NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG CHÁY CỦA DIAMMONIUM HYDROGEN PHOSPHATE ỨNG DỤNG TRONG COMPOSITE UPE SỢI THỦY TINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
BỘ MÔN POLYME

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG CHÁY CỦA
DIAMMONIUM HYDROGEN PHOSPHATE ỨNG
DỤNG TRONG COMPOSITE UPE - SỢI THỦY TINH

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH
SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC
MSSV: V1302598

Tp Hồ Chí Minh, 12/2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
BỘ MÔN POLYME

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG CHÁY CỦA
DIAMMONIUM HYDROGEN PHOSPHATE ỨNG
DỤNG TRONG COMPOSITE UPE - SỢI THỦY TINH

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH
SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC
MSSV: V1302598

TP Hồ Chí Minh, 12/2017

Đại Học Quốc Gia Tp.HCM
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA
--------------Số:
/BKĐT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
------------------------

KHOA: Công Nghệ Vật Liệu
NHIỆM VỤ LÀM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
BỘ MÔN:
Polyme
HỌ VÀ TÊN: Trương Thiên Ngọc
MSSV: V1302598
NGÀNH: Polyme
Lớp: VL13PO
Đầu đề luận văn: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG CHÁY CỦA
DIAMMONIUM HYGROGEN PHOSPHATE ỨNG DỤNG TRONG COMPOSITE
UPE – SỢI THỦY TINH
Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):
- Nghiên cứu phương pháp đưa hợp chất kháng cháy Diammonium hydrogen
phosphate vào trong hỗn hợp nhựa UPE.
- Khảo sát hàm lượng DAP đến khả năng kháng cháy và tính chất cơ lý của các mẫu
nhựa UPE độn DAP
- Tạo mẫu composite tiến hành đánh giá khả năng kháng cháy và tính chất cơ lý.

1. Ngày giao luận văn:
2. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

3. Họ tên người hướng dẫn:
Phần hướng dẫn:
1/
2/
3/
Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua bộ môn
Ngày…… tháng……. năm…….
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH
(Ký và ghi rõ họ tên)
(Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:
Người duyệt (chấm sơ bộ):
Đơn vị:
Ngày bảo vệ:

Điểm tổng kết:
Nơi lưu trữ luận văn:


TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
--------------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
---------------------

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN

(Dành cho người hướng dẫn/phản biện)
Họ và tên sinh viên:……………………………………………………………….
MSSV:……………………Ngành (chuyên ngành):………………………………
Đề tài:……………………………………………………………………………...
Họ và tên người hướng dẫn/phản biện:……………………………………………
Tổng quát về bản thuyết trình:…………………………………………………….
- Số trang
: ………………. Số chương
: ……………
- Số bảng số liệu
: ………………. Số hình vẽ
: ……………
- Số tài liệu tham khảo : ………………. Phần mềm tính toán : ……………
- Hiện vật (sản phẩm) : ……………….
Tổng quát về các bản vẽ:
- Số bản vẽ:
bản A1:
bản A2:
khổ khác:
- Số bản vẽ tay:
Số bản vẽ trên máy tính:
Những ưu điểm chính của LVTN: ……………………………………………….
……………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………..
Những thiếu sót chính của LVTN: ……………………………………………….
……………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………..
Đề nghị:
Được bảo vệ:
Bổ sung thêm để bảo vệ:

Không được bảo vệ:
Câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng (CBPB ra ít nhất 02 câu):
a/ ………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
b/………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
c/………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, trung bình): Điểm:………./10.
Ngày …… tháng …… năm 2017
Ký tên (ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………..
Tp.HCM, ngày….. tháng ….. năm …..
Giảng viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN


………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………..
Tp.HCM, ngày….. tháng ….. năm …..
Giảng viên phản biện


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên cho phép em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy hướng
dẫn luận văn tốt nghiệp này của em là thầy Nguyễn Đắc Thành đã luôn giúp đỡ, giảng
dạy và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành tốt luận văn, bên cạnh đó em còn học
được nhiều kiến thức và kinh nghiệm làm việc bổ ích sẽ giúp ích cho em khi tiếp tục học
tập và làm việc về sau này.
Em cũng xin cám ơn các thầy cô của trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ
Chí Minh, khoa Công nghệ Vật liệu cũng như các quý thầy cô ở bộ môn Vật liệu Polyme
đã tận tình chỉ day, dạy bảo, truyền đạt những kiến thức cho em để em có những kiến thức
vững chắc và đầy đủ tiếp tục làm việc và đóng góp cho xã hội.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô, cán bộ công nhân viên làm việc ở trong Trung
tâm nghiên cứu vật liệu Polymer – trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh vì
luôn hỗ trợ và giúp đỡ em. Đặc biệt, em xin cảm ơn anh Phan Minh Trí, người đã luôn
theo sát, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất để chúng em có thể thực hiện tốt thí nghiệm.
Con cũng xin gửi lời cám ơn đến ba mẹ và gia đình mình. Cám on mọi người đã
luôn động viên, dành những điều tốt đẹp nhất dành cho con để con luôn trở thành con
người tốt.
Trong quá trình thực hiện luận văn không thể thiếu sót xin các quý thầy cô, các anh
chị và các bạn thông cảm và đóng góp ý kiến.
Sinh viên
Trương Thiên Ngọc

