Khảo sát cơ lý tính của vật liệu composite nhựa urea – formaldehyde và sợi sisal

8/12/2019 Khảo sát cơ lý tính của vật liệu composite nhựa urea – formaldehyde và sợi sisal

http://slidepdf.com/reader/full/khao-sat-co-ly-tinh-cua-vat-lieu-composite-nhua-urea-formaldehyde 1/103

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU POLYMER

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

KHẢO SÁT CƠ LÝ TÍNH CỦA VẬT LIỆU

COMPOSITE NHỰA UREA – FORMALDEHYDEVÀ SỢI SISAL

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH

SVTH : TRƯƠNG THỊ ANH NGÂN

MSSV : V0601568

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2011

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON



Đại Học Quốc Gia Tp.HCM CỘ NG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA Độc Lậ p – Tự Do – Hạnh Phúc

--------------- ------------------------Số: /BKĐT

KHOA: Công Nghệ Vật Liệu NHIỆM VỤ LÀM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN:

HỌ VÀ TÊN: Trương Thị Anh Ngân MSSV: V0601568.

NGÀNH: Polymer Lớ p: VL06PO.

1. Đầu đề luận văn:

Khảo sát cơ lý tính của vật liệu composite nhự a urea – formaldehydevà sợ i sisal.

2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

3. Ngày giao luận văn:

4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

5. Họ tên người hướ ng dẫn: Phần hướ ng dẫn:

1/

2/

3/

Nội dung và yêu cầu LVTN đã đượ c thông qua bộ môn Ngày tháng năm 2010

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚ NG DẪ N CHÍNH(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦ N DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:

Ngườ i duyệt (chấm sơ bộ): Ngày bảo vệ:

Đơn vị: Nơi lưu trữ luận văn:

Điểm tổng k ết:





TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA CỘ NG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMKHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Độc Lậ p – Tự Do – Hạnh Phúc

-------------------- ---------------------

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN(Dành cho người hướ ng dẫn/phản biện)

1. Họ và tên sinh viên:……………………………………………………………….MSSV:……………………Ngành (chuyên ngành):………………………………

2. Đề tài:……………………………………………………………………………...3. Họ và tên người hướ ng dẫn/phản biện:……………………………………………4. Tổng quát về bản thuyết trình:…………………………………………………….

- Số trang : ………………. Số chương : …………… - Số bảng số liệu : ………………. Số hình vẽ : ……………

- Số tài liệu tham khảo : ………………. Phần mềm tính toán : ……………- Hiện vật (sản phẩm) : ……………….

5. Tổng quát về các bản vẽ:- Số bản vẽ: bản A1: bản A2: khổ khác:- Số bản vẽ tay: Số bản vẽ trên máy tính:

6. Những ưu điểm chính của LVTN: ……………………………………………….……………………………………………………………………………………..……………………………………………………………………………………..……………………………………………………………………………………..

7. Những thiếu sót chính của LVTN: ……………………………………………….

……………………………………………………………………………………..……………………………………………………………………………………..……………………………………………………………………………………..

8. Đề nghị:Đượ c bảo vệ: Bổ sung thêm để bảo vệ: Không đượ c bảo vệ:

9. Câu hỏi sinh viên phải tr ả lời trướ c hội đồng (CBPB ra ít nhất 02 câu):a/ …………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………….

b/ …………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………….

c/ …………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………….Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, trung bình): Điểm:………./10.

Ngày tháng năm 2011.Ký tên (ghi rõ họ tên)





NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Tp.HCM, ngày tháng năm

Giảng viên hướng dẫn







Luận Văn Tốt Nghiệp Lờ i Cảm Ơn

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang i

LỜ I CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệ p là cơ sở để chúng em tổng hợ p và vận dụng những kiến thức

đã đượ c học trong suốt thời gian qua và là bướ c chuẩn bị quan tr ọng cho quá trình nghiêncứu khoa học sau này.

Chúng em xin gửi lờ i tri ân sâu sắc đến thầ y NGUYỄN ĐẮC THÀNH, ngườ i tr ựctiếp hướ ng dẫn em luận văn này, đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức, kinhnghiệm quý báu cho em từ lúc bắt đầu cho đến khi hoàn thành luận văn.

Chúng em cũng gửi lời cám ơn đến các thầy cô đã dạy dỗ, chỉ bảo trong suốt bốnnăm học vừa qua, giúp chúng em có đượ c kiến thức cần thiết cho quá trình thực hiện luậnvăn và công việc sau này.

Chúng con xin cảm ơn gia đình đã động viên và giúp đỡ chúng con trong quá trìnhhọc tậ p và thực hiện luận văn.

Cảm ơn các bạn lớ p VL06PO đã gắn bó cùng chúng tôi trong suốt bốn năm họcvừa qua.

Trong quá trình thực hiện luận văn, chúng em khó tránh khỏi những thiếu sót. Kínhmong thầy cô cùng các bạn thông cảm và đóng góp ý kiến.

Chúc các thầy cô và các bạn mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công.

Sinh viên

TRƯƠNG THỊ ANH NGÂN





Luận Văn Tốt Nghiệp Mục Lục

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang ii

MỤC LỤCĐề mục Trang

Lờ i cảm ơn ........................................................................................................................ iMục lục. ........................................................................................................................... ii

Danh sách bảng biểu ........................................................................................................ iii

Danh sách hình vẽ............................................................................................................ iv

Tóm tắt luận văn ............................................................................................................... v

Chương 1 . Mở đầu ......................................................................................................... 1 Chương 2 . Tổng quan về vật liệu composite ................................................................. 4

2.1. Khái niệm ............................................................................................................ 4

2.2. Thành phần và cấu tạo ......................................................................................... 4

2.2.1. Pha nền ......................................................................................................... 4

2.2.2. Pha cốt .......................................................................................................... 5

2.3. Phân loại vật liệu composite ................................................................................ 5

2.3.1. Phân loại theo hình dáng ............................................................................... 5

2.3.2. Phân loại theo bản chất vật liệu ..................................................................... 6

2.4. Composite sợ i nhựa nhiệt r ắn và sợ i tự nhiên ....................................................... 6

2.4.1. Lý thuyết về sự k ết dính giữa nền và sợ i ....................................................... 7

2.4.2. Sự định hướ ng của cốt sợ i ............................................................................. 8

2.5. Công nghệ chế tạo vật liệu composite .................................................................. 9

2.5.1. Gia công áp suất thườ ng ................................................................................ 9

2.5.2. Gia công dướ i áp suất .................................................................................. 10

Chương 3 . Tổng quan về nhựa urea – formaldehyde ................................................ 13

3.1. Khái niệm .......................................................................................................... 13

3.2. Nguyên liệu ....................................................................................................... 133.2.1. Urea ............................................................................................................ 13

3.2.2. Formaldehyde ............................................................................................. 13

3.2.3. Dung dịch amoniac ..................................................................................... 15 3.3. Cơ sở hóa học phản ứng tổng hợ p nhựa urea – formaldehyde ............................ 15







3.3.1. Phản ứng cộng tạo methylol ........................................................................ 15

3.3.2. Phản ứng đa tụ ............................................................................................ 17 3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợ p và chất lượ ng nhựa UF ............... 18

3.4.1. Tỷ lệ mol giữa urea và formaldehyde .......................................................... 183.4.2. Môi trườ ng tổng hợ p ................................................................................... 19

3.5. Quy trình tổng hợ p nhựa .................................................................................... 21

3.6. Tính chất nhựa urea – formaldehyde .................................................................. 22

3.7. Đóng rắn nhựa UF ............................................................................................. 23

3.8. Ứ ng dụng của nhựa urea – formaldehyde ........................................................... 23

Chương 4. Tổng quan về sợi thiên nhiên .................................................................... 26

4.1. Giớ i thiệu về sợ i thiên nhiên .............................................................................. 264.2. Phân loại sợ i thiên nhiên .................................................................................... 27

4.3. Thành phần hóa học của sợ i thiên nhiên............................................................. 27

4.3.1. Cellolose ..................................................................................................... 28

4.3.1.1. Cấu trúc phân tử ................................................................................... 28 4.3.1.2. Tính chất của cellulose ......................................................................... 29

4.3.2. Hemicellolose ............................................................................................. 32

4.3.3. Lignin ......................................................................................................... 33

4.3.4. Pectin và các chất trích ly ............................................................................ 35

4.4. Cấu trúc sợ i thiên nhiên ..................................................................................... 36

4.4.1. Cấu trúc sợ i thiên nhiên............................................................................... 36

4.4.2. Tính chất sợ i thiên nhiên ............................................................................. 37

4.4.2.1. Tính chất vật lý sợ i thiên nhiên ............................................................. 37 4.4.2.2. Tính chất cơ của sợ i thiên nhiên ........................................................... 38

