Tro bay được biết đến là sản phẩm phế thải từ các nhà máy nhiệt điện trong quá trình đốt than nhiên liệu. Việc thu hồi và xử lý tro bay là một vấn đề cấp thiết đối với tất cả các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam do tác hại nghiêm trọng của loại phế thải này tới môi trường, gây thiệt hại đáng kể đến kinh tế, đồng thời ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và đời sống sinh hoạt của con người.
Trong những năm gần đây, tro bay đã được tận thu để đưa vào làm phụ gia cho bê tông hoặc chất độn gia cường cho các loại vật liệu khác, ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật như xây dựng, giao thông vận tải, nông nghiệp,...Bên cạnh đó, tro bay còn được đưa vào làm chất độn hoặc phụ gia trong cao su, vật liệu polyme compozit. Các nghiên cứu theo hướng này cho thấy bước đầu đã giảm được giá thành sản phẩm, nâng cao một số đặc tính kỹ thuật, từ đó đem lại những lợi ích kinh tế đáng kể. Do vậy, việc nghiên cứu phát triển và mở rộng tính ứng dụng của tro bay trong công nghệ cao, đặc biệt trong ngành kỹ thuật điện vừa có ý nghĩa khoa học, vừa mang lợi ích kinh tế, đồng thời giảm bớt tác hại của tro bay tới môi trường.
Tro bay Phả Lại với kích thước nhỏ, nhẹ, thành phần chính là các oxit bền nên rất phù hợp để gia cường cho vật liệu polyme compozit. Các hạt tro bay đã được xử lý và biến tính để cải thiện khả năng phân tán và bám dính của chúng trong nhựa nền epoxy DER 331.
Xem thêm: DER 331 Epoxy Resin (Dow Epoxy Resin)
Tro bay sau khi được xử lý bằng các dung dịch Ca(OH)2 và NaOH cho phân bố kích thước hạt đồng đều hơn, diện tích bề mặt hạt gia tăng từ 5 đến 10 lần so với mẫu tro bay ban đầu. Độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền nén, độ bền va đập của vật liệu compozit EP/ FAN được cải thiện đáng kể so với mẫu compozit có tro bay chưa biến tính.
Với tro bay biến tính bằng các hợp chất silan và bằng axit stearic, khả năng thấm ướt của hạt tro bay với nhựa nền đã được cải thiện rõ rệt nhờ gia tăng góc thấm ướt. Với tro bay biến tính bằng các hợp chất silan có nhóm chức epoxy, mang lại hiệu quả cao do độ bền cơ học của vật liệu compozit tốt hơn so với tro bay biến tính bằng silan có nhóm chức amin, tại hàm lượng silan tối ưu giá trị độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền nén của vật liệu compozit đều tăng hơn 20% so với mẫu compozit có tro bay chưa biến tính.
Hơn nữa, việc đưa tro bay vào nhựa nền có cải thiện rõ rệt độ bền nhiệt của vật liệu. Nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của mẫu có tro bay biến tính hay chưa biến tính cũng gia tăng từ đến 359°C (với nhựa nền epoxy) lên 370°C (với tro bay chưa biến tính), 372oC (với tro bay biến tính 2% silan GF80) và 552°C (với tro bay biến tính 2% axit stearic).
Tính chất điện của các mẫu compozit như điện trở suất khối, điện trở suất bề mặt, hằng số điện môi, tổn hao điện môi đều nằm trong vùng giới hạn cho phép của vật liệu cách điện. Hầu hết các giá trị điện trở suất của các mẫu compozit đạt được giá trị khá cao 1013(Ohm.cm), tổn hao điện môi nhỏ (< 0,03) và độ bền điện đạt từ 13-15 (kV/mm), bền với môi trường điện trường.
Đây là cơ sở để định hướng cho vật liệu compozit epoxy DER 331/tro bay ứng dụng trong ngành kỹ thuật điện.
Trên đây là nội dung nghiên cứu trong luận án tiên sĩ đã được NCS. Phạm Thị Hường, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Bạch Trọng Phúc và PGS.TS Nguyễn Thanh Liêm, bảo vệ thành công tại Hội đồng đánh giá luận án Tiến sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ngày 05/8/2016.
Chi tiết của luận án có thể download tại đây.