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

i


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………...………………i
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................ xiv
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
TỔNG QUAN VÀ LÝ THUYẾT CƠ SỞ ................................................ 2
1.1. Tổng quan và lý thuyết về vật liệu composite: ....................................................... 2
1.1.1.

Định nghĩa vật liệu composite ...................................................................... 2

1.1.2.

Thành phần và cấu tạo .................................................................................. 2

1.1.3.

Phân loại ....................................................................................................... 5

1.1.4.

Lý thuyết về composite ................................................................................. 6

1.1.4.1. Lý thuyết kết dính bề mặt nhựa – sợi........................................................ 6
1.1.4.2. Liên kết nhờ hấp phụ và thấm ướt ............................................................ 7
1.1.4.3. Liên kết cơ học .......................................................................................... 7
1.1.4.4. Liên kết hóa học ........................................................................................ 7
1.1.4.5. Liên kết tĩnh điện ...................................................................................... 8
1.1.5.

Công nghệ chế tạo vật liệu composite .......................................................... 8

1.1.5.1. Gia công ở áp suất thường ........................................................................ 8
1.1.6.2. Gia công dưới áp suất ................................................................................ 10
1.1.6.

Ưu nhược điểm của vật liệu composite ...................................................... 11

1.1.7.

Ứng dụng của vật liệu composite ............................................................... 12

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

ii


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN

1.2. Tổng quan và lý thuyết về nhựa Polyester không no ( UPE): .............................. 14
1.2.1.

Khái niệm .................................................................................................... 14

1.2.2.

Nguyên liệu tổng hợp ................................................................................. 14

1.2.2.1. Polyol: ..................................................................................................... 14
1.2.2.2. Polyacid: .................................................................................................. 16
1.2.2.3. Monome tương hợp:................................................................................ 18
1.2.2.4.

Hydroquynone (HQ): ............................................................................. 19

1.2.2.5. Xúc tiến: .................................................................................................. 19
1.2.2.6. Chất khơi mào: ........................................................................................ 19
1.2.3.

Lý thuyết về nhựa polyester không no (UPE): ........................................... 20

1.2.3.1. Cơ sở hóa học phản ứng tổng hợp nhựa Polyester không no ................. 20
1.2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và chất lượng nhựa UPE:
21
1.2.4.

Đóng rắn UPE ............................................................................................. 23

1.2.5.

Tính chất của nhựa UPE ............................................................................. 24

1.2.6.

Ứng dụng của nhựa UPE ............................................................................ 25

1.3. Tổng quan và lý thuyết về các chất kháng cháy vô cơ: ........................................ 26

1.3.1.

Các hợp chất kháng cháy vô cơ ................................................................. 26

1.3.2.

Lý thuyết và cơ chế kháng cháy cho polymer: ........................................... 27

1.3.2.1. Sự cháy của polymer và vật liệu composite ............................................ 27
1.3.2.2. Vai trò và cơ chế của chất kháng cháy.................................................... 29
1.3.2.3. Cơ chế kháng cháy của Diammoni hydro phosphate .............................. 31
1.3.3.

Các phương pháp kiểm tra sự cháy của polymer........................................ 32

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

iii


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN

THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 36
2.1. Mục tiêu của đề tài: ............................................................................................... 36
2.2. Hóa chất – thiết bị: ................................................................................................ 36
2.2.1.

Hóa chất: ..................................................................................................... 36

2.2.2.

Thiết bị: ....................................................................................................... 37

2.3. Quy trình thực nghiệm: ......................................................................................... 40
2.3.1.

Nội dung 1: Khảo sát khả năng hòa trộn của hợp chất kháng cháy DAP vào

trong hỗn hợp nhựa UPE: ........................................................................................... 40
2.3.2.

Nội dung 2: Tính chất nhựa UPE đóng rắn khối với các hàm lượng %DAP

khác nhau: ................................................................................................................... 41
2.3.3.