Chương 5. Giới thiệu về sợi sisal (sợi dứa dại) ........................................................... 40

5.1. Giớ i thiệu về sợ i sisal ........................................................................................ 40

5.2. Cấu trúc của sợ i sisal ......................................................................................... 42

5.3. Tính chất sợ i sisal .............................................................................................. 43

5.3.1. Thành phần hóa học của sợ i sisal ................................................................ 44

5.3.2. Tính chất vật lý của sợ i sisal ....................................................................... 44







5.4. Tính chất liên diện – xử lý bề mặt sợ i sisal ........................................................ 45

5.4.1. Phương pháp biến tính vật lý ....................................................................... 46

5.4.2. Phương pháp biến tính hóa học ................................................................... 46

5.5. Ứ ng dụng sợ i sisal ............................................................................................. 47Chương 6. Phương pháp thực nghiệm ........................................................................ 48

6.1. Mục đích thí nghiệm .......................................................................................... 48

6.2. Quy trình thực nghiệm ....................................................................................... 48

6.2.1. Tổng hợp nhưa UF ...................................................................................... 49 6.2.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu ............................................................................ 49 6.2.1.2. Cân nguyên liệu .................................................................................... 50 6.2.1.3. Tổng hợ p nhựa ..................................................................................... 51 6.2.1.4. Đo độ nhớ t............................................................................................ 51 6.2.1.5. Đo hàm lượ ng r ắn ................................................................................. 52

6.2.2. Tạo mat ....................................................................................................... 52 6.2.2.1. Xử lý sợ i sisal bằng nướ c nóng trong nồi có gắn cánh khuấy và bộ phận

gia nhiệt ................................................................................................ 52 6.2.2.2. Xử lý sợ i sisal bằng dung dịch kiềm trong nồi có gắn cánh khuấy và bộ

phận gia nhiệt ........................................................................................ 53 6.2.3. Tẩm nhựa vào sợ i ........................................................................................ 546.2.4. Quá trình sấy ............................................................................................... 55

6.2.5. Quá trình ép ................................................................................................ 56 6.2.6 Đo cơ tính ................................................................................................... 56

6.2.6.1. Đo độ bền kéo ...................................................................................... 56 6.2.6.2. Đo độ bền uốn ...................................................................................... 57

6.2.7. Đo độ thấm nướ c ......................................................................................... 58 6.3. Hoạch định thí nghiệm ....................................................................................... 596.3.1. Chọn yếu tố khảo sát ................................................................................... 59

6.3.2. Chọn đáp ứng .............................................................................................. 60

6.4. Dụng cụ thí nghiệm ........................................................................................... 61

6.4.1. Nồi tổng hợ p nhựa ...................................................................................... 61

6.4.2. Tủ sấy ......................................................................................................... 61







6.4.3. Nồi gắn cánh khuấy dùng xử lý sợ i sisal ..................................................... 62 6.4.4. Máy ép thủy lực .......................................................................................... 62

Chương 7. Kết quả và bàn luận .................................................................................. 63

7.1. Nhựa urea – formaldehyde ................................................................................. 637.2. Sợ i sisal ............................................................................................................. 64

7.2.1. Xử lý sợ i sisal bằng nướ c nóng ................................................................... 64

7.2.2. Xử lý sợ i sisal bằng dung dịch kiềm ............................................................ 64

7.3. K ết quả cơ tính của tấm composite .................................................................... 65

7.3.1. Cơ tính các mẫu xử lý nướ c nóng có loại mat, hàm lượ ng sợ i khác nhau ..... 65 7.3.1.1. Độ bền uốn ........................................................................................... 65 7.3.1.2. Độ bền kéo ........................................................................................... 68

7.3.2. So sánh cơ tính mẫu xử lý bằng dung dịch kiềm và nướ c nóng.................... 70 7.3.2.1. Độ bền uốn ........................................................................................... 70 7.3.2.2. Độ bền kéo ........................................................................................... 71

7.3.3. So sánh độn bền uốn vớ i composite nhựa PF............................................... 73 7.3.4. K ết quả cơ tính sau khi ngâm nướ c ............................................................. 74

7.4. K ết quả đo độ thấm nướ c ................................................................................... 75

Chương 8. Kết luận ...................................................................................................... 78

8.1. K ết luận chung................................................................................................... 78

8.2. Hạn chế của đề tài và định hướ ng nghiên cứu .................................................... 78

Tài liệu tham khảo ........................................................................................................... vi

Phụ lục.. .......................................................................................................................... vii





Luận Văn Tốt Nghiệp Danh Sách Bảng Biểu

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang iii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU Tên bảng Trang

Bảng 1.1: Thị phần toàn cầu của vật liệu composite ......................................................... 2

Bảng 3.1: Thông số cơ bản của nhựa UF........................................................................ 22

Bảng 4.1: Thành phần hóa học của một số loại sợ i thiên nhiên ...................................... 27

Bảng 4.2: Mức độ hòa tan trong nướ c của vật liệu cellulose và dẫn xuất của nó............. 31

Bảng 4.3: Tính chất của sợ i tự nhiên và sợ i tổng hợ p ..................................................... 39

Bảng 5.1: Thành phần cấu tạo của sợ i sisal .................................................................... 44

Bảng 6.1: Khối lượ ng nhựa sợ i cần ép ........................................................................... 55

Bảng 6.2: Kích thướ c của mẫu quả tạ ............................................................................. 57Bảng 6.3: Kích thướ c của mẫu thanh uốn ....................................................................... 57

Bảng 6.4: Các yếu tố khảo sát ........................................................................................ 60

Bảng 6.5: Các yếu tố đáp ứng ........................................................................................ 60

Bảng 7.1: Thông số cơ bản của nhựa ............................................................................. 63

Bảng 7.2: Sợ i sisal xử lý nướ c nóng ............................................................................... 64

Bảng 7.3: Sợ i sisal xử lý dung dịch kiềm ....................................................................... 64

Bảng 7.4: Độ bền uốn của vật liệu composite xử lý bằng nướ c nóng .............................. 65

Bảng 7.5: Độ bền kéo của vật liệu composite xử lý bằng nướ c nóng .............................. 68

Bảng 7.6: Độ bền uốn của mẫu xử lý bằng hai phương pháp .......................................... 70

Bảng 7.7: Độ bền kéo của mẫu xử lý bằng hai phương pháp .......................................... 71

Bảng 7.8: Cơ tính trước và sau khi ngâm nướ c .............................................................. 74

Bảng 7.9: Độ thấm nướ c của mẫu không xử lý kiềm ...................................................... 75

Bảng 7.10: : Độ thấm nướ c của mẫu xử lý kiềm ............................................................ 76





Luận Văn Tốt Nghiệp Danh Sách Hình Vẽ

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang iv

DANH SÁCH HÌNH VẼ Tên hình Trang

Hình 1.1: So sánh giá của sợ i thủy tinh và sợ i thiên nhiên ................................................ 3

Hình 2.1: Sự định hướ ng của sợ i ...................................................................................... 8Hình 2.2: Phương pháp handlay up .................................................................................. 9

Hình 2.3: Phương pháp cuốn ............................................................................................ 9

Hình 2.4: Phương pháp đúc ép nguội ............................................................................. 10

Hình 2.5: Phương pháp ép phun ..................................................................................... 11

Hình 2.6: Phương pháp đùn kéo ..................................................................................... 12

Hình 2.7: Phương pháp ép chân không........................................................................... 12

Hình 3.1: Quy trình tổng hợ p nhựa UF .......................................................................... 21Hình 3.2: Thị phần các loại nhựa năm 2009 ................................................................... 24

Hình 3.3: Sản phẩm từ sự k ết hợ p nhựa UF vớ i gỗ ép áp suất cao .................................. 24

Hình 3.4: K ết hợ p vớ i gỗ tạo nên vật liệu sandwich thay thế sàn gỗ ............................... 25

Hình 3.5: Sản phẩm tạo nên ván ép cho vật dùng làm bàn ghế ....................................... 25

Hình 4.1: D - glucose ..................................................................................................... 28

Hình 4.2: Công thức phân tử của cellulose ..................................................................... 29

Hình 4.3: Đơn vị mắc xích trong hemicellulose ............................................................. 33

Hình 4.4: Đơn vị cấu trúc cơ bản của lignin ................................................................... 33

Hình 4.5: Cấu trúc của lignin ......................................................................................... 34

Hình 4.6: Cấu trúc của sợ i lignin.................................................................................... 36

Hình 5.1: Cây sisal ......................................................................................................... 40

Hình 5.2: Sợ i sisal phơi sau khi thu hoạch ..................................................................... 42

Hình 5.3: Cấu trúc sợ i sisal ............................................................................................ 43

