Nghiên cứu sử dụng sợi tre và sợi nano carbon trong chế tạo vật liệu nanocomposite nền nhựa Epoxy Epikote 240

Dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Tuấn Anh, giảng viên Khoa Công nghệ Hóa, nhóm sinh viên Đại học Công nghệ Hóa - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã chế tạo thành công vật liệu nanocomposite nền nhựa Epoxy Epikote 240 sử dụng sợi tre và sợi nano. Đây là một loại vật liệu xanh, có tiềm năng cho các ứng dụng kỹ thuật trong tương lai carbon

Hiện nay, vấn đề bảo vệ môi trường và đóng góp vào phát triển kinh tế bền vững cần được đặc biệt quan tâm. Vì vậy, việc sử dụng vi sợi xenlulozo từ sợi tre (Bamboo Fiber-BF) là một trong những phương pháp hiệu quả để cải thiện vấn đề bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế nhờ có giá thành rẻ, dễ tái sinh, dễ phân hủy,… . Ngoài ra, sợi tre là một trong những phương pháp hiệu quả để cải thiện một số tính chất của vật liệu nhựa epoxy.

Nhận thức được điều đó, nhóm sinh viên: Nguyễn Đình Hiếu Anh, Bùi Đức Long, Trần Phương Thảo, Vũ Đức Trung, (Khoa Công nghệ Hóa, trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội) đã thực hiện đề tài: Nghiên cứu sử dụng sợi tre và sợi nano carbon trong chế tạo vật liệu nanocomposite nền nhựa Epoxy Epikote 240. Đề tài được hướng dẫn bởi TS Nguyễn Tuấn Anh, Trưởng bộ môn Công nghệ Hóa hữu cơ, Khoa Công nghệ Hóa.

Đề tài đã thực hiện các nội dung:

1. Xử lý mẫu tre, tách sợi tre;

2. Chế tạo vật liệu nanocomposite nền nhựa Epoxy Epikote 240.

3. Xác định tính chất cơ học của vật liệu polyme composite chế tạo được

Các kết quả thu được:

1. Xác định được điều kiện xử lý sợi tre được xử lý 5% trọng lượng NaOH đã được chứng minh là thích hợp cho chế tạo của vật liệu tổng hợp sợi tre. Sợi tre được xử lý bằng 5% dung dịch NaOH có độ ổn định về tính chất cơ học tốt hơn so với không được xử lý sợi. Từ đó chế tạo được

HÌnh 1: Sợi tre sau khi ngâm xút 5% trong 72h (a) và sợi tre sau khi trung hòa xút dư (b)

2. Đã chế tạo được các mẫu vật liệu nanocomposite nền nhựa Epoxy Epikote 240 với hàm lượng chất đóng rắn là DETA 12.9% khối lượng so với lượng nhựa nền ở điều kiện thường. Lượng sợi được sử dụng là 30% khối lượng và 70% khối lượng nhựa nền. Số mẫu được tạo ra gồm 4 mẫu:

Mẫu 1: Nhựa nền và sợi tre (PC1: epoxy/sợi tre = 70/30)

Mẫu 2: Nhựa nền và vải thủy tinh + Sợi tre (PC2: epoxy/vải thủy tinh/sợi tre)

Mẫu 3: Nhựa nền+MWCNTs+Vải thủy tinh+Sợi tre (PC3: epoxy/vải thủy tinh/sợi tre/MWCNTs)

Mẫu 4: Nhựa nền + Nanocacbon + Sợi tre (PC4:epoxy/MWCNTs/sợi tre

Hình 2: Các mẫu vật liệu composite: PC1 (a); PC2 (b); PC3 (c); PC4 (d)

3. Hình thái cấu trúc vật liệu compozit nền epoxy gia cường bằng lai ghép sợi tre và sợi thủy tinh (dệt thành vải) có mặt phụ gia nano MWCNTs được nghiên cứu bằng phương pháp SEM ở các độ phân giải khác nhau. Kết quả cho thấy sợi tre tương hợp rất mạnh với nền nhựa epoxy, các phần tử nano cacbon đa tường đã phân tán trong hệ epoxy/DETA/Sợi tre/sợi thủy tinh, phân tán khá đều trên nền nhựa epoxy 240

Hình 3: Ảnh SEM các mẫu vật liệu composite: PC1 (a); PC2 (b); PC3 (c); PC4 (d)

4. Đã đánh giá độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền nén kết quả cho thấy các giá trị có giảm nhẹ, tuy nhiên vẫn giữ ở mức cho phép. Vật liệu tổng hợp gia cường bằng sợi tre là một vật liệu xanh, có tiềm năng cho các ứng dụng kỹ thuật trong tương lai.

Với các kết quả thu được, nhóm nghiên cứu đã bảo về thành công trước Hội đồng nghiệm thu đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học thuộc phân ban Công nghệ Hóa. Kết quả báo cáo được Hội đông nghiệm thu đánh giá rất cao và đạt giải Nhì.

Kết quả này là thành quả xứng đáng cho sự nỗ lực và say mê khoa học của các em và sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo TS Nguyễn Tuấn Anh. Trao đổi với chúng tôi, các thành viên nhóm nghiên cứu bày tỏ nguyện vọng muốn đề xuất mở rộng tính ứng dụng và tăng độ bền cho vật liệu hơn như: đưa vào thêm chất kết dính tạo các tấm mat sợi tre có độ bám dính với nhựa tốt hơn, loại bỏ bớt phần bọt khí bên trong khi tạo mẫu, tăng độ bền cơ học,… Có thể sử dụng những chất kết dính như: polyvinyl alcohol (PVA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl acetate (PVAc), vinyl silane (VS).

Nhóm sinh viên và thầy hướng dẫn (TS. Nguyễn Tuấn Anh) trong Lế trao giải Sinh viên nghiên cứu khoa học lần thứ XI- Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

.