Nội dung 3: Tính chất composite UPE – sợi thủy tinh độn kháng cháy

DAP:………….. ......................................................................................................... 42
2.3.3.1. Quy trình lăn composite: ......................................................................... 42
2.3.3.2. Chuẩn bị mẫu đo tính chất cơ lý và tính kháng cháy: ............................. 43
2.4. Nội dung nghiên cứu: ............................................................................................ 43
2.4.1.

Nội dung 1: Khảo sát khả năng hòa trộn của hợp chất kháng cháy DAP vào

hỗn hợp nhựa UPE: .................................................................................................... 43
2.4.2.

Nội dung 2: Tính chất nhựa UPE đóng rắn khối với các hàm lượng kháng

cháy DAP 10% 20% 30% 40% và 50%: .................................................................... 44
2.4.3.

Nội dung 3: Tính chất composite UPE – sợi thủy tinh độn kháng cháy

DAP:……….. ............................................................................................................. 44
2.5. Các phương pháp đánh giá: .................................................................................. 45
2.5.1.

Đánh giá khả năng kháng cháy : ................................................................. 45

2.5.2.

Đo độ nhớt Brookfield: ............................................................................... 45

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

iv


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN
2.5.3.

Phương pháp đánh giá kích thước hạt: ....................................................... 46

2.5.4.

Phương pháp đánh giá tính chất cơ lý composite: ...................................... 46

2.5.4.1. Xác định tính chất chịu uốn ( độ bền uốn): ............................................. 46
2.5.4.2. Xác định tính chất chịu kéo ( độ bền kéo) .............................................. 48
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................... 50
3.1. Đánh giá nguyên liệu đầu vào:.............................................................................. 50
3.1.1.

UPE: ............................................................................................................ 50

3.1.2.

Diammonium hydrogen phosphate (DAP): ................................................ 51

3.2. Nội dung 1: Khảo sát phương pháp hòa trộn hợp chất kháng cháy DAP vào trong
hỗn hợp nhựa UPE: ........................................................................................................ 53
3.2.1.

Phương pháp nghiền bi hợp chất kháng cháy DAP và khuấy cơ học: ....... 53

3.2.2.

Phương pháp nghiền bi hợp chất kháng cháy DAP và khuấy cao tốc: ....... 58

3.2.2.3. Trường hợp nghiền bi hỗn hợp paste nhựa UPE và DAP: .......................... 62
3.3. Nội dung 2: Tính chất của nhựa UPE đóng rắn khối với các tỷ lệ kháng cháy
DAP 10% 20% 30% 40% và 50%:................................................................................. 66
3.3.1.

Tính chất cơ lý của nhựa UPE đóng rắn khối: ............................................ 66

3.3.2. Tính kháng cháy của mẫu nhựa UPE đóng rắn khối: ....................................... 72
3.3.2.1. Trường hợp chỉ nghiền hợp chất kháng cháy DAP và kết hợp khuấy cao
tốc: .......................................................................................................................... 72
3.3.2.2. Trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và nhựa UPE: ................................. 73
3.4. Nội dung 3: Tính chất của composite UPE – sợi thủy tinh độn chất kháng cháy
DAP: …………………………………………………………………………………...76
3.4.1.

Tính chất cơ lý của composite UPE – sợi thủy tinh độn kháng cháy

DAP:……………. ...................................................................................................... 76

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

v


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN
3.4.2.

Tính chất kháng cháy của composite UPE – sợi thủy tinh độn kháng cháy

DAP:………… ........................................................................................................... 82
3.4.2.1. Trường hợp chỉ nghiền hợp chất kháng cháy DAP và kết hợp khuấy cao
tốc:…………. ......................................................................................................... 82

3.4.2.2. Trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và nhựa UPE: ............................... 84
3.5. Kết luận và kiến nghị: ........................................................................................... 86
3.5.1.

Kết luận: ...................................................................................................... 86

3.5.2.

Kiến nghị: ................................................................................................... 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 87
PHỤ LỤC ............................................................................................................................. 1

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

vi


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Kết dính nhựa nền và sợi bằng liên kết hóa học................................................... 8
Hình 1. 2 Phương pháp hand lay up ..................................................................................... 8
Hình 1. 3 Phương pháp quấn khô ......................................................................................... 9
Hình 1. 4 Phương pháp quấn ướt .......................................................................................... 9
Hình 1. 5 Phương pháp đúc ép ........................................................................................... 10
Hình 1. 6 Mô hình gia công composite bằng phương pháp ép phun.................................. 11
Hình 1. 7 Phương pháp đùn kéo ......................................................................................... 11