Hình 5.4: Cấu trúc bề mặt sợ i ........................................................................................ 43

Hình 5.5: Cơ tính của các loại sợ i khác nhau ................................................................. 45

Hình 6.1: Quy trình thực nghiệm ................................................................................... 48

Hình 6.2: Quy trình xử lý sisal bằng nướ c nóng ............................................................. 53

Hình 6.3: Quy trình xử lý sisal bằng dung dịch kiềm ..................................................... 53





Luận Văn Tốt Nghiệp Danh Sách Hình Vẽ

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang iv

Hình 6.4: Nồi tổng hợ p .................................................................................................. 61

Hình 6.5: Tủ sấy ............................................................................................................ 61

Hình 6.6: Nồi xử lý sợ i sisal .......................................................................................... 62

Hình 6.7: Lướ i tạo mat ................................................................................................... 62

Hình 7.1: Sản phẩm nhựa UF ......................................................................................... 63

Hình 7.2: Sợi sisal trướ c và sau khi xử lý bằng dung dịch kiềm ..................................... 65

Hình 7.3: Đồ thị độ bền kéo của mẫu xử lý bằng nướ c nóng .......................................... 66

Hình 7.4: Đườ ng cong biến dạng của mẫu mat 2 – 3 (31,6%) ........................................ 67

Hình 7.5: Đườ ng cong biến dạng của mẫu mat 2 – 3 (52%) ........................................... 67

Hình 7.6: Đườ ng cong biến dạng của mẫu mat 2 – 3 (40,5%) ........................................ 67

Hình 7.7: Đườ ng cong biến dạng của mẫu mat 6 – 7 (41%) ........................................... 67

Hình 7.8: Đồ thị độ bền kéo của mẫu xử lý bằng nướ c nóng .......................................... 68

Hình 7.9: Đườ ng cong biến dạng của mẫu mat 2 – 3 xử lý nướ c nóng (31,6%) .............. 69

Hình 7.10: Đườ ng cong biến dạng của mẫu mat 2 – 3 xử lý nướ c nóng (52%) ............... 69

Hình 7.11: Đườ ng cong biến dạng của mẫu mat 2 – 3 xử lý nướ c nóng (40,5%) ............ 69

Hình 7.12: Đườ ng cong biến dạng của mẫu mat 6 – 7 xử lý nướ c nóng (41%) ............... 69

Hình 7.13: Đồ thị độ bền uốn của mẫu xử lý bằng hai phương pháp .............................. 70

Hình 7.14: Đườ ng cong biến dạng của mẫu mat 2 – 3 (52%) ......................................... 71

Hình 7.15: Đườ ng cong biến dạng của mẫu kiềm mat 2 – 3 (48,7%) .............................. 71Hình 7.16: Đồ thị độ bền kéo của mẫu xử lý bằng hai phương pháp............................... 72

Hình 7.17: Đườ ng cong biến dạng của mẫu mat 2 – 3 xử lý nướ c nóng (31,6%) ............ 72

Hình 7.18: Đườ ng cong biến dạng của mẫu mat 2 – 3 xử lý kiềm (32%) ........................ 72

Hình 7.19: Độ bền uốn của composite nhựa UF và nhựa PF vớ i sợ i sisal ....................... 73

Hình 7.20: Đườ ng cong biến dạng của composite nhựa UF, PF vớ i sợ i sisal ................. 73

Hình 7.21: Đườ ng cong biến dạng của mat 2 -3 xử lý bằng nướ c nóng (31,6%)

sau khi ngâm nướ c ...................................................................................... 75

Hình 7.22: Đườ ng cong biến dạng của mat 2 -3 xử lý bằng nướ c kiềm (31,6%)

sau khi ngâm nướ c ...................................................................................... 75

Hình 7.23: Bề mặt gãy của a) mẫu không xử lý kiềm, b) mẫu xử lý kiềm ...................... 77





Luận Văn Tốt Nghiệp Tóm Tắt Luận Văn

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang v

TÓM TẮT LUẬN VĂN Sự k ết hợ p sợ i sisal vào nền nhựa Urea- Formaldehyde UF nhằm tạo nên loại vật

liệu composite có cơ tính có thể so sánh với cơ tính của các loại ván ép thông thườ ng

đượ c nghiên cứu là hoàn toàn có cơ sở . Bở i vì nhựa UF tổng hợ p dạng tan trong nướ c haynhủ tương trong nướ c nên cấu trúc phân tử của nhựa chứa nhiều nhóm hydroxyl (-OH) dođó có tạo liên k ết tốt vớ i sợi sisal. Thêm vào đó, sợ i sisal là loại sợi có độ bền cao k ết hợ pvớ i tính bám dính tốt của nhựa UF thì có thể tạo ra vật liệu composite có độ bền cao.

Ngoài ra, vật liệu compsite này còn có thể ứng dụng trong các vật dụng thườ ng ngày vìgiá thành nhựa UF thấ p còn sợ i dứa thì lại đượ c tr ồng nhiều ở các tỉnh miền trung nướ c tanên composite nhựa UF sẽ cho giá thành cạnh tranh so vớ i các loại vật liệu comositekhác.

Luận văn khảo sát cơ lý tính của composite dựa trên sự biến thiên cơ tính theo sự thay đổi hàm lượ ng nhựa /sợi, độ dài của sợ i khi tạo mat, phương pháp xử lí sợ i sisal: xử lí nướ c nóng và xử lí bằng dung dịch kiềm loãng, tr ước và sau khi ngâm nướ c. Thêm vàođó, mức độ thấm nướ c của vật liệu thay đổi khi sử dụng các phương pháp xử lí sợ i cũngđượ c khảo sát.

K ết quả ghi nhận được qua các đáp ứng: độ bền uốn, module uốn, độ bền kéo,module kéo và độ thấm nướ c. Bên cạnh đó, luận văn còn đưa ra một số nhận xét ngoạiquan.

K ết quả thu được là khi thay đổi hàm nhựa sợ i thì hàm lượ ng sợ i càng cao thì tínhchất cơ của mẫu composite càng cao. Trong phạm vi của luận văn nghiên cứu đượ c mẫucó tỷ lệ 5:5 (nhựa /sợi ) có cơ tính cao nhất. Khảo sát hai loại Mat khác nhau: Mat đượ ctạo từ sợ i có chiều dài 2-3 cm và Mat có chiều dài sợ i 6-7 cm, k ết quả là Mat 6-7 cho độ

bền của sợi cao hơn hẳn. Các phương pháp xử lí sợi khác nhau cho đặt điểm cơ tính vậtliệu composite khác nhau. Mẫu đượ c xử lí kiềm làm tăng độ dẻo dai cho composite vớ i

biến dạng kéo, uốn lớ n trong vùng lực tác dụng lớ n. Mẫu xử lí kiềm còn tạo ra sự thuậnlợi hơn về mặt gia công, bề mặt mẫu bóng hơn do sự thấm nhựa tốt của sợ i làm cho nhựathấm đều hết sợ i. Tuy nhiên, mẫu xử lí nướ c nóng có cũng có tính chất cơ lí cao, tiết kiệm

chi phí, thân thiện vớ i môi trườ ng.

K ết quả đo độ thấm nướ c của mẫu composite nhựa UF và sợ i sisal khá cao so vớ imột số loại composite khác. Điều này cũng phù hợ p vớ i k ết quả cơ tính sau khi ngâmnướ c giảm đi đáng kể.Tuy nhiên, phương pháp xử lí kiềm cho sợi đã làm giảm đi khả năng thấm nướ c của vật liêu, mẫu xử lí kiềm có độ thấm nướ c thấp hơn mẫu xử lí nướ cnóng.





Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 1: Mở Đầu

GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang 1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU [5]

Những vật liệu composite đơn giản đã có từ rất xa xưa. Khoảng 5000 năm trước

công nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để

tránh bị cong vênh khi phơi nắng. Người Hy Lạp cổ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất,

đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng. Và ở Việt Nam, ngày xưa truyền lại cách làm nhà bằng

bùn tr ộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khi khô tạo ra lớp vật liệu cứng, mát về mùa

hè và ấm vào mùa đông... Hiện nay, loại vật liệu này đượ c ứng dụng phổ biến trong

nhiều l ĩnh vực khác nhau và thị phần của nó tăng vớ i tốc độ nhanh. Điều này là do

composite nền nhựa có tính năng đặc thù là bền, nhẹ, dễ gia công. Công nghệ sản xuất

loại composite này khá đơn giản, chu kì ngắn, vốn đầu tư không lớ n nên thu hồi vốn

nhanh, vì thế ngành công nghiệp này đang đượ c giới đầu tư quan tâm mở r ộng.

