BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM NCVL POLYMER-
TRƯỜNG ĐHBK TP.HCM

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.02/06-10
BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG
VẬT LIỆU COMPOZÍT CAO CẤP TRÊN
NỀN POLYIMID VÀ SỢI CACBON Mã số: KC.02.11/06-10

Cơ quan chủ trì đề tài/dự án: TRUNG TÂM NCVL POLYMER

Học hàm, học vị: Tiến sỹ
Chức danh khoa học: Giáo sư
Chức vụ: Cố vấn Khoa họ
c Phòng TN trọng điểm vật liệu polyme và
compozit
Điện thoại: CQ: 0838655456 NR: 083429392 Mobile:0903702192
Fax: 0838655456 ; E-mail:
Tên tổ chức đang công tác: Trung tâm NCVL Polymer, ĐHBK Tp.HCM
Địa chỉ tổ chức: 268 Lý Thường Kiệt, F14, Quận10, Tp.HCM
Địa chỉ nhà riêng: 6/20 Đồ Sơn, Phường 4, Quận Tân Bình, Tp.HCM
3. Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:
Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trung tâm NCVL Polymer, ĐHBK Tp.HCM
Điện thoại:
08 38645521 38651730 Fax: 0838655456
E-mail:
Website:
Địa chỉ: 268 Lý Thường Kiệt, F14, Quận10, Tp.HCM
2

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: PGS.TS. Nguyễn Đắc Thành
Số tài khoản: 931.01.10.00011
Kho Bạc: Kho Bạc Nhà Nước Quận 10, Thành phố Hồ Chí Minh
Tên cơ quan chủ quản đề tài: Chương Trình KC.02

II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN
1. Thời gian thực hiện đề tài/dự án:
- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 12 năm 2007 đến tháng 12 năm2009
- Thực tế thực hiện: từ tháng 12 năm 2007 đến tháng 3 năm 2010
- Được gia hạn (nếu có):
- Lần 1 : từ tháng 01 năm 2010 đến tháng 03 năm 2010
3

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:
Đơn vị tính: Triệu đồng
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Nội dung
các khoản chi
Tổng SNKH
Nguồn
khác
Tổng SNKH
Nguồn
khác
1
Trả công lao động
(khoa học, phổ
thông)
449 449 0 449 449
0
2
Nguyên, vật liệu,
năng lượng
400 341 59
350,0358
41
350,0358

I Cơ quan quản lý
1
1678/QĐ-BKHCN
Ngày 05/8/2008
Về việc phê duyệt kế hoạch đấu thầu
mua sắm tài sản của đề tài thuộc
chương trình “Nghiên cứu, phát triển
và ứng dụng công nghệ vật liệu”, mã
số KC.02/06-10
Mua hệ nồi
phản ứng
tổng hợp
thủy tinh
2
2032/QĐ-BKHCN
Ngày 17/9/2008
Về việc phê duyệt kế hoạch đấu thầu
mua sắm tài sản của đề tài thuộc
chương trình “Nghiên cứu, phát triển
và ứng dụng công nghệ vật liệu”, mã
số KC.02/06-10
Mua
nguyên vật
liệu (sợi các
bon)
4 3
311/QĐ-BKHCN

chương trình “Nghiên cứu, phát triển
và ứng dụng công nghệ vật liệu”, mã
số KC.02/06-10
Cử Đoàn đi
Hàn Quốc
II
Tổ chức chủ trì đề
tài

1
31/09/CV-Pol
Ngày 20/7/2009
Đề nghị thay đổi sản phẩm KH – CN
cho đề tài 51/09/CV-Pol
Ngày 04/11/2009
Đề nghị thay đổi một số danh mục
hóa chất cho đề tài

2
60/09/CV-Pol
Ngày 01/12/2009
Xin gia hạn nghiệm thu đề tài
3
66/09/CV-Pol
Ngày 22/12/2009
Hợp tác quốc tế