Hình 1. 8 Một số sản phẩm composite ............................................................................... 14
Hình 1. 9 Công thức các loại rượu. .................................................................................... 15
Hình 1. 10 Một số polyacid no thông dụng. ....................................................................... 16
Hình 1. 11 Các acid và alhydrid không no. ........................................................................ 17
Hình 1. 12 Phản ứng tạo monoester. .................................................................................. 20
Hình 1. 13 Phản ứng trùng ngưng đa tụ. ............................................................................ 21
Hình 1. 15 Phản ứng đóng rắn UPE. .................................................................................. 24
Hình 1. 16 Vật dụng ngoài trời. .......................................................................................... 25
Hình 1. 17 Banh bida. ........................................................................................................ 26
Hình 1. 18 Bồn chứa .......................................................................................................... 26
Hình 1. 19 Tam giác mối quan hệ ba yếu tố tạo nên sự cháy............................................. 27
Hình 1. 20 Quá trình đốt cháy vật lý và hóa học của polyme ............................................ 28
Hình 1. 21 Sơ đồ sơ đồ chu trình đốt cháy và cách tiếp cận khả năng chống cháy. .......... 31
Hình 1. 22 Thiết bị kiểm tra khả năng cháy của polymer theo tiêu chuẩn UL .................. 34

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

vii


LVTN

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

Hình 1. 23 Thiết bị đo hàm lượng oxygen tối thiểu (LOI) ................................................ 35
Hình 2. 1 Chất kháng cháy Diammonium hydrogen phosphate......................................... 36
Hình 2. 2 Máy đo độ nhớt Brookfield ................................................................................ 37
Hình 2. 3 Máy khuấy cơ học .............................................................................................. 38
Hình 2. 4 Máy khuấy cao tốc.............................................................................................. 38
Hình 2. 5 Thiết bị đánh giá khả năng cháy ......................................................................... 39

Hình 2. 6 Sơ đồ khối quy trình khảo sát khả năng hòa trộn của hợp chất kháng cháy DAP
vào trong hỗn hợp nhựa UPE ............................................................................................. 40
Hình 2. 7 Sơ đồ khối quy trình đánh giá tính chất UPE đóng rắn khối.............................. 41
Hình 2. 8 Sơ đồ khối quy trình tạo mẫu composite ............................................................ 42
Hình 2. 9 Mẫu khi thử nghiệm uốn 3 điểm. ....................................................................... 47
Hình 2. 10 Đường cong biến dạng – lực thí nghiệm cơ tính. ............................................ 48
Hình 2. 11 Mẫu thử độ bền kéo. ......................................................................................... 48
Hình 2. 12 Đường cong biến dạng – lực thí nghiệm cơ tính. ............................................ 49
Hình 3. 1 Nhựa UPE ........................................................................................................... 50
Hình 3. 2 Diammonium hydrogen photsphate ................................................................... 51
Hình 3. 3 Đồ thị biểu diễn độ nhớt của các mẫu trong trường hợp khuấy cơ học ............. 55
Hình 3. 4 Đồ thị biểu diễn quan hệ giũa thời gian và nhiệt độ đóng rắn của các mẫu UPE
và hàm lượng DAP khác nhau trường hợp nghiền bi DAP và khuấy cơ học .................... 57
Hình 3. 5 Đồ thị biểu diễn độ nhớt của các mẫu trong trường hợp nghiền bi DAP và
khuấy cao tốc ...................................................................................................................... 60
Hình 3. 6 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ đóng rắn của các mẫu UPE
và hàm lượng DAP khác nhau trường hợp nghiền bi DAP kết hợp khuấy cao tốc ........... 62

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

viii


LVTN

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

Hình 3. 7 Đồ thị biểu diễn độ nhớt của các mẫu trong trường hợp nghiền bi hỗn hợp
paste UPE và DAP.............................................................................................................. 64
Hình 3. 8. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ đóng rắn của các mẫu UPE

và hàm lượng DAP khác nhau trường hợp nghiền bi hỗn hợp UPE và DAP .................... 65
Hình 3. 9. Đồ thị so sánh ứng suất kéo của các mẫu hỗn hợp UPE và chất kháng cháy
DAP trường hợp nghiền bi DAP, khuấy cao tốc và trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và
UPE ..................................................................................................................................... 67
Hình 3. 10 Đồ thị biểu diễn độ bền kéo của các mẫu hỗn hợp UPE và kháng cháy DAP
trường hợp nghiền bi DAP, khuấy cao tốc và trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và UPE
............................................................................................................................................ 68
Hình 3. 11 Đồ thị so sánh giá trị ứng suất uốn của các mẫu UPE và chất kháng cháy DAP
trường hợp nghiền bi DAP, khuấy cao tốc và trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và UPE
............................................................................................................................................ 70
Hình 3. 12 Đồ thị so sánh giá trị module suất uốn của các mẫu UPE và chất kháng cháy
DAP trường hợp nghiền bi DAP, khuấy cao tốc và trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và
UPE ..................................................................................................................................... 71
Hình 3. 13 Các mẫu nhựa UPE độn kháng cháy DAP sau khi thử cháy trường hợp nghiền
bi DAP và khuấy cao tốc .................................................................................................... 73
Hình 3. 14 Các mẫu nhựa UPE độn kháng cháy DAP sau khi thử cháy trường hợp nghiền
bi hỗn hợp DAP và nhựa UPE............................................................................................ 75
Hình 3. 15 Mẫu composite sau khi lăn ............................................................................... 76
Hình 3. 16 Các mẫu composite dùng để đo độ bền kéo, độ bền uốn và đo cháy .............. 77
Hình 3. 17 Đồ thị so sánh giá trị ứng suất kéo của các mẫu composite trường hợp nghiền
DAP, khuấy cao tốc và trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và UPE ................................ 78

