2 KHOÁNG SÉT VÀ NANOCOMPOZIT

- Chế tạo thử nghiệm các chi tiết máy từ loại vật liệu này.



22



3



2.2. Ngun liệu và hóa chất:



DDO-MMT, tính chất bền nhiệt của BMI-DDO vẫn đảm bảo giữ nguyên. Khả

4,4’



năng làm việc ở nhiệt độ cao của các compozit sợi cacbon nền nanocompozit



Diphenylmethane; Cloisite Na ; Cloisite10A; Nanofil SE3000; Axeton;



BMI-DDO và khoáng sét là rất tốt (bảng 3.12). Nanocompozit chứa khoáng sét



Dimethyl formamide; Methyl ethyl ketone ; Axit benzoic; Anhydride axetic;



Cloisite 10A và DDO-MMT có độ giảm cấp ít hơn nanocompozit chứa khoáng



Triethylamine; Niken axetat; clorit axit; Sợi carbon E HTS 1600; Vải carbon



sét SE 3000 do bản chất có chứa vòng thơm.



Anhydride



Maleic;



Diamino



4,4’-



Diphenyl



ether;



+



Diamino



®



Satin 8H 6141 G; sợi Kevlar Du Pont 49

2.3.Quy trình thực nghiệm (hình 2.1) – trang 5

2.4. Phương pháp phân tích và đánh giá

Bảng 2.1 Các phương pháp phân tích và đánh giá

Phân

tích



Hóa lý



Phương pháp



Vật liệu



Tiêu chuẩn

ASTM



Chỉ số Axit CA



PAA-DDO, BMI- DDO,

Muối amoni



D974-97



Hiệu suất phản ứng



BMI-DDO; BMI-DDO BT



Đo sắc ký gel (GPC)



BMI-DDO; BMI-DDO BT



Đo nhiệt lượng vi

sai (DSC)



PAA-DDO; BMI-DDO;

BMI-DDO BT; Muối;

Organoclay Nanocomp.



Phân tích nhiệt trọng

lượng (TG-TGA)



PAA-DDO; BMI-DDO;

BMI-DDO BT; Muối;

Organoclay Nanocomp.



Nhiễu xạ tia X

(XRD)



PAA-DDO; BMI-DDO;

BMI-DDO BT;

Organoclay Nanocomp.



Nhiệt



Sử dụng

phổ



Hình

thái học

Tính

chất

điện

Tính

chất vật



Phổ hồng ngoại

(FTIR)

Kính hiển vi điện

tử truyền qua

(TEM)



Hình 3.24: Hình TEM trước và sau khi đóng rắn nanocompozit BMIDDO/ DDO-MMT

Bảng 3.12: Tính chất nhiệt của vật liệu BMI-DDO

T

(°C)



Tphân

hủy*

(°C)



Mất

trọng

lượng**



~75



485



0%



200



~105



408



6%***



168



248



~80



457



5%



7%



182



217



~35



460



1%



5%



175



282



~100



478



3%



Tchảy

(°C)



BMI-DDO



0%



176



(°C)

261



BMI biến tính



0%



105



BMI / SE 3000



5%



BMI/Clois. 10A

BMI/DDO-MMT



Compozit*



3.3.2.3 Đánh giá tính chất lưu biến của nanocompozit BMI-DDO

Việc

phối



Organoclay Nanocomp.

Compozit sợi kevlar



Độ hòa tan của nhựa



BMI-DDO; BMI-DDO BT



Thời gian Gel hóa



BMI-DDO

4



rắn



*sau ủ nhiệt 3 giờ; **sau 360 phút tại 300°C; *** sau 360 phút tại 250°C



PAA-DDO; BMI-DDO;

BMI-DDO BT; Muối;

Organoclay Nanocomp.



Điện áp đánh thủng



Tđóng



Hàm

lượng

khống



trộn

khống



149



sét vào

hệ nhựa

BMI21



DDO



h



tăng



g

i

á



rệt độ

nhớt

khoảng



t

í

n

h



nhiệt

gia cơng

(200°C)



c

h

ấ

t

c

ơ



lên từ

đến10

lần.

sánh

3.10



l

ý



3.25.

có mặt



c

ủ

a



của

khống

sét thời



n

a

n

o

c

o

m

p

o

z

i

t

B

M

I

D



gian

hóa giảm

xuống

chứng

thời

đóng

xảy ra

nhiệt

200°C

hiệu

hơn.