Chính xác - Viện
cơ học ứng dụng
Xưởng Cơ Khí
Chính xác - Viện
cơ học ứng dụng
Thử nghiệm
bánh răng
truyền động

- Lý do thay đổi (nếu có):

5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:
(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người kể
cả chủ nhiệm)
Số
TT
Tên cá nhân
đăng ký theo
Thuyết minh
Tên cá nhân
đã tham gia
thực hiện
Nội dung tham gia
chính
Sản phẩm
chủ yếu đạt
được
Ghi
chú*
1

Nguyễn Quốc
Việt
Nguyễn Quốc
Việt
- Nghiên cứu tổng
hợp vật liệu
- Khảo sát tính chất

5
Nguyễn Hoàng
Dương
Nguyễn Hoàng
Dương
- Nghiên cứu tính
chất polyimid
- Khảo sát tính chất

6
Hoàng Xuân
Tùng
Hoàng Xuân
Tùng
- Nghiên cứu
polyimid
- Chế tạo sản phẩm

7
Nguyễn Anh
Tú
Nguyễn Anh

chú*

1 Đoàn ra: Hàn Quốc Đoàn ra: Hàn Quốc
- Nội dung:
+ Tham gia hội nghị khoa học
+ Thử nghiệm kiểm tra mẫu
+ Tham quan khoa học
- Thời gian: 7 ngày
- Kinh phí: 71.000.000đ
- Địa điểm: Hàn Quốc
- Tên tổ chức hợp tác:
- Số đoàn: 01
- Số lượng người tham gia: 03
- Nội dung:
+ Tham gia hội nghị khoa học
+ Thử nghiệm kiểm tra mẫu
+ Tham quan khoa học
- Thời gian: 7 ngày
- Kinh phí: 92.252.640đ
- Địa điểm: Hàn quốc
- Tên tổ chức hợ
p tác: Trường
Đại học SUNG KYUN KWAN
- Số đoàn: 01
- Số lượng người tham gia: 03 2 Đoàn ra: Mỹ Đoàn ra: Đức
- Nội dung: Báo cáo khoa học
- Thời gian: 05 ngày

điểm )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh
phí, địa điểm )
Ghi chú*
1
2
- Lý do thay đổi (nếu có):

8. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:
(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong
nước và nước ngoài)
Thời gian
(Bắt đầu, kết thúc
- tháng … năm)
Số
TT
Các nội dung, công việc
chủ yếu
(Các mốc đánh giá chủ yếu)
Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được
Người,
cơ quan
thực hiện
1
2


 Ứng suất kéo σ
K

MPa 600 736 535

 Modun kéo E
K
MPa 16.500 18.610 29.742
8

 Độ bền va đập E
P
mj/mm 390 1650
1730
 Độ bền nhiệt, t
0
ph
0
C

≥ 450
458
485
 Hệ số dãn nở nhiệt
0
C
-1
10
-5
÷10

C 180
233 -
 Ứng suất uốn σ
U

MPa 820
965 1252
 Modun uốn E
U
MPa 68.000
65.995 98.126
 Ứng suất kéo σ
K

MPa 800
824 776
 Modun kéo E
K
MPa 16.000
22.810 29.569
 Nhiệt độ phân hủy, t
0
ph
0
C

≥ 450
449 395
 Hệ số dãn nở nhiệt
0

0
C 200-300 200-300 200-300

 Độ bền va đập E
P
mj/mm
Không
yêu cầu
2230 2360
3 Bạc trục chịu nhiệt cho giàn
khoan.
Cái 10

 Nhiệt độ làm việc
0
C
≥200 ≥200

 Chịu áp lực
kG/
cm
2

≥1000 ≥1000
4 Cặp bánh răng bằng vật liệu
compozit sợi cacbon
Cặp

5 Đệm truyền động cho máy
brabender

BMI từ AM và
ODA
 Các thông số
kỹ thuật tạo
amidaxít
 Quá trình imid
hóa
 Quá trình đóng
rắn

