3 CHẾ TẠO NANOCOMPOZIT BISMALEIMIT

thành là bismaleimit. Sản phẩm BMI-DDO này tương đối tinh khiết và là loại



3.2.1 Thấm tẩm nhựa - chế tạo prepreg



vật liệu có khả năng chịu nhiệt tốt.



Thấm tẩm là giai đoạn quan trọng trong chế tạo compozit. Ngoài phương pháp



3.1.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác magie axetat



thông thường, prepreg sau khi được thấm tẩm và sấy khô sẽ được gia nhiệt lên



Kết quả thể hiện, tại thời điểm 150 phút phản ứng đều cho sản phẩm BMI có



đến nhiệt độ chảy của nhựa trong thiết bị khn đặc biệt tự chế tạo.



cường độ XRD cao nhất. Nếu chỉ xét ở thời điểm dừng phản ứng là 150 phút,



3.2.2 Compozit BMI-DDO



hàm lượng xúc tác 3 ÷ 5% là phù hợp.



Bảng 3.8: Tính chất cơ lý của compozit BMI-DDO/sợi cacbon



3.1.2.3 Ảnh hưởng của loại xúc tác axetat đến khả năng chuyển hóa PAA thành



Áp lực ép



Hotmelt



Ủ nhiệt



BMI



k



Ek



Eu



u



(kgf)



(giờ)



(giờ)



(MPa)



(MPa)



(MPa)



(MPa)



Xúc tác niken có thể xử dụng thay thế magiê, tuy nhiên khơng hiệu quả bằng



25



-



-



128



13051



188



14040



magiê.



25



-



3



257



17142



228



19233



3.1.3 Tính chất gia cơng của BMI-DDO



12



0,5



-



337



18673



345



31670



3.1.3.1 Tính chất nhiệt:



25



0,5



-



390



23579



437



36790



38



0,5



-



288



24142



291



24570



Tính chất nhiệt được xác định bằng các phương pháp DSC và TGA: T°chảy =

0



0



0



175,7 C; T°đóng rắn = 260,1 C; T°phân hủy = 485,18 C



25



0,5



2



387



24972



453



41090



3.1.3.2 Xác định thời gian Gel hóa bằng PP ống mao quản



25



0,5



3



410



29354



468



42573



Các nghiên cứu xác định thời gian gel hóa (trung bình) được thực hiện ở nhiệt



25



0,5



4



426



30632



485



43660



25



0,5



5



427



28234



452



44048



0



0



độ 180 C và 200 C là 2240 giây và 1581 giây



3.1.3.3 Tính chất lưu biến của BMI-DDO



Bảng 3.9: Tính chất cơ lý của compozit với các tỷ lệ sợi nhựa



400

352

200°C

350

320

360

300

180°C

279

250

328

200

192

296

150

136

256

Đ

100

125

210

ộ 50

151 176 193

nh 0

139

ớt

120 127



(c



01



Hotmelt



(Wt.)



(kgf)



(giờ)



(MPa)



(MPa)



(MPa)



(MPa)



3:7



25



0,5



4:6



25



0,5



222

410



23528

29354



308

468



40620

42573



5:5



25



0,5



331



21801



642



51150



k



Ek



u



Eu



Qua so sánh những kết quả (bảng 3.8) có thể thấy rõ: Áp lực nén 25kgf cho



10 11



kết quả cơ lý khả quan nhất. Thời gian ủ nhiệt 3-4 giờ cho kết quả cơ lý khá

tốt. Tính chất cơ lý của compozit đi từ Hotmelt-prepreg đều có sự cải thiện



Hình 3.10: Độ nhớt BMI-DDO ở 180°C và 200°C



Độ nhớt của nhựa BMI-DDO (hình 3.10) tại nhiệt độ 180°C và 200°C là

tương đối thấp. Vì thế, khơng phù hợp chế tạo compozit.

10



Áp lực ép



Thời gian



456789



23



(phút)



Nhựa/sợi



đáng kể. Tại bảng 3.9 tỷ lệ nhựa/sợi là 4:6 và 5:5 có tính chất cơ lý phù hợp

nhất

3.2.3 Compozit BMI-DDO biến tính



15



So sánh những kết quả “ủ nhiệt” của BMI-DDO biến tính (bảng 3.10) có thể



hiệu



kết luận: giai đoạn ủ nhiệt là cần thiết cho việc chế tạo compozit và mang lại



10



15



-1



-1



và của –NH– (3368 cm và pic 1615 cm ) là của

DDM.