3.3.2.4

4



21



Tại bảng

3.13

thể nhận

thấy,

sự có

của

khống

sét độ

bền kéo

của

compozit

tăng

rõ ràng,

tới gần

70%.

Trong

đó modul

đàn hồi

của chúng



4



21



lý



Biến thiên độ nhớt



BMI-DDO; Nanocomp.



các phân tử này tiếp tục chui vào trong các lớp khoáng sét, các oligome BMI



Hệ số ma sát



Compozit sợi cacbon



G77



này có tác dụng tiếp tục nong tách các lớp sét ra khỏi nhau dẫn đến chúng có



Hệ số giãn nở nhiệt



Compozit sợi cacbon



D3386



Độ bền kéo



Compozit sợi cacbon



D638



Độ bền uốn



Compozit sợi cacbon



D790



Độ bền va đập



Compozit sợi cacbon



D256



thấy các lớp sét đã phân tán đều trong nhựa. Như vậy, sau khi hình thành BMI,



khoảng cách chèn tách lớn hơn. Cũng còn một nguyên nhân khác có thể đề cập

tới ở đây là khi đóng vòng các BMI oligome trở nên cồng kềnh hơn và chúng

cũng làm tăng khoảng cách giữa các lớp sét.

c) Nanocompozit chứa khống sét MMT-DDO



Tính

chất cơ

lý



Thử tải



DDO



với thời gian imit hóa tăng lên và có hỗ trợ sóng siêu âm cho chèn tách thì d001

imit hóa PAA tạo nanocompozit BMI-DDO, ngoài việc các oligome PAA bị



Sản phẩm



Xúc tác



Nanocompozit được chế tạo với hàm lượng khoáng là 5%. Tương tự như trên,

tăng lên rõ rệt tới 20,36 Å sau 3h30 phút phản ứng imit hóa. Trong giai đoạn



AM



Organoclay SE 3000,

Cloisite



Poly amic Axit (PAA)



imit hóa thì các đầu HOOC-ONH- của chất biến tính trên bề mặt khống sét

cũng bị imit hóa theo. Trong giai đoạn đóng rắn phản ứng nối mạng 3 chiều

xảy ra không chỉ ở các nối đôi giữa các phân tử BMI-DDO với nhau mà còn



MMT



Xúc tác



ở các đầu ion muối biến tính có chứa nhóm imit của khống sét cũng tham

gia phản ứng nối mạng khơng gian với các nhóm imit của BMI-DDO



Nanoclay Biến tính



chúng liên kết thành một mạng lưới bền vững (hình 3.23) và nong tách các

lớp sét tách khỏi nhau. Hình TEM (hình 3.24) cũng chứng minh cho thấy các

lớp sét đã bị nong tách ra nhưng khơng q lớn bởi kích thước của các



Nanocompozit BMI



HCl & DDO



Bismaleimit



oligome BMI là khá nhỏ.Hiệu ứng này khơng chỉ nâng cao các tính chất cơ

lý mà còn tăng cường khả năng bền nhiệt của nanocompozit BMI-DDO với

DDM



khống sét MMT-DDO.



BMI BT - DDM



Vải cacbon



Hình 3.23: Cơ chế q trình imit hóa và đóng rắn xảy ra trong khống sét

hữu cơ của nanocompozit BMI-DDO

3.3.2.2 Đánh giá tính chất nhiệt của nanocompozit BMI



của sản phẩm nanocompozit BMI-DDO này giảm đi ~25°C.

Với loại khống



Compozit



Sản phẩm



Ép nóng



Các thơng số về nhiệt trong gia cơng compozit BMI sau khi biến tính với hai

loại khoáng sét thương mại đều được cải thiện. Tuy nhiên, khả năng bền nhiệt

20



5



Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát qui trình thực nghiệm



20



5



Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN

LUẬN



khuấy trộn tăng lên, tới 21 giờ các giá trị d001 đạt cực đại (hình 3.21). Khác với

của nanocompozit PAA/ Cloisite 10A, khả năng tách lớp ở PAA/ SE 3000 diễn



3.1 TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH BISMALEIMIT



ra dễ dàng hơn, các giá trị d001 nhanh chóng đạt mức cao. Hình TEM (hình



3.1.1 Tổng hợp Polyamic axit



3.21) cũng thể hiện điều này. Sau đó, chúng thay đổi tương đối ít vì giá trị



3.1.1.1 Ảnh hưởng của thời gian tổng hợp



nong tách d001 của SE 3000 lúc ban đầu lớn hơn nhiều so với d001 của



a) Phân tích giản đồ XRD:



Cloisite 10A. Một điểm nữa, với hàm lượng 5% khoáng sét SE 3000, PAA sẽ

cho khả năng chèn tách tốt hơn ở 3% và 7%.