1

Quy trình tổng hợp
BMI từ AM và DDS
Không yêu cầu
 Các thông số
kỹ thuật tạo
amidaxít
 Quá trình
imid hóa
 Quá trình
đóng rắn
Vượt yêu cầu
2
Quy trình tổng hợp
BMI biến tính
 Khối lượng
phân tử MW ≈
900 ÷ 1000
Ip = 1,1 ÷ 1,3

Yêu cầu khoa học
cần đạt

Số
TT
Tên sản phẩm

Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được
Số lượng, nơi công
bố
(Tạp chí, nhà xuất bản)
1 Bài báo trong nước 4 7
 Tạp chí hóa học
 Tạp chí phát triển KH-
CN (ĐHQG Tp.HCM)

2 Bài báo nước ngoài 0 2
- Lý do thay đổi (nếu có):
10

d) Kết quả đào tạo:
Số lượng
Số
TT

thúc)
1
Quy trình sản xuất vật liệu
nanocomposit từ
bismaleimit và khoáng sét
nano

1 1
Tháng
3/2010
2
- Lý do thay đổi (nếu có):
e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế
Số
TT
Tên kết quả
đã được ứng dụng
Thời gian
Địa điểm
(Ghi rõ tên, địa
chỉ nơi ứng dụng)
Kết quả
sơ bộ
1
2

2. Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:

Lần 2 5/2009
Lần 3 3/2010
Đạt yêu cầu về tiến độ và
chất lượng đăng ký
II Kiểm tra định kỳ
Lần 1 9/2008
Lần 2 6/2009
Lần 3 4/2010
III Nghiệm thu cơ sở Chủ nhiệm đề tài
(Họ tên, chữ ký)

GS.TS.Nguyễn Hữu NiếuThủ trưởng tổ chức chủ trì
(Họ tên, chữ ký và đóng dấu)

PGS.TS.Nguyễn Đắc Thành

22. T
melt
Nhiệt độ chảy
23. T
cure
Nhiệt độ đóng rắn
24. T
room
Nhiệt độ phòng
25. TGA Phân tích nhiệt trọng lượng
26. THF Dung môi tetrahydrofuran
27. XRD Nhiễu xạ tia X
ii
DANH M ỤC B ẢNG

Trang
Bảng 1.1: Độ bazơ (pKa ) của diamin 3
Bảng 1.2: Hằng số vận tốc của quá trình imit hóa hóa học 7
Bảng 1.3: Tính chất của một số bismaleimit 11
Bảng 1.4: Tính chất vật lý đặt trưng của bis(4-maleimidophenyl)methan 13
Bảng 1.5: Các tính chất của bis(4-maleimidophenyl)methan đã đóng rắn 14
Bảng 1.6: Các tính chất của nhựa bismaleimit 14
Bảng 1.7: Năng lượng bẻ gãy của một số bismaleimit thương mại 15
Bả

Bảng 3.9: Hiệu suất tổng hợp BMI từ AM và DDS 97
Bảng 3.10: Kết quả sắc ký gel khi biến tính BMI.DDM trong 4 giờ ở 64
o
C theo tỉ lệ
biến tính khác nhau 99
Bảng 3.11: Kết quả GPC của các mẫu BMI.DDM biến tính tỉ lệ 2:1 ở 64
o
C theo
thời gian phản ứng 102
Bảng 3.12: Kết quả GPC của các mẫu BMI.DDM biến tính tỉ lệ 2:1 ở 73
o
C theo
thời gian phản ứng 103
Bảng 3.13: Số liệu đo thời gian gel ở 180oC của các mẫu BT ở tỉ lệ X=2 ở 150
o
C105
Bảng 3.14: Số liệu đo thời gian gel ở 180oC của các mẫu BT ở tỉ lệ X=2 ở 140
o
C105
Bảng 3.15: Số liệu đo thời gian gel ở 180oC của các mẫu BT ở tỉ lệ X=2 ở 130
o
C105
Bảng 3.16: Số liệu độ nhớt theo thời gian của mẫu BMI.DDM.BT.DDM/2/140/12 ở
160
o
C 107
Bảng 3.17: Số liệu độ nhớt theo thời gian của mẫu BMI.DDM.BT.DDM /2/140/12
ở 170
o
C 108