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

ix


LVTN

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

Hình 3. 18 Đồ thị so sánh giá trị module kéo của các mẫu composite trường hợp nghiền
DAP, khuấy cao tốc và trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và UPE ................................ 78
Hình 3. 19 Đồ thị biểu diễn giá trị ứng suất uốn của các mẫu composite trường hợp
nghiền bi DAP, khuấy cao tốc và trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và UPE ................ 80
Hình 3. 20 Đồ thị biểu diễn giá trị ứng suất uốn của các mẫu composite trường hợp
nghiền bi DAP, khuấy cao tốc và trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và UPE ................ 81
Hình 3. 21 Các mẫu composite UPE – sợi thủy tinh với kháng cháy DAP sau khi thử cháy
trường hợp nghiền bi DAP và khuấy cao tốc ..................................................................... 83
Hình 3. 22 Các mẫu composite UPE – sợi thủy tinh với kháng cháy DAP sau khi thử cháy
trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và nhựa UPE ............................................................. 85

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

x


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1: Nhận xét về các loại polyol ............................................................................... 15
Bảng 1. 2: Nhận xét về các loại polyacid ........................................................................... 17
Bảng 1. 3: Một số tiêu chuẩn đánh giá khả năng cháy của polymer .................................. 32
Bảng 2. 1 Các yếu tố khảo sát và phương pháp đánh giá của nội dung 1……………….. 44
Bảng 2. 2 Các yếu tố khảo sát và phương pháp đánh giá của nội dung 2……………….. 44
Bảng 2. 3 Các yếu tố khảo sát và phương pháp đánh giá của nội dung 3……………….. 44
Bảng 2. 4: Kích thước mẫu uốn………………………………………………………….. 46
Bảng 2. 5: Kích thước mẫu đo kéo………………………………………………………. 48

Bảng 3. 1: Độ nhớt Brookfield của nhựa UPE với tốc độ đo 50 vòng/phút....................... 50
Bảng 3. 2: Độ nhớt Brookfield của các mẫu UPE với tốc độ đo 5 vòng/phút ................... 51
Bảng 3. 3: Kết quả phân tích kích thước hạt của hợp chất kháng cháy DAP .................... 52
Bảng 3. 4: Tính toán khối lượng của UPE và DAP theo từng hàm lượng ......................... 53
Bảng 3. 5: Độ nhớt Brookfield của các mẫu ở tốc độ 5 vòng/phút trường hợp khuấy cơ
học ...................................................................................................................................... 54
Bảng 3. 6: Giá trị độ nhớt Brookfield của các mẫu ở tốc độ 50 vòng/phút trường hợp
khuấy cơ học ....................................................................................................................... 54
Bảng 3. 7: Giá trị hệ số thixotropic giữa vận tốc 5 vòng/phút và 50 vòng/phút trường hợp
khuấy cơ học ....................................................................................................................... 55
Bảng 3. 8: Thời gian gel, nhiệt độ tại điểm gel và thời gian ứng với nhiệt độ cao nhất của
các mẫu 10% 20% 30% 40% 50% DAP trường hợp nghiền bi DAP và khuấy cơ học ..... 56
Bảng 3. 9: Giá trị độ nhớt Brookfield của các mẫu ở vận tốc đo 5 vòng/phút trường hợp
nghiền bi DAP và khuấy cao tốc ........................................................................................ 58

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

xi


LVTN

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

Bảng 3. 10: Giá trị độ nhớt Brookfield của các mẫu ở vận tốc đo 50 vòng/phút trường hợp
nghiền bi DAP và khuấy cao tốc ........................................................................................ 59
Bảng 3. 11: Hệ số thixotropic giữa vận tốc 5 vòng/phút và 50 vòng/phút trường hợp
nghiền bi DAP và khuấy cao tốc ........................................................................................ 59
Bảng 3. 12: Thời gian gel, nhiệt độ tại điểm gel và thời gian ứng với nhiệt độ cao nhất
của các mẫu 10% 20% 30% 40% 50% DAP trường hợp nghiền bi DAP và khuấy cao tốc