3.1.3.4 Độ hòa tan của BMI

Bảng 3.4: Độ hòa tan của BMI và BMI-BT ở 30°C



10



80

3469



Axeton/DMF



3369



Tra 60

ns

mit

tan

ce

[%]

40



3100

2914



Dung mơi



Axeton



MEK



DMF



Độ hòa tan (%)



7,8



6,3



27,1



2579



20

2029



6/1



4/1



11,7



15,6



Do BMI-DDO chứa thành phần kết tinh cao nên chúng khó tan trong các dung



1899



0

1710



mơi. BMI-DDO tan trong DMF tốt nhất nhưng cũng kém.



1615



3800



3500



3200



2900



2600



2300



2000



1800



1600



1400



1200



1000 900



800



700



600



500



400



Wavenumber cm-1



Hình 3.15: Phổ FTIR của BMI-DDO biến tính DDM tại 80°C; 120

phút

3.1.5.2 Tính chất gia cơng của BMI-DDO biến tính.

Figure:

DSC131



Exper iment:BMI bt 27-11



Crucible:Al 30 µlAtmosphere:N2



3.1.4 Đóng rắn BMI-DDO

3.1.4.1 Xác định thời gian đóng rắn

A) Phân tích bằng TGA



Mass (mg):36 .56



Bảng 3.5: Độ mất trọng lượng tại 463°C của các mẫu BMI-DDO theo thời gian



12/ 04 /2008 Pr ocedure:30 ----> 300C (10min. C -1 ) (Zone 2 )



HeatFlow/mW Exo



Peak :200.0183 ° C

Onset Point :171. 8228 °C

Enthalpy /J /g : -31 .0839 (Exot hermic ef fec t)



đóng rắn (theo TGA)



2



Thời gian (h)



2



3



4



5



Mất trọng lượng (%)



21.22



19.31



19.46



21.45



-2



-6



-10



B) Phân tích bằng FTIR



Peak 1 :81.0358 °C

Peak 2 :104 .8271 °C

Onset Point :54 .1994 °C

Enthalpy /J/ g : 65. 1113 (Endothermic ef fec t) (42.5745 + 22 .5368)



050100150200250300



b



Trans

mittanc

e [%]



Hình 3.16 Giản đồ DSC của BMI-DDO biến tính tại 80°C; 120 phút

Sample temperature/°C



-40

-20

-0

20

40

60

80

100



Trên giản đồ DSC (hình 3.16), có 2 pic nóng chảy ở 81°C và ở 104,9°C và pic



a

3472



3104



đóng rắn tại điểm có tốc độ đóng rắn cực đại là 200°C. Ở khu vực thể hiện pic



2929



nóng chảy có độ rộng lớn, kết quả này cũng phù hợp với kết quả GPC vì trong



-CH=CH-



2362



mẫu có chứa hỗn hợp các mạch phân tử với các độ dài mạch khác nhau nên độ

1895



linh động của toàn mạch phân tử khác nhau khi thay đổi nhiệt độ.



42

1



1708



3.2 CHẾ TẠO COMPOZIT SỢI CACBON



3800



3200



2900



2600



2300



2000



1800



1600



1400



1200



1000 900



800 700



600



500



Wavenumber cm-1



Qua các nghiên cứu ở các phần trên, các thông số về nhiệt trong gia công được

tổng kết tại bảng 3.7 để làm cơ sở gia cơng compozit.



Hình 3.11: Phổ FTIR: a) BMI-DDO; b) BMI-DDO đã đóng rắn (4 giờ) Trên

phổ FTIR (hình 3.11) của mẫu BMI-DDO đã đóng rắn, cường độ các dao động



Bảng 3.7: Thơng số nhiệt trong gia cơng compozit.



của nhóm – CH = CH –, đã giảm đi khá nhiều so với của mẫu BMI-DDO chưa



Nhiệt độ (°C)



đóng rắn chứng tỏ hiệu ứng đóng rắn đã xảy ra. Qua các số liệu có thể tạm thời



Vật liệu



Chảy trong khn



Hotmelt



Đóng rắn



Ủ nhiệt



BMI-DDO



200



180



250



270



BMI biến tính



100



100



200



220



14



3500



kết luận: thời gian đóng rắn trong khoảng 3 ÷ 4 giờ là phù hợp để đóng rắn hồn

tồn.