Bảng 3.33: Kết quả đo cơ tính của compozit nền BMI.BT theo tỷ lệ nhựa/sợi 130
Bảng 3.34: Kết quả đo cơ tính của compozit n
ền BMI.DDO theo thời gian postcure131
Bảng 3.35: Kết quả cơ tính của compozit nền BMI.ODA.BT.DDS theo thời gian
postcure 131
Bảng 3.36: Tính chất của vật liệu compozit của các loại nhựa BMI và sợi cacbon132
Bảng 3.37: Tính chất của vật liệu compozit của các loại nhựa BMI biến tính và sợi
cacbon 132
Bảng 3.38: Tính chất cơ lý, dãn nở nhiệt và hệ số ma sát của các mẫu compozit 135
Bảng 3.39: Sự thay đổi khối lượng và kích th
ước của các mẫu trong môi trường
HCl 10% 135
Bảng 3.40: Độ bền cơ lý của các mẫu compozit trước và sau khi ngâm HCl 10%
136
Bảng 3.41: Điện thế đánh thủng của mẫu compozit trên cơ sở nhựa BMI.DDS và
sợi thuỷ tinh và sợi kevlar 137
Bảng 3.42: Độ nhớt của nhựa BMI.ODA ở 200
0
C theo thời gian 137
Bảng 3.43: Độ nhớt của nhựa BMI.ODA 5% nanoclay ở 200
0
C theo thời gian 138
Bảng 3.44: Bảng thông số kĩ thuật của bạc chịu nhiệt 140
Bảng 3.45: Bảng thông số kĩ thuật của cặp bánh răng truyền động 142
Bảng 3.46: Bảng thông số kĩ thuật của đệm truyền động 145

v

C trong phản ứng cộng Michael Addition với diamin 19
Hình 1.20: Cấu trúc hóa học của bismaleimit / diaminodiphenyl methan 19
Hình 1.21: Năng lượng bẻ gãy của 4,4’-Bismaleimidodiphenylmethan/ 4,4’-
diaminodiphenylmethan copolyme 20
Hình 1.22: Cấu trúc hóa học của bismaleimit/m-aminobenzoic hydrazid 21

vi
Hình 1.23: Cấu trúc bismaleimit 21
Hình 1.24: Cấu trúc của bismaleimit/epoxy copolyme 22
Hình 1.25: Vùng nhiệt độ sử dụng của nhựa nền compozit 24
Hình 1.26: Cấu trúc của 4,4’-bismaleimidodiphenylmathan 25
Hình 1.27: Hai thành phần cơ bản của Kerimid 8292-N75 30
Hình 1.28: Sự phụ thuộc của Tg vào nhiệt độ và thời gian đóng rắn. 32
Hình 1.29: Độ bền nhiệt của Hexply M65 theo thời gian 34
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình tổng hợp BMI từ AM và DDM 43
Hình 2.2: Phản ứng tạo amic axit từ AM và DDM 44
Hình 2.3: Phản ứng tạo BMI.DDM 44
Hình 2.4: Quy trình tổng hợp BMI từ AM và ODA 45
Hình 2.5: Phản ứng tạo Amic axít từ AM và ODA 46
Hình 2.6: Phản ứng imid hoá 46
Hình 2.7: Quy trình tổng hợp BMI từ AM và DDS 47
Hình 2.8: Quy trình biến tính BMI bằng diamin trong dung môi aceton 49
Hình 2.9: Phản ứng biến tính BMI.DDM bằng DDM ở tỉ lệ 2:1 50
Hình 2.10: Sơ đồ khối quy trình biến tính BMI bằng DDM theo phương pháp
nóng chảy 51
Hình 2.11: Quy trình chế tạo prepreg từ nhựa bismaleimit và sợi cacbon, s
ợi

