24