1100



42



1000

900



3%

5%

7%



40



75 phút



800



Lin 700

(C

ou 600

nts

) 500



60 phút

45 phút



400



30 phút



300



38



d 36

( 00

) 1 34



200



32



15 phút



100



40



0

5



10



20



30



30



0



2-Theta - Scale



Hình 3.1: Giản đồ XRD của PAA tại các thời điểm lấy mẫu khác

nhau

b) Phân tích chỉ số axit CA của PAA-DDO



7



14



28 time



21



(h)



Hình 3.21: Kết quả XRD và ảnh TEM của PAA/SE 3000

Sử dụng phương pháp hóa học để imit hóa mẫu PAA/khống sét SE

3000 (21 giờ; 5%). Tiến hành phân tích, thu được hình ảnh TEM và giản đồ



Bảng 3.1 Chỉ số axit của PAA-DDO theo thời gian phản ứng



XRD đặc trưng của nanocompozit BMI (hình 3.22).



Thời điểm (phút)



15



30



45



60



75



CA, mg KOH/g



290



305



306



310



307



1300



1200



1100



c) Phân tích giản đồ DSC:



1000



900



600

800



Lin

700

(Co

un

t s 600

)

500

500



400



300



400

200



L in

(C

ou

n ts300

)



100



0

1.1



2



34



5



2-Theta - Scale



200



100



0

1



10



20



30



2-Theta - Scale



Hình 3.2 Giản đồ DSC của PAA-DDO tại 45 phút với hàm lượng rắn 17,5%



6



19



Hình 3.22: Giản đồ XRD và ảnh TEM của BMI/ SE 3000



Intercalation và Floculation), điều này hoàn toàn khác với PAA /Khống sét



Kết quả chứng minh ngồi hiện tượng chèn tách ở đây đã xuất hiện cả



SE 3000 (21 giờ; 5%) chỉ có hiện tượng chèn tách (Intercalation). Ảnh TEM



hiện tượng bóc tách lớp của các lớp khống



(hình 3.22) cũng cho



6



sét (đồng thời cả



19



khoảng cách này là không lớn chúng thể hiện trên hình TEM (hình 3.19).



d) Phân tích phổ FTIR:



Tiến hành imit hóa, giản đồ XRD (hình 3.20) thể hiện bộ các pic đặc trưng

của BMI-DDO ở các góc lớn hơn 4°. Pic đặc trưng d001 của khoáng sét trong

nanocompozit BMI/ Cloisite 10A tiếp tục dịch chuyển về phía góc nhỏ hơn.

Tức là có sự nới rộng các khoảng d001 từ 28,18Å lên 28,63Å.



80

10

0



Tr

an 60

sm

itta

nc

e 0

[%20

] 40



30 phút

3443

3272

3212

3079



45 phút



2597

2231



60 phút



1885



30



41

0



1693

1634



28



3800



1499



3%

5%



26



d 24

( 00

) 1 22



3500



3200



2900



2600



2300



2000



180

0



160

0



140

0



120

0



1000 900 800 700 600 500



Wavenumber cm-1



Hình 3.3: Phổ FTIR của polyamic axit tại các thời điểm



7%



3.1.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng hình thành PAA

1200



20



1000



18



0



7



14



21



28



time (h)



Hình 3.19: Kết quả XRD và TEM của mẫu PAA/Cloisite

10A;



800



C

ou 600

nt

s

30°C

60°C



400

200

0

0



15



30



45



60



75



Time (min)



Hình 3.4: Giá trị cường độ XRD tại pic (2� = 18,4°) của PAA-DDO theo

o



o



thời gian phản ứng ở nhiệt độ 30 C và 60 C

3.1.1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng rắn

1400



30 min

45 min



Hình 3.20: Giản đồ XRD của PAA/Closite 10A và BMI/Cloisite 10A



1200



60 min



Sau khi đóng vòng, các phân tử BMI trở nên cồng kềnh hơn, chúng nong tách



1000



các lớp sét làm các khoảng cách d001 tăng lên. Trên giản đồ XRD (hình 3.20)

này cũng thể hiện hiện tượng Intercalation chiếm đa số và hoàn toàn toàn vượt



800

C

ou 600

nt

s

400

200



trội hơn hiện tượng Exfoliation.

b) Nanocompozit chứa khoáng sét SE 3000

18



0



15,0%



17,5%



7



20,0%



--