Trong ngành công nghiệ p xây dựng thì thị phần của vật liệu composite tăng lên

đáng k ể, cụ thể là ngày compsite dần thay thế các cấu trúc xi măng. Đối vớ i l ĩnh vực hàng

tiêu dùng, có sự gia tăng đáng kể trong hàng tiêu dùng hằng ngày cũng như giải trí cụ thể

là các thiết bị thể thao. Giao thông là l ĩnh vực ứng dụng sâu r ộng nhất đối vớ i loại vật liệu

này. Có sự khác nhau về tính năng của vật liệu composite giữa Mỹ và các nướ c châu Âu.

Ngườ i châu Âu thì chú tr ọng đến khả năng tái sử dụng và khối lượ ng của vật liệu cònngườ i Mỹ thì nhấn mạnh đến độ bền. Điều này ảnh hưởng đến loại polymer đượ c sử

dụng. Ở Mỹ thì loại nhựa nhiệt r ắn được ưu tiên hơn, trong khi đó các nướ c châu Âu lại

lựa chọn nhựa nhiệt dẻo.

Thị phần vật liệu composite nền nhựa năm 2001 trên toàn thế giớ i là 5.73 triệu tấn

hoặc khoảng 15 triệu đô la. Mỹ, các nướ c châu Âu, châu Á Thái Bình Dương là các nướ c

chiếm thị phần lớ n nhất, lần lượ c là 31%, 27% và 26%.







Thị trườ ng (2001) Số lượ ng (tỷ) Gia tăng hằng năm (%)

Tây Âu $ 5.9 3.8

Mỹ $7.1 2.8

Châu Á Thái Bình Dương $5.6 2.6

Bảng 1.1: Thị phần toàn cầu của vật liệu composite

Trên thế giới đã có nhiều nướ c ứng dụng thành công vật liệu này.Ở Việt Nam vật

liệu Composite đượ c áp dụng hầu hết ở các ngành, các l ĩnh vực của nền kinh tế quốc dân

như: Ngành y tế, các ngành thiết bị giáo dục , bàn ghế, các giải phân cách đườ ng giaothông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trượt, máng đứng và ghế ngồi, mái che các sân

vận động. Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu Composite vào các l ĩnh vực điện dân

dụng, công nghiệ p.

Mặc dầu sợ i tổng hợp như: nylon, raylon, sợ i thủy tinh, polyester và carbon đượ c

sử dụng r ộng rãi trong việc gia cườ ng cho nhựa nhưng loại vật liệu composite này có giá

thành cao, không tái sử dụng đươc. Thêm vào đó, trong qúa trình sản cũng như sử dụng

vật liệu composite nền polymer được gia cườ ng sợi vô cơ phát sinh nhiều vấn đề về ô

nhiễm môi trường. Điều này là do sản xuất thải ra nhiều chất bay hơi hữu cơ từ dung môi

sử dụng. Ngoài ra, độ bền của vật liệu cao nên dẫn đến khó phân hủy bởi điều kiện môi

trườ ng khi vật liệu bị loại thải. Do đó, composite sợ i tự nhiên hay sợ i sinh học đượ c chú

tr ọng nghiên cứu và đã đượ c sử dụng như vật liệu thay thế cho loại composite truyền

thống. Sợ i tự nhiên có thể là vật liệu gia cườ ng cho không chỉ nhựa nhiệt r ắn mà còn cho

cả loại nhựa nhiệt dẻo. Ưu điểm của sợi thiên nhiên vượ t tr ội so vớ i sợ i nhân tạo là giá

thành thấ p, tỷ tr ọng thấp, cơ tính gần như tương đương, giảm năng lượ ng sử dụng, carbon

dioxide trong quá trình sản xuất, tăng khả năng phân hủy.







Hình 1.1: So sánh giá của sợ i thủy tinh và sợ i thiên nhiên

Sợ i tự nhiên là sự lựa chọn kinh tế cho các nướ c có nền kinh tế phát triển bở i sợ i tự

nhiên là nguồn nguyên liệu sẳn có. Sự k ết hợ p giữa loại sợ i thiên nhiên như sợ i cây gai

dầu, cây lanh, cây thừa sợ i, cây dứa, sợ i sisal vớ i nền nhựa có thể tạo ra loại composite

mang tính cạnh tranh cao so vớ i loai composite sợ i tổng hợ p.

Ở Việt Nam, việc sử dụng cây dứa dại chế tạo composite sẽ có thực tiễn to lớ n.

Bởi điều kiện thiên nhiên r ất phù hợp để tr ồng cây dứa dại theo quy mô công nghiệ p.

Thêm vào đó, sợ i sisal là loại sợi có cơ tính tốt lại tương thích vớ i nhiều loại nhựa cho

composite có cơ tính cao

Vớ i mục đích nghiên cứu và tổng hợ p loại vật liệu composite nền nhựa k ết hợ p vớ i

sợi thiên nhiên có cơ tính đáp ứng tốt cho những ứng dụng thường ngày như vật liệu thay

thế cho ván ép truyền thống, sàn gỗ, vật liêu sử dụng trong l ĩnh vực xây dựng dân dụng.

Luận văn tậ p trung nghiên cứu cơ lí tính, khả năng kháng nướ c của vật liệu composite nền

nhựa Urea-formaldehyde (UF) và sợ i sisal. Cụ thể là nghiên cứu quy trình tổng hợ p nhựa

UF có hàm lượ ng r ắn cao, có khả năng tan hay nhũ tương trong nước, độ nhớ t thích hợ p

cho quá trình gia công. Bên cạnh đó, luận văn chú trọng khảo sát sự ảnh hưở ng của hàm

lượ ng nhựa sợ i, loại sợi chưa xử lí và đã qua xử lí kiềm đến cơ tính của vật liêu.

0

20

40

60

80

100

sợi thủy tinh sợi tự nhiên

90

25

c e n t s / l b .





Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 2: Tổng Quan Về Composite


CHƯƠ NG 2: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE [3],[10]

2.1. Khái niệm:

Vật liệu composite là loại vật liệu đượ c tổ hợ p ít nhất từ hai loại vật liệu khác nhau

và phải có sự tương tác chặt chẽ giữa các thành phần vớ i nhau. Vật liệu tạo thành phải có

tính năng vượ t tr ội hơn các thành phần hợ p thành.

2.2. Thành phần và cấu tạo:

Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân

bố trong một pha liên tục duy nhất. Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrice), thường làm

nhiệm vụ liên k ết các pha gián đoạn lại. Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng

cường (renfot) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống

xước ...

2.2.1. Pha nền:

Nền nhựa:

Nhựa nhiệt rắn:

Các loại nhựa thường dùng là: Nhựa polyeste và nhóm nhựa cô đặc như: nhựa

phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy.

Nhựa nhiệt dẻo:

Nền của vật liệu là nhựa nhiệt dẻo như: PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen,

nhựa polyamit,...

Nền kim loại:

Vật liệu composite nền kim loại có modun đàn hồi r ất cao có thể lên tớ i 110 GPa.Do đó đòi hỏi chất gia cườ ng cũng có modun cao. Các kim loại đượ c sử dụng nhiều là:

nhôm, niken, đồng.

Nền carbon







2.2.2. Pha cố t:

Nhóm sợi khoáng chất:

Sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm; nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel,

sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil.

Sợi có nguồn gốc tự nhiên:

Sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa...

Sợi nhựa tổng hợp:

Sợi polyeste (tergal, dacron, térylène, ..), sợi polyamit,...; sợi kim loại: thép, đồng,

nhôm,...

2.3. Phân loại vật liệu composite:

Vật liệu composite đượ c phân loại theo hình dạng và bản chất của các vật liệu

thành phần.

2.3.1. Phân loại theo hình d ạ ng:

Vật liệu composite cốt sợ i:

Sợi gia cườ ng ở dạng liên tục hay gián đoạn: cắt ngắn. ta có thể tạo vật liệu có cơlý tính khác nhau, khi chú ý tớ i bản chất của vật liệu thành phần , tỷ lệ của loại vật liệu

tham gia và phương của sợ i.

Các thông số đặc trưng của sợi gia cườ ng :

Độ dài của sợ i

Số sợ i se thành chỉ

Độ bền của sợ i: kéo, biến dạng, modul . . .

Số vòng xoắn /m

Độ mảnh của chỉ: T=g/km









nhiệt r ắn phổ biến như polyester, họ nhựa epoxy, nhựa vynilester… các loại nhựa này k ết

hợp đực vớ i nhiều loại vật liệu gia cườ ng và tạo nên compsite có cơ tính tốt.

Cơ tính của vật liệu compsite phụ thuộc vào r ất nhiều yếu tố, trong đó lực liên k ết

nhựa sợ i, sự đình hứng của sợ i là những yếu tố quan tr ọng.

