Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
361
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ NHỰA
POLYESTER KHÔNG NO GIA CƢỜNG NANOCLAY VÀ SỢI THỦY TINH
INVESTIGATION ON PROCESSING NANOCLAY/GLASS FIBRE REINFORCED
UNSATURATED POLYESTER COMPOSITES

SVTH: Nguyễn Minh Hoàng
Lớp 05H4, Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa
GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa

TÓM TẮT
Nanocomposite trên cơ sở nhựa polyester không no (UPE) và nanoclay với các hàm
lượng 1%; 2%; 3% khối lượng (kl) nanoclay được chế tạo bằng phương pháp đổ khuôn. Bằng các
phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), đo tính chất cơ lý đã xác định được hàm lượng nanoclay tối
ưu là 2%kl. Nanocomposite với hàm lượng nanoclay tối ưu tăng 15,27% độ bền kéo và 17,01% độ
bền uốn so với mẫu nhựa UPE. Sự có mặt nanoclay đã cải thiện đáng kể độ bền môi trường
(nước máy, nước biển, NaOH, HCl) của vật liệu composite từ nhựa UPE và sợi thủy tinh.
ABSTRACT
Nanocomposites based on unsaturated polyester (UPE) and nanoclay (1; 2; 3 wt%) were
prepared by casting method. By X-ray diffraction (XRD), mechanical testing, the optimal content of
nanoclay in UPE nanocomposite determined is 2wt%. UPE nanocomposite with optimal content of
nanoclay improved 15,27% tensile strength and 17,01% flexural strength comparing to pure UPE
sample. Chemical resistance (seawater, seawater, acid HCl, NaOH) of glass fiber reinforced UPE
composite significantly improved while adding 2 wt% nanoclay.
1. Đặt vấn đề
Nước ta có nguồn nguyên liệu nanoclay khá phong phú, tại Nha Mé (BìnhThuận),
Duy Linh (Lâm Đồng)…nên nhiều công ty đã khai thác đá bentonit để sản xuất nanoclay
dưới dạng thương phẩm với giá rẻ hơn nhiều so với các loại vật liệu gia cường có kích thước
nano khác và các nguồn nguyên liệu nano ngoại nhập. Tuy nhiên, các nghiên cứu liên quan

quan sát và chụp ảnh dưới kính hiển vi quang học OLYMPUS độ phóng đại 1000 lần tại
Phòng thí nghiệm Vi Sinh, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.
b. Khảo sát sự phân tán nanoclay trong nhựa UPE bằng phƣơng pháp nhiễu xạ
tia X (XRD)
Đồng nhất siêu âm hỗn hợp nhựa và nanoclay (1% kl; 2% kl; 3% kl) ở thời gian tối
ưu rồi tạo mẫu với kích thước
2100100
(mm
3
) và cho đóng rắn trong 72h ở nhiệt độ
phòng, đem đi sấy ở 70
0
C trong 3h để đóng rắn hoàn toàn. Sau đó đo XRD tại Phòng thí
nghiệm trọng điểm Polymer Composite, Đại học Bách Khoa T.P Hồ Chí Minh.
c. Khảo sát tính chất cơ lý của nanocomposite
Đồng nhất siêu âm hỗn hợp nhựa và nanoclay (1% kl; 2% kl; 3% kl). Sau đó tạo
mẫu với khuôn có kích thước (
4200200
) mm
3
, cho mẫu đóng rắn trong 72h ở nhiệt độ
phòng và sấy ở 70
0
C trong 3h để đóng rắn hoàn toàn. Các mẫu được đo cơ lý: đo độ bền
kéo theo tiêu chuẩn ISO 3268, đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO 178-1975 bằng máy UH-
500 KNI SHIMADZU tại Phòng thí nghiệm Sức Bền Vật Liệu, trường Đại học Bách Khoa
Đà Nẵng.
2.1.2. Khảo sát các tính chất của composite trên cơ sở nhựa UPE gia cường bằng sợi thủy
tinh và nanoclay
a. Gia công mẫu composite

Hỗn hợp UPE và nanoclay sau khi đồng nhất siêu âm được quan sát dưới kính hiển
vi thu được kết quả như sau (hình 3.1):

(a) (b) (c)
Hình 3.1. Ảnh chụp dưới kính hiển vi quang học (1000x) của hỗn hợp UPE và
2% nanoclay sau khi phân tán bằng sóng siêu âm với thời gian: 0,5h (a); 1h (b); 1,5h (c).
Dựa vào các hình 3.1a, b, c cho thấy rằng thời gian siêu âm tối ưu là 1h. Khi siêu
âm trong thời gian 0,5h thì các mạch phân tử nhựa UPE mới chỉ xen lẫn giữa các lớp
nanoclay, các kết tụ vẫn còn nhiều. Khi siêu trong thời gian 1h thì dường như không còn
các kết tụ nữa do đa số các lớp nanoclay đã được tách lớp, các mạch đại phân tử của nhựa
UPE đã chèn vào giữa các lớp nanoclay. Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng thời gian siêu âm thì
sự phân tán nanoclay vào trong nhựa cũng không được cải thiện hơn nữa (hình 3.1c).
3.1.2. Phổ nhiễu xạ tia X của nanocomposite UPE/clay
Kết quả XRD của các mẫu tương ứng với 1%; 2%; 3%kl nanoclay sau khi đồng
nhất siêu âm với nhựa UPE và mẫu bột nanoclay đã được thể hiện ở hình 3.2.

Hình 3.2. Phỗ nhiễu xạ tia X của bột nanoclay (a); nanocomposite UPE
và nanoclay với các giá trị hàm lượng là: 3% (b); 2% (c); 1% kl (d).
Trên phổ nhiễu xạ tia X của clay xuất hiện peak với khoảng cách cơ bản d 1,9 nm
ở
2
= 4,20, sau khi phân tán trong nhựa UPE bằng phương pháp đồng nhất siêu âm thì
peak này không còn nữa. Điều này cho thấy sự phân tán đã đạt được hiệu quả chèn tách
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
364
của nhựa UPE trong clay để tạo ra nanocomposite dạng cấu trúc phân lớp hoàn toàn.
3.1.3. Tính chất cơ lý của nanocomposite UPE/clay
Độ bền kéo, độ bền uốn của nanocomposite UPE/clay ở các giá trị 1%; 2%; 3% kl
nanoclay được thể hiện ở hình 3.3.
Dựa vào hình 3.3 cho thấy rằng, hàm

các môi trường: nước máy, nước biển, HCl, NaOH. Sự có mặt của nanoclay trong cấu trúc
0
50
100
150
200
250
300
Chưa
ngâm
Nước
máy
Nước
biển
NaOH HCl
Môi trường
Độ bền uốn (MPa)
Nhựa-sợi
Nhựa-
nanoclay-
sợi
0
20
40
60
80
100
120
140
Chưa

đến độ bền kéo và độ bền uốn
0
50
100
150
200
250
300
UPE/s
ợ
i th
ủ
y tinh UPE +clay/s
ợ
i th
ủ
y
tinh
Composite
Độ bền (MPa)
Độ bền
kéo
Độ bền
uốn
Hình 3.4. Độ bền kéo, độ bền uốn của
composite UPE/sợi thủy tinh và composite
UPE+nanoclay/sợi thủy tinh
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
365
composite làm tăng đáng kể độ bền mẫu trong các môi trường. Bởi vì các lớp clay đóng