Hình 3.7: Phổ IR của các mẫu: a) BMI.DDM-3,5h-64o-74%; b)AA.DDM.30 71
Hình 3.8: Phổ DSC của mẫu BMI-3,5h-64oC-74% 72
Hình 3.9: Đồ thị chỉ số axit theo thời gian phản ứng ở 54
o
C 73
Hình 3.10: Đồ thị CA theo thời gian khi phản ứng với lượng xúc tác khác nhau 75
Hình 3.11: Phổ IR của các mẫu: a)BMI.DDM tổng hợp; b)BMI.DDM Aldrich 76
Hình 3.12: Giản đồ DSC maãu BMI.DDM 77
Hình 3.13: Giản đồ DSC mẫu BMI.DDM của hãng Aldrich 77
Hình 3.14: Kết quả GPC của BMI.DDM 78
Hình 3.15: Kết quả GPC của BMI.DDM hãng Aldrich 78
Hình 3.16: Phổ IR mẫu amic axít tổng hợp từ AM và ODA 79
Hình 3.17: Phổ XRD các mẫu amic axit: AA.15; AA.30; AA.45; AA.60 80
Hình 3.18: Phổ XRD của mẫu amic axít AA.60 81
Hình 3.19: Phổ XRD của các mẫu: AA.45 và ODA 81
Hình 3.20: Phổ XRD của các mẫu AA.45 và AM 82
Hình 3.21: Giản đồ DSC mẫu Amic axit từ AM và ODA 82
Hình 3.22: Phổ IR của BMI.ODA sau 2h30 phản ứng 83
Hình 3.23: Phổ IR của BMI.ODA sau 2h30 phản ứng và AA.45 84

viii
Hình 3.24: Kết quả sắc ký gel của BMI.ODA sau 2h30 phản ứng 84
Hình 3.25: Giản đồ XRD của một số mẫu amic axit và BMI.ODA 85
Hình 3.26: Giản đồ XRD của một số mẫu BMI.ODA
a)BMI.2h, b)BMI.2h30, c)BMI.3h, d)BMI.3h30 86
Hình 3.27: Giản đồ DSC mẫu BMI.ODA 86
Hình 3.28: Giản đồ TGA mẫu BMI.ODA 87
ix
Hình 3.51: Đồ thị biến thiên độ nhớt theo thời gian 109
Hình 3.52: Phổ XRD của mẫu a) BMI; b) BMI-BT/2/140/8; c) BMI-
BT/2/140/10; d) BMI-BT/2/140/12 110
Hình 3.53: Đồ thị độ đa phân tán các mẫu BMI.DDM.BT.DDM 111
Hình 3.54: Phổ IR của a)BMI và b)BMI-BT/2/140/12 112
Hình 3.55: Đồ thị sắc ký gel của: a) BMI.ODA.BT.DDS/2/64/3 và b)
BMI.ODA.BT.DDS/2,5/64/3 113
Hình 3.56: Đồ thị sắc ký gel của: a) BMI.ODA.BT.DDS/2/71/3; b)
BMI.ODA.BT.DDS/2/71/4 và c) BMI.ODA.BT.DDS/2/71/5 114
Hình 3.57: Kết quả DSC của mẫu BMI.ODA.BT.DDS/2/71/5 115
Hình 3.58: Giản đồ DSC mẫu BMI.DDS.BT.ODA 116
Hình 3.59: Giản đồ TGA mẫu BMI.DDS.BT.ODA 116
Hình 3.60: Phổ DSC của hỗn hợp nhựa BMI.ODA và BMI.DDM tỉ lệ mol 1:1 117
Hình 3.61: Đồ thị thời gian gel theo nhiệt độ của BMI.ODA 118
Hình 3.62: Đồ thị thời gian gel theo nhiệt độ của BMI.DDM 119
Hình 3.63: Đồ thị thời gian gel theo nhiệt độ của 3 tỉ lệ nhựa 120
Hình 3.64: Giản đồ TGA của tổ hợp BMI.DDM và BMI.ODA tỉ lệ 1:1 120
Hình 3.65: Đồ thị độ nhớt theo nồng độ của hệ BMI.BT với MEK/ DMF (6:4) 123
Hình 3.66 : Giản đồ
DSC của BMI.DDM 124
Hình 3.67 : Giản đồ DSC của BMI.ODA 125
Hình 3.68 : Giản đồ DSC của BMI.DDS 125
Hình 3.69: Phổ IR của các mẫu: a)BMI.DDM; b)BMI.DDM đóng rắn 126
Hình 3.70: Giản đồ TGA của BMI.DDM sau đóng rắn 126
Hình 3.71: Giản đồ TGA của Homide 250 và nhựa epoxy (www.hos-tec.com
) 127
Hình 3.72 : Qui trình gia công compozit theo phương pháp ép nóng trực tiếp 127