2.4.1. Lý thuyế t về kế t dính giữ a nề n và sợ i:

Khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu, cốt là những điểm chịu ứng suất tậ p trung

do mạng nhựa truyền sang. Phân tích các liên k ết dựa trên cơ sở k ết dính ta nhận thấy

giữa bề mặt nhựa và sợ i có các liên k ết sau:

Liên k ết vật lý:

Liên k ế t nhờ hấ p phụ và thấm ướ t:

Bề mặt sợ i luôn tồn tại các mao quản r ỗng, số lượ ng và kích thướ c mao quản vào

bản chất và cách chế tạo sợ i. Nhựa ở dạng lỏng thấm ướ t qua bề mặt của sợ i bằng lực vật

lý ứng vớ i một năng lượ ng liên k ết bề mặt. Sự thấm ướ t càng tốt khi sức cản giữa hai bề

mặt càng bé, ẩm và tạ p chất là yếu tố sẽ làm giảm sự thấm ướ t. Nhựa sau khi thấm ướ t bề

mặt sẽ đượ c hấ p phụ vào các mao quản nhờ lục hấ p phụ.

Liên k ế t nhờ lục t ĩnh điện

Bề mặt sợ luôn tích điện dương hay âm tùy thuộc vào thành phần và cách xử lý bề

mặt. nhựa nền cũng luôn có độ phân cực nhất định vì vậy mà dẫn mà dẫn đến sự tương tác

t ĩnh điện giữa sợ i và nhựa thông qua việc tạo thành lớp điện tích kép trên bề mặt vật liệu

này.

Liên k ết cơ học

Liên k ết nhờ lưc cơ học do bề mặt sợ i và nhựa có độ gồ ghề. Tuy nhiên liên k ếtloại này r ất yếu, yếu hơn rất nhiều so vớ i liên k ết hóa học.

Liên k ết hóa học:







Cơ chế liên k ết hóa học cho r ằng lực liên k ết hóa học có thể hình thành xuyên qua

giao diện. liên k ết hóa học r ất mạnh và có sự đóng góp đáng kể vào việc k ết dính. Đây là

loại liên k ết có độ bền cao nhất phụ thuộc vào loại số lượ ng liên k ết.

2.4.2. Sự định hướ ng củ a cố t sợ i:

Sợi thườ ng lớ n gấ p nhiều lần so với đường kính, do đó tỷ số giữa chiều dài và

đường kính đượ c gọi là tỷ số hướ ng r ất lớ n. Dạng sợ i liên tục có tỷ số hướ ng dài trong khi

đó dạng sợ i không liên tục có tỷ số hướ ng ngắn. Sợ i liên tục thì thường định hướ ng còn

dạng sợ i không liên tục thì vô định hướ ng. Dạng sợ i liên tục gồm có: dạng đơn hướ ng,

dạng dệt , dạng quấn. Dạng sợ i không liên tục như dạng sợi băm nhỏ, dạng mat.

Đối vớ i dạng sợi đơn hướ ng thì độ bền của vật liệu theo chiều vuông góc vớ i tr ụccốt r ất nhỏ. Vì vậy,dạng sợi này thường đượ c tạo dạng tấm đơn rồi xếp theo hướ ng khácnhau để đạt cơ lí tính đều mọi hướ ng, Dạng sợi có độ bền cao vì có đườ ng kính nhỏ, ítkhuyết tật bề mặt.

Hình 2.1: Sự định hướ ng của sợ i







2.5. Công nghệ chế tạo vật liệu composite polymer:

Công nghệ chế tạo vật liệu composite r ất phong phú và đa dạng. Tùy thuộc vào

yêu cầu, tính chất của sản phẩm mà có thể thay đổi phù hợ p.

2.5.1. Gia công ở áp suất thườ ng:

Gia công bằng tay (hand lay up):

Dùng cọ hay con lăn quét nhựa lên bề mặt khuôn đã đượ c chống dính, đạt sợ i lên

r ồi quét nhựa, sau đó dùng con lăn đuổi bọt khí và nén chặt liên tục như vậy cho đến khi

đạt bề dày yêu cầu.

Hình 2.2: Phương pháp handlay up

Cuộn sợ i (filament winding):

Cốt sợi đượ c kéo qua bể chứa nhựa cho thấm

nhựa trước, sau đó đượ c cuộn phủ lên bề mặt khuôn.

Phương pháp này dùng để sản xuất ống và thùng

chứa…

Có hai phương pháp cuộn: cuộn khô và cuộn ướ t.

o Cuộn khô: quấn lên tr ục khuôn bán thành

phẩm tức là quá trình tẩm nhựa lên sợi đã

đượ c thức hiện trước đó rồi. Hình 2.3: Phương pháp cuốn







o Cuộn ướ t:quá trình tẩm nhựa lên sợi đượ c diễn ra đồng thờ i vớ i quá trình quấn

lên khuôn. Tức là sợ i thô sau khi qua bể nó đượ c quấn lên tr ục ngay.

Ly tâm:

Xế p sợi đã tẩm vào khuôn tròn sau đó quay để dùng lực ly tâm ép chặt các lớ p và

đẩy bọt khí. Lực ly tâm sẽ định hình sản phẩm.

2.5.2. Gia công dướ i áp suấ t:

Đúc ép nóng (hot moulding):

Nhựa cốt đượ c phân bố đều mặt khuôn đúc dướ i áp suất và nhiệt độ cao. Sản phẩm

được định hình theo ba chiều. k ỹ thuật đúc ép đượ c sử dụng để tao những sản phẩm có

kích thướ c lớ n. Sản phẩm được định hình sau khi làm nguội.

Hình 2.4: Đúc ép nguội







Đúc ép nguội (cold press moulding):

Tương tự như đúc ép nóng nhưng ở nhiệt độ thườ ng.

Ép phun ( injecting moulding):

Nhựa nhiệt dẻo: tạo hạt compound nhựa và sợ i cắt hoặc nghiền, sau đó đưa

vào máy ép phun để tạo thành sản phẩm.

Nhựa nhiệt r ắn: sợ i ngắn được định hình tr ướ c nếu cần, được đặt vào khuôn,

sau đó đóng lại, k ẹ p chặt và nhựa đượ c phun vào từ đầu tr ộn có độ khuấy cao.

Hình 2.5: Phương pháp ép phun

Phương pháp đùn kéo:

Phương pháp này là phương pháp gia công liên tục để sản suất ra loại composite

dạng profile vớ i bất cứ độ dài nào yêu cầu. Sợ i tẩm sẳn đượ c kéo qua một lỗ (có lõi gia

nhiệt), vớ i hình dạng theo chiều cắt ngang bề mặt của sản phẩm. Sản phẩm được định

hình khi nhựa khô. Ưu điểm của phương pháp này là sản xuất sản phẩm thành mỏng vớ iđa dạng độ dài, bề mặt căt ngang, dễ dàng tự động hóa. Nhược điểm của phương pháp này

là hạn chế sự thay đổi hình dạng sản phẩm theo chiều dài của sản phẩm là không thể.







Hình 2.6: Phương pháp đùn kéo

Đúc chân không:

Đúc chân không dạng túi, khuôn làm vật liệu cứng. Trướ c tiên tạo lớ p lót, sau đó

đặt cốt và cấ p nhựa. bơm chân không làm việc, áp suất giảm làm cho nhựa r ải đều và đẩy

bọt khí ra ngoài.

Hình 2.7: Phương pháp ép chân không





Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 3: Tổng Quan Về Nhự a UF


CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ NHỰ A UREA

FORMALDEHYDE[1],[2],[4],[6],[7],[8]

3.1. Khái niệm:

Nhựa amino là loại nhựa nhiệt r ắn đượ c tổng hợ p dựa trên phản ứng giữa nhóm

amino (NH2)- trong các hợ p chất như aniline, guanamines, urea, thioure, ethylene urea và

sulfonamide và formaldehyde. Hai loại nhựa amino phổ biến là urea-formaldehyde và

melanine – formaldehyde.

Nhựa urea- formaldehyde đượ c tổng hợ p từ hai nguyên liệu là Urea(NH2CONH2)

và formaldehyde (CH2O).

3.2. Nguyên liệu:

3.2.1. Urea:

Là diamide của acid carbonnic, tồn tại dạng tinh thể màu tr ắng ở nhiệt độ thườ ng.

Urea đượ c tổng hợ p từ ứng suất cao qua phản ứng carbon dioxide và ammonia:

NH3 CO2 150 200oC

1400 - 1500 psi NH2CONH2 H2O 2

Tính chấ t vật lý:

Nhiệt độ nóng chảy: 132.7 – 135oC

Khối lượ ng riêng: 1.32 g/cm3

Độ tan trong nướ c: có khả năng tan nhiều trong nướ c tạo thành dung dịch đồng

nhất

3.2.2. Formaldehyde:

Formaldehyde dùng để tổng hợ p nhựa urea-formaldehyde không chỉ là hợ p chất

của nhóm carbonyl vớ i công thức là HCHO mà thông thường formaldehyde đượ c dùng

dướ i dạng dung dịch lỏng chứa khoảng 37% khối lượ ng Formaldehyde (formalin) hoặc

dạng bột mịn (paraformaldehyde).