............................................................................................................................................ 61
Bảng 3. 13: Giá trị độ nhớt Brookfield của các mẫu ở tốc độ 5 vòng/phút ....................... 63
Bảng 3. 14: Giá trị độ nhớt Brookfield của các mẫu ở tốc độ 50 vòng/phút ..................... 63
Bảng 3. 15: Hệ số thixotropic giữa vận tốc 5 vòng/phút và 50 vòng/phút ......................... 63
Bảng 3. 16: Thời gian gel, nhiệt độ tại điểm gel và thời gian ứng với nhiệt độ cao nhất
của các mẫu 10% 20% 30% 40% 50% DAP trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và UPE
............................................................................................................................................ 64
Bảng 3. 17: Giá trị ứng suất kéo và module kéo của các mẫu nhựa UPE độn kháng cháy67
Bảng 3. 18: Giá trị ứng suất uốn và module uốn của các mẫu nhựa UPE độn kháng cháy
............................................................................................................................................ 69
Bảng 3. 19: Kết quả thử cháy của các mẫu nhựa UPE độn kháng cháy ............................ 72
Bảng 3. 20: Kết quả thử cháy của các mẫu nhựa UPE độn kháng cháy theo chuẩn UL 94HB trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và nhựa UPE: ..................................................... 74
Bảng 3. 21: Giá trị ứng suất kéo và module kéo của các mẫu composite trường hợp
nghiền bi chất kháng cháy DAP, khuấy cao tốc và trường hợp nghiền bi hỗn hợp DAP và
UPE ..................................................................................................................................... 77
Bảng 3. 22: Giá trị ứng suất uốn và module uốn của các mẫu composite trường hợp
nghiền bi chất kháng cháy DAP kết hợp khuấy cao tốc và trường hợp nghiền bi hỗn hợp
DAP và UPE ....................................................................................................................... 79

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

xii


LVTN

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

Bảng 3. 23: Kết quả thử cháy của các mẫu composite theo chuẩn UL 94-HB trường hợp
nghiền bi DAP và kết hợp khuấy cao tốc ........................................................................... 82

Bảng 3. 24: Kết quả thử cháy của các mẫu composite theo chuẩn UL 94-HB trường hợp
nghiền bi hỗn hợp UPE và DAP ......................................................................................... 84

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

xiii


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
UPE: Polyester không no
DAP: Diammonium hydrogen phosphate
APP: Ammonium polyphosphate
ATH: Alumina trihydrate
TPP: Tryphenyl phosphate
AHP Alumium hydro phosphate
ASTM: American Society for Testing and Materials
UL: Underwriters Laboratory
ISO: International Organization for Standardization
LOI: Limiting oxygen index

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

xiv


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN

LỜI MỞ ĐẦU
Trong xu thế phát triển của khoa học kĩ thuật ngày một được nâng cao, vật liệu
polymer đang dần thay thế cho vật liệu truyền thống. Một trong số vật liệu polymer được
sử dụng rộng rãi là polyester bất bão hòa với một số tính chất vượt trội như cách điện, bay
hơi thấp, đạt được độ bền cơ học, chống ăn mòn tốt và độ trong cao. Chúng không chỉ
được sử dụng trong các vật dụng gia đình, ngoài trời, đồ dùng nội thất giả đá, giả gỗ mà
còn là nguyên liệu trong ngành công nghiệp quan trọng như xây dựng, giao thông vận tải
và công nghệ cao.
Tuy nhiên, nhựa UPE có nhược điểm lớn là tính bắt cháy cao, sinh ra nhiều khói
trong quá trình cháy do đó làm hạn chế ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực. Để cải
thiện tính kháng cháy, việc thêm vào phụ gia chống cháy trong quá trình gia công vật liệu
là rất cần thiết.
Trước đây các hợp chất chống cháy chứa halogen thường được sử dụng rộng rãi
do chúng có hiệu quả cao trong việc làm giảm khả năng bắt cháy của polymer ở hàm
lượng thấp và đặc biệt là giá thành rẻ. Tuy nhiên, hiện nay các hợp chất chống cháy chứa
halogen đã bị hạn chế sử dụng do bản thân chúng sinh ra nhiều chất độc hại, ảnh hưởng
nghiêm trọng tới con người và môi trường. Do đó, các nhà nghiên cứu đang dần dần thay
thế chúng bằng những hợp chất chống cháy phi halogen, cụ thể là các hợp chất chống
cháy chứa phosphor, các hợp chất chứa nitrogen, và hợp chất hidroxyde kim loại.
Diamonium hydrogen phosphate (DAP) là một trong những hợp chất chống cháy
phi halogen cho hiệu quả chống cháy tốt, thân thiện với môi trường và đặc biệt là ít sinh
ra khói và khí độc trong quá trình cháy. Do đó trong bài luận văn này đã sử dụng hợp chất
chống cháy phi halogen DAP nhằm khảo sát hiệu quả cải thiện tính kháng cháy cho nhựa
nền composite UPE – sợi thủy tinh. Đồng thời tập trung khảo sát phương pháp hòa trộn
hợp chất kháng cháy DAP và hỗn hợp nhựa UPE để tạo composite nhựa nền UPE – sợi
thủy tinh đạt tính chất cơ lý và khả năng kháng cháy tốt nhất.