Trang
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt i
Danh mục các bảng ii
Danh mục hình vẽ, đồ thị v
MỞ ĐẦU xi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 BISMALEIMIT 1
1.1.1 Tổng quan về polyimit 1
1.1.1.1 Định nghĩa, phân loại 1
1.1.1.2 Tổng hợp polyimit 2
1.1.2 Polyimit nhiệt rắn 7
1.1.3 Bismaleimit 9
1.1.3.1 Tổng hợp bismaleimit 9
1.1.3.2 Cấu trúc và tính chất một số loại bismaleimit 10
1.2 BIẾN TÍNH BISMALEIMIT 15
1.2.1 Bismaleimit/diel – alder copolyme. 15
1.2.2 Bismaleimit/bisnucleophile copolyme (phản ứng Michael–
Addition) 18
1.2.3 Những loại comonemer khác 21
1.3 ỨNG DỤNG CỦA BISMALEIMIT 22
1.3.1 Tổng quan về vật liệu compozit 22
1.3.2 Vật liệu compozit nền nhựa bismaleimit 23
1.3.2.1 Sợi gia cường dùng trong vật liệu compozit nền nhựa
bismaleimit 25
1.3.2.2 Các phương pháp gia công compozit từ nhựa BMI 28
1.3.3 Một số loại BMI thương mại 30
1.3.3.1 Kerimid 8292 N-75 (HUNTSMAN) 30
1.3.3.2 Hexply M65 (HEXCEL) 33

2.3.6 Đo độ bền uốn và độ bền kéo vật liệu compozit 60
2.3.7 Đo độ bền va đập vật liệu compozit 61
2.3.8 Máy nhiễu xạ tia X 61
2.3.9 Đ
o điện thế đánh thủng 61
2.3.10 Đo hệ số ma sát 62
2.3.11 Máy đo hệ số giãn nở nhiệt 62
2.3.12 Xác định chỉ số axít CA 63
2.3.13 Phương pháp đo thời gian gel 63
2.3.14 Phương pháp đo thời gian gel bằng nhớt kế Brookfield 64
2.3.15 Xác định độ hòa tan của nhựa BMI và BMI-BT 65
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1 TỔNG HỢP BISMALEIMIT TỪ DDM 66
3.1.1 Giai đoạn tạo amic axit 66
3.1.2. Giai đoạn imit hóa 70
3.1.2.1. Khảo sát thời gian imit hóa 70
3.1.2.2. Khảo sát nhiệt độ phản ứng imit hóa 73
3.1.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác anhydrit acetic 74
3.1.3 So sánh BMI.DDM tổng hợp được với BMI.DDM của hãng Aldrich. 76
3.1.4 Hiệu suất tổng hợp BMI từ AM và DDM 79
3.2. TỔNG HỢP BISMALEIMIT TỪ ODA 79