Formalin:

Trong dung dịch formalin thì hàm lượ ng formaldehyde tự do r ất thấ p (khoảng 1%)

và dễ dàng hydrat hóa dướ i xúc tác của acid hoặc là base để tạo thành methylene glycol:

CH2 O + H2O HO CH2 OH

Methylene glycol dễ dàng bị polymer hóa tạo thành phân tử polymer mạch dài :

n HO CH2 OH HO (CH2O )n H ( n 1 ) H2O Do vậy, dung dịch formalin 37% thực ra là dung dịch của polymethylene glycol

với độ phân tán khối lượ ng phân tử từ n=1 đến n=10. Ngoài ra pH của dung dịch pH=2,5-

4.5, tính acid do có sự hình thành acid formic từ phản ứng của hai phân tử formaldehydevà nướ c.

Bảo quản dung dịch theo thờ i gian dài thì có hiện tượng đục như mờ sương so

formalin lắng xuống tách ra khỏi dung dịch. Để tránh hiện tượng này ngườ i ta dùng thêm

methalol (8- 10%) như một chất bảo quản.

Paraformaldehyde:

Paraformaldehyde là polymer dạng r ắn của formaldehyde, chứa 95-97% hỗn hợ p polyoxymethylene (CH2O)n, nướ c tồn tại ở dạng hydrate của nó ( n= 20÷100).

Paraformaldehyde tồn tại dạng bột tr ắng, nóng chảy ở nhiệt độ 120 ÷ 170oC. Giống như

fomalin, khi nó tan trong nướ c cũng sinh ra methylene glycol.

Trong lĩnh vự c sản xuấ t nhự a thì thường paraformaldehyde ít đượ c sử d ụng hơn

formalin. Formalin thông d ụng do nó có giá thành r ẻ hơn, lượng nướ c lớ n giúp

cho sự hấ p thu và giải phóng nhiệt trong phản ứ ng exotherm t ốt hơn. Tuy nhiên,

sử d ụng paraformal lại cho năng suất cao hơn, giảm yế u t ố cần phải kiể m soát

do đó có ít yế u t ố ảnh hưởng đế n tính chấ t của nhựa hơn.

3.2.3. Dung d ị ch Amoniac:









C

O

NH2H2 N

+ C

O

H H

C

O

C

O

C

O

H2 N NHCH2OH HOH2CHN NHCH2OH HOH2CHN

NHCH2OH

NHCH2OH

+ +

Phản ứng cộng formaldehyde vào urea xảy ra ở nhiều mức pH khác nhau, tuy

nhiên ở giai đoạn này phải duy trì ở mức pH của môi trườ ng kiềm yếu để tạo ra nhóm

metilon. Giai đoạn đầu của phản ứng là sự tấn công của đôi điện tử tự do trên nguyên tử

nitrogen của urea vào nguyên tử carbon mang một phần điện tích dương của nhóm

carbonyl. Phản ứng theo cơ chế cộng hợp ái nhân thông thườ ng, hình thành hợ p chất

trung gian đồng thờ i chứa anion alkoxide và cation ammonium. Hợ p chất trung gian này

chuyển hóa nhanh thành sản phẩm trung gian bền hơn là carbinolamine, theo phản ứngsau:

H C

O

H

NH2 CO NH2 H C

O

H

N

H

H

CO NH2 H C

H

HO

N

H

CO NH2

Nếu phản ứng này sẽ tiế p tục xảy ra với môi trườ ng acid làm xúc tác giúp cho cân

bằng chuyển dịch về phía tách nướ c từ hợ p chất trung gian carbinolamine, sinh ra dạng

proton hóa của amine. Cuối cùng là giai đoạn tách proton, hình thành sản phẩm imine







Quá trình t ạo ra momometilol urea không tiến hành đế n cùng do phản ứ ng thuận

nghịch. Thừ a formaldehyde sẽ làm chuyể n d ịch cân bằ ng về phía tăng hiệu suấ t

momometilol.

3.3.2. Phả n ứng đa tụ:

Phản ứng đa tụ là phản ứng giữa các metilol urea làm tăng trọng lượ ng phân tử,

phản ứng này chỉ xảy ra trong môi trườ ng acid theo phản ứng dưới đây:

C NHHN

CH2 CH2

OH OH n

- H2O

HO CH2 NH C NH CH2 N

CH2

NCH2 NHC

O

N

CH2

CH2HO

C

OO

NH CH2

O

NH CH2C

O

Trong phản ứng đa tụ xảy ra nhiều phản ứng giữa các nhóm chức khác nhau:

a ) RHN NHCH2OH

O

+ NHR'

O

H2 N RHN NHCH2H

O

N

O

NHR'+ H

b)RHN NHCH2OH

O+ HOH2CHN NHR'

O

RHN NHCH2

O O

NHR'OCH2HN

+ H

c) RHN NHCH2

O O

NHR'OCH2HN RHN NHCH2H

O

N

O

NHR'

+

O

H H

d) RHN NHCH2OH

O

+ HOH2CHN NHR'

O

RHN NHCH2H

O

N

O

NHR'

+

O

HH2O

+







a) Cầu nối methylene giữa các amide nitrogen bở i phản ứng giữa các nhóm methylol

và amino

b) Liên k ết methylene ether bở i 2 nhóm methylol

c) Methylol từ nối methylen ether bở i sự tách HCHO

d) Liên k ết methylene bở i phản ứng giữa các nhóm và có sự tách nướ c và HCHO.

Trong suốt quá trình phản ứng đa tụ thì ban đầu độ nhớt tăng chậm sau đó ở thờ i

điểm nhất định thì tăng rất nhanh.

Ngoài hai phản ứng cơ bản trên thì còn phản ứng tạo môi trườ ng kiềm ở giai đoạn

tạo methylol giữa formaldehyde tác dụng amoniac cho (gọi là urotropin ):

6HCHO + 4 NH3 (CH2)6 N4 + 6H2O

Urotropin là tinh thể tan trong nướ c tạo môi trườ ng kiềm pH= 7÷9. Đun nóng dễ

phân hủy, không nóng chảy.

3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợ p và chất lượ ng nhự a Urea-

formaldehyde:

Trong quá trình tổng hợ p có nhiều yếu ảnh hưởng đến chất lượ ng nhựa, sau đây là

một số yếu tố quan tr ọng:

Tỷ lệ giữa ure và formaldehyt

Môi trườ ng tổng hợ p nhựa

Mức độ trùng ngưng

Nhiệt độ tổng hợ p

3.4.1. T ỷ l ệ mol giữ a ure và formaldehyde:

Sự khác nhau chính giữa loại nhựa có tỷ lệ mol formaldehyde và urea cao và thấ p

đó là hàm lượ ng formaldehyde tự do trong nhựa và mật độ liên k ết ngang khi đóng rắn

nhựa. Do đó, tỷ lệ giữa 2 thành phần này ảnh hưở ng lớn đến độ bền, lí tính của sản phẩm

nhựa cuối cùng cũng như là lượ ng formaldehyd tự do còn trong hỗn hợ p nhựa.







Quá trình tạo ra monomethylol urea không tiến hành đến cùng do phản ứng thuận

nghịch. Thừa formaldehyde sẽ làm chuyển dịch cân bằng của methilol urea nên ở giai

đoạn này tỷ lệ F (Formaldehyde ) và U (urea ) thườ ng từ 2 ÷ 3.

Phản ứng trùng ngưng đượ c tiến hành khi tỉ số mol của formaldehyde và ureakhoảng 1 thì sẽ tạo ra nhựa polymethylene-urea không tan trong nướ c và không có tính

bắt dính. Tuy nhiên, nếu tỷ lệ này đượ c giảm từ một giá tr ị cao ( 2-4) trong suốt quá trình

tổng hợp như thêm dần urea vào thì tính tan trong nướ c và bắt dính có thể đạt đượ c. Thêm

vào đó, tổng hợ p vớ i tỷ lệ F/U thấ p thì tạo nên nhựa có hàm lượ ng r ắn cao hơn.

Tổng hợ p nhựa UF vớ i tỷ lệ formaldehyd cao thì thời gian đóng rắn nhanh, cho sản

phẩm nhựa có cơ tính tốt do hình thành các liên k ết nối ngang hoặc HCHO còn dư phản

ứng vớ i nhóm –NH2 chưa phản ứng. tuy nhiên lượ ng HCHO còn dư sau phản ứng có thể

bị khuếch tán ra khỏi sản phẩm đóng rắn.