C)Phân tích bằng XRD

BMI-DDO là một loại oligome có độ kết tinh cao do các nhóm phân tử sắp xếp

11



chặt chẽ. Khi đóng rắn có xảy ra hiện tượng sắp xếp lại mạng, cấu trúc của tinh

thể BMI-DDO bị phá vỡ và các nhóm phân tử BMI-DDO chuyển động và gắn

kết với các nhóm phân tử khác BMI-DDO tạo thành mạng ba chiều, chúng

không còn giữ nguyên hệ cấu trúc bán kết tinh mà trở thành trạng thái vơ định

hình. Trên giản đồ XRD có thể nhận thấy thời điểm chuyển biến này, đó là thời

điểm mà các pic đặc trưng của nhóm BMI-DDO hồn tồn biến mất (hình



3.1.4.2 Xác định thời gian đóng rắn lại (ủ nhiệt)

Bảng 3.6: Độ mất khối lượng của các BMI-DDO

Thời gian ủ nhiệt (h)

o



0



2



3



4



5



Nhiệt độ phân hủy ( C)



463,1 480,9 480,9 480,9



480,9



Mất trọng lượng (%)



44,93 47,66 40,73 44,35



46,11



Sau khi ủ nhiệt khả năng bền nhiệt của BMI-DDO đã đóng rắn tăng thêm đến



3.12b).



~20°C. Thời gian ủ nhiệt phù hợp là 3 giờ.



600



500



3.1.5 Biến tính BMI-DDO bằng DDM

3.1.5.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian biến tính.

Tiến hành thí biến tính tại 60°C (2h); 65°C (3h,4h,5h); 70°C (2h,3h,4h)

và 80°C (1h,2h), phân tích kết quả GPC cho thấy, tại thời điểm 80°C và

1 ÷ 2 giờ phản ứng là phù hợp nhất.



a



400



Lin

(C

ou

nts

) 300



b



200



100



0

2



10



20



30



2-Theta - Scale



Hình 3.12 Giản đồ XRD: (a) BMI-DDO; (b) BMI-DDO đóng rắn

D)Phân tích DSC đẳng nhiệt.

Một trong những phương pháp tương đối chính xác để xác định thời gian

đóng rắn của BMI là phương pháp phân tích DSC đẳng nhiệt (hình 3.13).



Trong q trình phản ứng, số lượng những oligome bán kết tinh BMI-DDO và

DDM sẽ giảm dần. Tại giản đồ XRD (hình 3.14) của BMI biến tính ở từng thời

điểm phản ứng có thể nhận biết sự thay đổi này thông qua sự giảm cường độ

tại các pic đặc trưng của BMI.



Giản đồ mô

tả khi tiến hành đóng rắn đẳng nhiệt tại 250°C thì xảy ra hiệu ứng nhiệt trong



800



BMI



700



khoảng thời gian đến 245 phút (thời gian gia nhiệt mất 25 phút). Phản ứng đóng

rắn kết thúc khi hiệu ứng nhiệt chấm dứt tại thời điểm khoảng 3 giờ 40 phút.

Fi gure:



Experiment:BMI 250C 4h



Crucible:Al 30 µlAtmosphe



600



500



Lin

(C

ou 400

nts

)

300



re:N2 Mass (mg):8.47



BT 2 h

BT 1 h



12/09/2008 Procedure:30 ----> 250C (10min.C -1) hol di ng 4h (Zone 2)



DSC131



Heat Flow/mW Exo



Sample temperature/°C



250



8



200



4



150



0



100



-4



200



100



0



50



Các phương pháp phân tích đều cho thấy sự trùng hợp về kết quả thời gian cần

thiết cho đóng rắn hồn tồn mà với phương pháp phân tích XRD đã đưa ra.



-8



0



- 12

Peak :177.9702 °C

Onset P oint :175.3666 °C

Enthalpy /J/g : 80.5870 (Endothermic effect)

0255075



100



125



150



175



200



225Time/min



Hình 3.13: Kết quả DSC đóng rắn đẳng nhiệt của BMI-DDO

12



13