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

1


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN

TỔNG QUAN VÀ LÝ THUYẾT CƠ
SỞ
1.1. Tổng quan và lý thuyết về vật liệu composite
Vật liệu composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống của con người.
 Khoảng 5000 năm trước Công nguyên, người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu
composite vào cuộc sống như sử dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo sự
dãn nở trong quá trình nung đồ gốm.
 Năm 1930, nghiên cứu và ứng dụng thành công sợi thủy tinh được dùng để
gia cường cho polyester không no chế tạo máy bay, tàu chiến phục vụ cho
Chiến tranh thế giới II.
 Năm 1950, bước đột phá quan trọng trong ngành vật liệu composite đó là sự
xuất hiện nhựa epoxy và các sợi gia cường.
 Từ năm 1970 đến nay, vật liệu composite đã được đưa vào sử dụng rộng rãi
trong các ngành công nghiệp, dân dụng, y tế, thể thao, quân sự…và đời sống
hàng ngày.
1.1.1. Định nghĩa vật liệu composite
Vật liệu composite là loại vật liệu gồm nhiều thành phần, được tổ hợp từ hai hay
nhiều loại vật liệu khác nhau nhằm mục đích tạo ra loại vật liệu mới có tính năng ưu việt
hơn hẳn các vật liệu ban đầu. Vật liệu composite được cấu tạo từ các thành phần cốt
nhằm đảm bảo cho composite có được các đặc tính cơ học cần thiết và vật liệu nền đảm
bảo cho các thành phần của composite liên kết hài hòa với nhau [7], [9].

1.1.2. Thành phần và cấu tạo
Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân
bố trong một pha liên tục duy nhất. Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường làm
nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại. Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

2


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN

cường (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống
mòn, chống xước [8], [9], [10]…
 Vật liệu nền (pha liên tục)
Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng vai trò truyền ứng suất sang cốt
khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu. Có thể tạo thành từ một chất hoặc hỗn hợp nhiều
chất được trộn lẫn một cách đồng nhất tạo thể liên tục.
Nền có thể là các vật liệu rất khác nhau. Về cơ bản người ta có thể phân loại nền ra
thành bốn nhóm : polymer, kim loại, gốm và hỗn hợp. Phụ thuộc vào tính chất
composite cần chế tạo, người ta chọn loại nền phù hợp. Đối với composite kết cấu, nền
cần phải nhẹ và có độ dẻo cao.
Tính chất nền ảnh hưởng mạnh không chỉ đến chế độ công nghệ chế tạo mà còn
đến các đặc tính sử dụng của composite như: nhiệt độ làm việc, độ bền mỏi, khối lượng
riêng, độ bền riêng, và khả năng chống lại tác dụng của môi trường ngoài,…
Vật liệu nền có thể là nhựa nhiệt rắn hoặc nhựa nhiệt dẻo :
 Vật liệu nền nhiệt dẻo là các polymer mạch thẳng và mạch nhánh khi nung
nóng sẽ chảy dẻo ra, nguội thì cứng lại. Vật liệu nền polymer nhiệt dẻo

thường sử dụng : PE, PP, PVC,…
 Vật liệu nền nhiệt rắn có độ nhớt thấp, dễ hòa tan và sau khi đóng rắn tạo
thành mạng lưới không gian. Vật liệu nền polymer nhiệt rắn thường sử dụng :
polyester, epoxy, phenolformaldehyd, vinyl ester,… Nhìn chung nhựa nhiệt
rắn cho vật liệu có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo.
 Vật liệu gia cường (pha gián đoạn)
Đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung vì chúng thường có tính chất cơ lý cao
hơn nhựa. Người ta đánh giá vật liệu gia cường dựa trên các đặc điểm sau:
 Tính gia cường cơ học.
 Tính kháng hoá chất, môi trường, nhiệt độ.
 Phân tán vào nhựa tốt.
 Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt.
 Thuận lợi cho quá trình gia công.

