Vật liệu epoxy gia cường sợi thủy tinh đã được tập trung nghiên cứu nâng cao tính chất hóa-lý-cơ bằng vi sợi xenlulo hình thành do vi khuẩn (Bacterial Cellulose - BC). Bằng ba phương pháp cơ học để phân tán vi sợi xenlulo hình thành do vi khuẩn vào nhựa epoxy là phương pháp khuấy thường, phương pháp khuấy có hỗ trợ siêu âm và phương pháp nghiền hành tinh cho thấy phương pháp khuấy có hỗ trợ siêu âm đòi hỏi thời gian ngắn và phân tán vi sợi đồng đều hơn các phương pháp khác. Các điều kiện tối ưu để chế tạo vật liệu compozit như tỷ lệ các chất, nhiệt độ, chất xúc tác... cũng đã được nghiên cứu.
Các kết quả chính của nghiên cứu:
Quá trình xử lý vi sợi BC bằng dung dịch NaOH 2,5% trong 8 giờ đã loại bỏ xác vi khuẩn và các tạp chất từ dịch nuôi cấy nhưng không làm ảnh hưởng đến kích thước, tính chất nhiệt và hàm lượng tinh thể trong vi sợi.
Nghiên cứu 3 phương pháp cơ học để phân tán vi sợi xenlulo hình thành do vi khuẩn vào nhựa epoxy: phương pháp khuấy thường, phương pháp khuấy có hỗ trợ siêu âm và phương pháp nghiền hành tinh. Cả hai phương pháp khuấy có hỗ trợ siêu âm và nghiền hành tinh đều có khả năng phân tán được vi sợi đồng đều trong nhựa nền ở kích thước nano. Tuy nhiên, phương pháp khuấy có hỗ trợ siêu âm đòi hỏi thời gian ngắn hơn nhiều so với phương pháp nghiền hành tinh (60 phút so với 720 phút).
Điều kiện thích hợp để chế tạo vật liệu compozit từ hệ nhựa epoxy/MHHPA là: tỷ lệ mol nhựa epoxy/MHHPA = 1/0,8, nhiệt độ 100oC, hàm lượng xúc tác NMI và polyol là 1,5% (tính theo khối lượng hệ nhựa epoxy/MHHPA).
Điều kiện thích hợp để chế tạo vật liệu compozit từ hệ nhựa epoxy/DDS là: tỷ lệ đương lượng epoxy/amin là 1/0,92, hàm lượng xúc tác axit salisilic là 7% mol (tính theo hàm lượng mol nhóm epoxy) ở nhiệt độ 145oC.
Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vi sợi BC đến quá trình đóng rắn hệ nhựa epoxy/MHHPA, epoxy/DDS và nhận thấy hàm lượng vi sợi BC càng cao, mức độ đóng rắn cũng như vận tốc đóng rắn càng giảm.
Chế tạo và xác định các tính chất cơ học của nhựa nền epoxy đóng rắn MHHPA, xúc tác NMI, polyol và nhận thấy: vật liệu đúc với hàm lượng vi sợi BC là 0,3%, hàm lượng chất liên kết GS 2%, phân tán theo phương pháp khuấy siêu âm trong 60 phút có tính chất cơ học tốt nhất: Độ bền kéo: 53,3 MPa (tăng 14,5% so với nhựa epoxy nguyên thể). Độ bền uốn: 82,7 MPa (tăng 12,6% so với nhựa epoxy nguyên thể). Độ bền va đập Izod: 7,3 KJ/m2 Hệ số tập trung ứng suất tới hạn (KIC): 0,77641 MPa.m1/2 (tăng 35,0% so với nhựa epoxy nguyên thể).
Vật liệu nanocompozit epoxy/sợi thủy tinh đóng rắn MHHPA với 0,3% vi sợi BC chế tạo được có độ bền dai phá hủy (GIC-P, GI0) tăng đáng kể (95,0% và 102,3%) và đặc biệt, độ bền mỏi tăng tới 19 lần so với khi không có vi sợi BC. Vật liệu chứa hàm lượng vi sợi BC là 0,3% ở tỷ lệ sợi thủy tinh/nhựa epoxy 60/40 PKL cho các tính chất cơ học tốt nhất (độ bền kéo tăng 11,8%, độ bền uốn tăng 12,6% so với vật liệu không có vi sợi BC). Vật liệu nanocompozit epoxy/sợi thủy tinh đóng rắn DDS với 0,3% vi sợi BC có độ bền dai phá hủy (GIC-P, GI0) tăng đáng kể (128,8% và 111,0%) và độ bền mỏi tăng gấp 12 lần so với khi không có vi sợi BC. Khi tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh/nhựa epoxy là 70/30, hàm lượng vi sợi BC trong nhựa epoxy là 0,3%, đóng rắn bằng DDS, độ bền kéo tăng 11,9 %, độ bền uốn tăng 62,5 % so với vật liệu epoxy compozit không có vi sợi BC.
Kết quả nghiên cứu trên đã được NCS. Phạm Thị Lánh, dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Phan Thị Minh Ngọc và TS. Vũ Minh Đức, bảo vệ thành công tại Hội đồng đánh giá luận án Tiến sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ngày 21/5/2015.