Từ những lí luận trên thì trong luận văn này chọn tỷ lệ F/U là 2,5, giai đoạn 2 trùng

ngưng khi đã cho ure lần 2 vào r ồi thì tỷ lệ này là 1.8 và khi đã cho urea lần 3 vào

F/U=1,5 đây cũng chính là tỷ lệ cuối cùng của phản ứng tổng hợ p nhựa.

3.4.2. Môi trườ ng tổ ng hợ p:

Chỉ số pH ảnh hưởng đến thờ i gian

phản ứng cũng như là cấu trúc và độ thấm

nướ c của nhựa. Từ hình bên, phản ứng cộng

xảy ra ở cả môi trườ ng kiềm và acid nhưng tốc

độ phản ứng nhanh hơn trong môi trườ ng

k ềm. Khi phản ứng xảy ra trong môi trườ ng

acid thì phản ứng đa tụ chiếm ưu thế. Phản

ứng đa tụ làm tăng chiều dài mạch phân tử

cùng như tạo nối ngang, tr ọng lượ ng phân tử

càng lớ n khi chỉ số pH càng thấ p. Vì vậy, việc

điều chỉnh chỉ số pH trong suốt quá trình tổng hợp là điều cần thiết.







Ở giai đoạn tạo methylol, pH = 7÷8 tạo ra đượ c dimethylol chếm ưu thế và tốc độ

phản ứng là nhanh nhất. Giai đoạn đa tụ thì chỉ số pH có thể hạ xuống đến 2 hoặc 3, chỉ

số pH càng thấ p và nhiệt độ càng cao thì tạo ra nhựa càng có tr ọng lượ ng phân tử cao.

Thêm vào đó, nhiệt độ cao và pH thấ p ở giai đoạn trùng ngưng thì phản ứng tạo liên k ếtmethylen bền chiếm ưu thế hơn liên kết methylene ether. Tuy nhiên r ất khó kiểm soát tốc

độ trùng ngưng khi pH quá thấp và điều này dễ dẫn đến quá trình gel của nhựa.

Do đó, luận văn chọn môi trườ ng phản ứng cho từng giai đoạn tổng hợp như sau:

Giai đoạn tạo methylol: pH = 7-8 đượ c duy trì bở i hexamethylene tetramin

trong hỗn hợ p phản ứng.

Giai đoạn trùng ngưng: pH= 4÷ 5

Giai đoạn ổ định: pH= 7÷ 8

PH ở giai đoạn ổn định ảnh hưởng đến thờ i gian sống và tốc độ đóng rắn của nhựa.

Ở môi trườ ng pH thấ p thì nhựa UF có khả năng đóng rắn ngay ở nhiệt độ thườ ng , trong

khi đó pH cuối cùng quá cao thì sẽ làm giảm tốc độ đóng rắn của nhựa khi gia công. Vì

vậy, cần tìm khoảng pH thích hợp để thỏa mãn hai yêu cầu trên và môi trường pH đượ c

chọn trong luận văn này là pH = 7 ÷8.







3.5. Quy trình tổng hợ p nhự a:

Hình 3.1: Quy trình tổng hợ p nhự a UF

Không đạt

Không đạt

Chỉnh pH = 7÷ 8

Chỉnh pH = 7÷ 8

Chỉnh pH = 4 ÷ 5

Đạt

Urea 3

Urea 2

Urea 1

Nhiệt độ 70oC ÷ 80oC

Nhiệt độ 80oC

Formalin Urea

Đề paraford

Chỉnh pH = 7÷ 8

Tạo methylol 1

Trùng ngưnggiai đoạn 1

Thử độ nhớ t

Tạo methylol2

Nhựa UF

Ổn định

Nhiệt độ 70oC

Trùng ngưnggiai đoạn 2

Thử độ tan

Đạt







Thuyế t minh quy trình:

Cân dung dịch Formalin trong bình cầu, thực hiện giai đoạn praraford ở nhiệt độ

70oC khoảng 20 phút sau đó bắt đầu chỉnh pH bằng hỗn hợ p dung dịch NaOH và dung

dịch NH3 vào bình cầu, cho từ cho đến khi pH ổn định từ 7 ÷8. Cho lượng ure 1 đã tínhtoán như trên vào bình cầu để thực hiện giai đoạn tạo methylon ở nhiệt độ 80oC khoảng

1h . Trong suốt quá trình này thì phải chú ý đến sự thay thay đổi pH để điều chỉnh pH

luôn ở khoảng pH = 7 ÷ 8. Sau khi tạo methylon xong chỉnh pH = 4÷5 bằng dung dịch

acid HCOOH để chuyển sang giai đoạn trùng ngưng ở nhiệt độ 70÷ 80oC. Ở giai đoạn

này kiểm tra độ nhớ t liên tục đến khi đạt r ồi chỉnh pH cuả hỗn hợ p lên pH = 7 ÷ 8 cho

ure 2 vào đển phản ứng tạo methylon tiế p tục xảy ra khoảng 20 phút. Để tăng thêm độ

nhớ t và khối lượ ng phân tử thì tiế p tục chỉnh pH = 4÷5 để thực hiện giai đoạn trùng

ngưng. Kiểm tra độ nhớ t và thử độ tan liên tục đến khi đạt thì ngưng phản ứng, hạ nhiệt

độ và chỉnh pH = 7 ÷ 8, cho ure 3 vào để ổn định đồng thờ i tác dụng vớ i HCHO còn dư

trong nhựa.

3.6. Tính chất của nhưa Urea-formaldehyde:

Bảng tổng hợ p tính chất vật và hóa học của nhựa UF, lưu ý r ằng có thể có nhiều

giá tr ị khác tùy thuộc vào điều kiện tổng hợ p nhựa.

Tỷ tr ọng (20o C) 1,2 – 1,4

PH (25oC) 4,5 – 8.2

Độ tan trong nướ c (g/L ở 25oC) 50

Độ nhớ t ở 25oC (cP) 150 - 250

Hàm lượ ng r ắn (%) 40 - 66

Bảng 3.1: Thông số cơ bản của nhự a UF







Nhựa Urea-formaldehyde dạng trong suốt cho đến màu tr ắng sữa, có mùi của

formaldehyde. Nhựa tan trong nước và rượu, hàm lượ ng formaldehyde tự do khoảng 5%

hoặc dướ i 0,5 % tùy vào điều kiện tổng hợ p.

3.7. Đóng rắn nhự a UF:

UF có thể đóng rắn bằng phản ứng đa tụ sâu hoặc phản ứng ngưng tụ giữa các

methylol dưới các điều kiện:

Nhiệt độ cao > 100oC

pH<1 tức là dùng acid mạnh làm tác nhân đóng rắn. Phản ứng đóng rắn có thể

thực hiện ở nhiệt độ phòng.

pH= 4- 5 ở 100oC dùng tác nhân đóng rắn là muối amono của acid mạnh(NH4-

Cl)

Trong các phương pháp đóng rắn này thì phương pháp đóng rắn nhiệt độ thấ p

bằng acid mạnh không phù hợp để đóng rắn nhựa làm vật liệu nền cho sản phẩm

composite vớ i sợ i thiên nhiên. Bở i vì acid mạnh sẽ tấn công cấu trúc gỗ.

Đối với phương pháp đóng rắn bằng nhiệt độ khoảng 120oC không cần dùng đến

tác chất làm tác nhân đóng rắn và không làm ảnh hưởng đến màu của sản phẩm. Do đó phương pháp này đượ c chọn để đóng rắn hỗn hợ p nhựa sợ i.

Nhìn chung mật độ đóng rắn của nhựa UF thấ p.

3.8. Ứ ng dụng nhự a Urea- formaldehyde:

Nhựa UF đượ c sử dụng r ộng rãi trong công nghiệ p cũng như thương mại. Vớ i

thuận lợ i là giá nhựa UF r ẽ hơn nhiều so vớ i các loại nhựa cùng họ nên UF đượ c sử dụng

phổ biến nhất. Do đó nhựa UF có thị phần lớ n nhất so vớ i các loại nhựa khác liên quan







Hình 3.2: Thị phần của các loại nhự a 2009

Ứ ng dụng lớ n nhất của nhựa amino là trong ngành công nghiệ p gỗ. Nhựa amino

dùng để biến tính nhiều loại vật liệu khác. Loại nhựa này dùng để thêm vào trong suốt

quá trình sản xuất như sản xuất vải để tăng tính chịu nén của vải, sản xuất vỏ lốp xe để cải

thiện tính bám dính của cao su vớ i lõi xe. Tuy nhiên mảng ứng dụng lớ n nhất của nhựa

UF vẫn là k ết hợ p vớ i các vật liệu dạng sợ i hoặc hạt để tạo nên composite dạng tấm.