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

3


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN

 Giảm giá thành, sản phẩm nhẹ hơn.
Tùy thuộc vào từng yêu cầu cho từng loại sản phẩm mà người ta có thể chọn loại
vật liệu gia cường cho thích hợp. Có hai dạng vật liệu gia cường:
 Gia cường dạng sợi
Sợi có tính năng cơ lý hoá cao hơn dạng hạt, tuy nhiên, sợi có giá thành cao hơn,
thường dùng các loại: sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi Bo, Kevlar, sợi amid,... Đặc điểm
của các loại này thường là không bị phân hủy sinh học và có thể gây ô nhiễm môi

trường. Ngoài ra người ta còn sử dụng sợi thiên nhiên (đay, dứa, xơ dừa, gai,…) do có
những tính chất sau:
Ưu điểm của sợi thiên nhiên gia cường dùng trong vật liệu composite
 Sản phẩm khối lượng thấp hơn so với các sản phẩm gia công bằng sợi nhân
tạo.
 So với sợi thủy tinh giá trị độ bền, độ dai và độ cứng của sợi thiên nhiên dùng
gia cường cho vật liệu composite có thể chấp nhận.
 Dễ tạo hình những hình dạng phức tạp, quá trình gia công đơn giản.
 Vốn đầu tư và chi phí thấp hơn các loại sợi khác.
 Sợi thực vật có tính cách điện và cách âm tốt.
 Bảo vệ môi trường tốt hơn do dễ phân hủy bởi các enzim và dễ tiêu hủy.
 Thân thiện với con người do có nguồn gốc lâu đời và sẵn có.
 Mang tính thẩm mỹ cao hơn trong kiến trúc và thiết kế.
Nhược điểm của sợi thiên nhiên gia cường dùng trong vật liệu composite
 Chất lượng sợi không ổn định, sự biến đổi tính chất phụ thuộc vào giống cây
trồng.
 Quá trình chuẩn bị sợi cần nhiều thời gian và lao động.
 Sợi kém tương thích nền nhựa đòi hỏi phải xử lý bề mặt sợi.
 Hấp thụ ẩm cao và thay đổi kích thước trong vật liệu composite.
 Tỷ trọng thấp cũng có thể là bất lợi trong quá trình gia công của vật liệu
composite bởi sợi có khuynh hướng di chuyển đến bề mặt khi trộn với nhựa
nền.
SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

4


GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

LVTN

 Giá cả biến động theo nhu cầu sử dụng.
 Thời gian lưu trữ có hạn do sự tấn công của nấm móc và giảm cấp hoặc bị
mất màu.
 Giảm khả năng chống tia cực tím và giảm cấp của vật liệu composite.
Tùy theo yêu cầu sử dụng mà ta chế tạo sợi thành nhiều dạng khác nhau: sợi ngắn,
sợi dài, MAT, tấm sợi,…
 Gia cường dạng hạt
Cốt dạng hạt thường sử dụng là silica, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim loại, độn
khoáng, cao lanh,… Khả năng gia cường cơ tính của chất cốt dạng hạt được sử dụng
với mục đích sau :
 Giảm giá thành.
 Tăng thể tích cần thiết đối với độn trơ, tăng độ bền cơ lý, hoá, nhiệt, điện, khả
năng chậm cháy đối với độn tăng cường.
 Dễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khí trong nhựa có độ nhớt cao.
 Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu.
 Chống co rút khi đóng rắn, che khuất sợi trong cấu tạo tăng cường sợi, giảm
tỏa nhiệt khi đóng rắn.
Việc trộn các loại vật liệu gia cường này vào hỗn hợp có tác dụng làm tăng độ
bền cơ học cũng như độ bền hoá học của vật liệu composite như: khả năng chịu được
va đập, độ giãn nở cao, khả năng cách âm tốt, tính chịu ma sát – mài mòn, độ nén, độ
uốn dẻo và độ kéo đứt cao, khả năng chịu được trong môi trường ăn mòn như: muối,
kiềm, axít,…Cũng chính vì những tính năng này mà vật liệu composite đã được sử
dụng rộng rãi trong sản xuất cũng như trong đời sống.
1.1.3. Phân loại
Composite được phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật liệu thành phần.
 Theo bản chất, thành phần nền
 Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) kết hợp với vật liệu cốt có dạng:
 Sợi hữu cơ: polyamide, polyester,…
 Sợi khoáng: thủy tinh, carbon,…

SVTH: TRƯƠNG THIÊN NGỌC

5