Ngoài ra, nhựa UF còn k ết hợ p vớ i bột gỗ để tạo ra nhiều sản phẩm trang trí nội thất.

Hình 3.3: Sản phẩm từ sự kết hợ p nhự a UF vớ i gỗ ép áp suất cao.







Hình 3.4: Kết hợ p vớ i gỗ tạo nên vật liệu sandwich thay thế cho sàn gỗ

Hình 3.5: Sản phẩm tạo nên ván ép cho vật dụng bàn ghế





Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 4: Tổng Quan Về Sợ i Thiên Nhiên


CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ SỢ I THIÊN NHIÊN [10],[11]

4.1. Giớ i thiệu về sợ i thiên nhiên:

Vật liệu composite ngày càng đượ c ứng dụng r ộng rãi. Nhưng song song vào đó là

vấn đề về môi trườ ng. Vì thế, người ta đang nghiên cứu chế tạo vật liệu composite thân

thiện môi trường và giá thành tương đối thấ p. Sợ i thiên nhiên là một lựa chọn tối ưu để

thay thế các loại sợi đắt tiền khác mà lại thân thiện với môi trườ ng.

Thành phần hóa học của sợ i thiên nhiên bao gồm các polymer thiên nhiên:

cellulose, hemicellulose, lignin, pectin....Trong phân tử của các thành phần k ể trên đều có

nhiều nhóm –OH phân cực nên sợi thiên nhiên tương hợ p tốt vớ i các polymer phân cực.

Có r ất nhiều thông số ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu composite gia cườ ng

sợ i thiên nhiên bao gồm các yếu tố sau:

- Hệ số co (dài/dày) ảnh hưở ng r ất lớn đến tính chất composite. Vì vậy, hệ số này r ất

đượ c chú ý trong quá trình chuẩn bị sợi để gia công. Hệ số co của sợ i nằm trong khoảng

100 – 200 là tối ưu nhất. Nguồn gốc và loại sợ i ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của

composite.

- Một hệ số quan tr ọng khác là hệ số phân tán sợ i. Sợ i phân tán kém là sợ i khôngtách r ớ i từng cọng mà tụm lại thành bó làm cản tr ở quá trình thấm nhựa nên khả năng gia

cườ ng kém so vớ i sợi có độ phân tán tốt.

- Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc r ất nhiều vào bề mặt tiế p xúc. Bề mặt

tiế p xúc giữa nhựa và sợ i trong composite có nhiệm vụ truyền ngoại lực tác dụng lên sợ i.

Lực tác dụng tr ực tiế p tại bề mặt của composite đượ c truyền qua sợ i gần đó và tiế p tục

truyền từ sợ i qua sợ i thông qua nhựa nền và bề mặt tiế p xúc. Nếu bề mặt tiế p xúc kém,

hiệu quả phân bố lực không tốt và cơ tính composite bị giảm. Nói cách khác, bề mặt tiế p

xúc tốt có thể đảm bảo r ằng composite có thể chịu đượ c tải r ọng, thậm chí lực có thể

truyền nguyên vẹn đến sợ i bị gãy tốt như sợi chưa bị gãy. Bề mặt tiế p xúc k ếm là một hạn

chế, bở i vì sợ i và nhựa nền khác nhau về giản nở nhiệt, sự phá hủy sớ m có thể xảy ra tại

chỗ bề mặt tiế p xúc kém khi composite chịu ứng suất về nhiệt. Vì vậy, k ết dính giữa sợ i







và nhựa nền là là hệ số chính trong việc xác định đáp ứng của bề mặt tiế p xúc và khả năng

của nó dướ i ứng suất. Tối ưu bề mặt tiế p xúc giữa sợ i thiên nhiên và nhựa nền đã tr ở

thành đề tài đượ c quan tâm trong các nghiên cứu về loại vật liệu này.

4.2. Phân loại sợ i thiên nhiên:

Có thể chia làm 4 loại sợ i chính:

- Sợ i từ vỏ cây: đay, lanh, gai, ramie, kenaf, isora, kudzu,sun hemp, wood...

- Sợ i từ lá: dứa dại, chuối, palf, henequen, abaca, cantala, caroa, curaua, date palm,

istle, mauritius, piassava, pineapple, phormium....

- Sợ i từ bông: cotton...

- Sợ i từ trái: dừa, cọ, bông gạo...

4.3. Thành phần hóa học của sợ i thiên nhiên:

Hiệu quả tăng cườ ng của sợ i thiên nhiên phụ thuộc vào thành phần cellulose và độ

k ết tinh của sợ i. Thành phần chủ yếu của sợ i thiên nhiên là cellulose, hemicellulose,

lignin, pectin và chất sáp. Dưới đây là bảng so sánh thành phần hóa của một số loại sợ i

thiên nhiên thườ ng sử dụng làm vất liệu composite







Sợ iCellulose

(%)

Hemi-cellulose

(%)

Ligin

(%)

Chấttrích

ly

(%)

Tro

(%)

Pectin

(%)

Sáp

(%)

Thành phần

ẩm

(%w.b)

Đay 61 – 71,5 13,6 – 20,4 12 -13 - - 0,2 0,5 12,6

Lanh 71 – 78,5 18,6 – 20,6 2,2 2,3 1,5 2,2 1,7 10

Gai 68,6 – 78,2 13,1 – 16,7 0,6 – 0,7 - - 1,9 0,3 8

Sisal 67 – 78 10 – 14,2 8 – 11 - - 10 2 11

Bông 82,7 - - - - - 0,6 -

Xơ dừa 36 – 43 0,15 – 0,25 41 – 45 - - 3 – 4 - 8

Bảng 4.1: Thành phần hóa của một số loại sợ i thiên nhiên

4.3.1. Cellulose:

4.3.1.1. Cấu trúc phân tử:

Phân tử cellulose có cấu tạo mạch thẳng, bao gồm những đơn vị D –

anhydroglucopyranose (AGU), đượ c nối vớ i nhau bằng những nối β-1,4-glucose. Công

thức phân tử của cellulose là (C6H10O5)n, trong đó n là độ trùng hợ p. Tùy vào nguồn gốc

của cellulose và phương pháp xử lý sợ i mà chỉ số n sẽ khác nhau. Độ trùng hợ p của

cellulose thiên nhiên khoảng 10000.

Các đơn vị mắc xích của cellulose chứa 3 nhóm hydroxyl tự do, gồm một nhóm

rượ u bậc I và 2 nhóm rượ u bậc II. Các nhóm hydroxyl ở mỗi đơn vị mắc xích liên k ết vớ i

nguyên tử cacbon ở vị trí 2 và 6. Các đơn vị AGU trong cellulose có dạng vòng 6 cạnh,

vì vậy cellulose tương đối bền trong môi trườ ng acid.







Đơn vị tuần hoàn trong cellulose là hai đơn vị glucose anhydric liên tiếp đơn vị

cellulose. Như vậy cellulose có thể xem là một polymer điều hòa không gian, công thức

cấu tạo có thể biểu diễn như sau:

Hình 4.1: D-glucose

Hình 4.2: Công thứ c phân tử của cellulose

4.3.1.2. Tính chất của cellulose:

Tính chất vật lý

Cellulose là polymer r ắn không màu, không mùi vị. Cellulose không tan trong

nướ c và một số dung môi hữu cơ thường nhưng có thể trương nở trong nhiều dung môi

phân cực. Do có độ k ết dính mạnh giữa các đại phân tử, đặc biệt là các mạng lướ i liên k ết

hydro nên cellulose không nóng chảy đượ c.

Mạch phân tử cellulose r ất dài gồm nhiều mắc xích glucose liên k ết cộng hóa tr ị

vớ i nhau. Phân tử cellulose ở cấu trúc dạng phiến, nó có thể uốn cong và xoắn vớ i một

giớ i hạn nào đó nhờ cầu nối oxy giữa các mắc xích. Vì thế các nhóm hydroxyl trong mạch







phân tử cellulose dễ dàng nhô ra để tạo liên k ết hydro vớ i các phân tử cellulose khác và

tính hút nướ c của sợ i cũng đượ c quyết định thông qua loại liên k ết này.

Đánh giá khả năng chịu môi trườ ng của cellulose

Quá trình phản ứng hóa học của cellulose xảy ra chủ yếu ở các nhóm –OH của

phân tử. Vì đặc điểm này mà cellulose bền trong môi trườ ng không phân cực. Trong thực

tế, cellulose có thể bị giảm cấ p trong một số trườ ng hợ p sau:

- Giảm cấ p do bị thủy phân trong dung dịch acid, trong trườ ng hợ p này nối

glucosidic sẽ bị phân giải.

- Phân giải bằng thủy phân của nối đôi glucosidic trong nước hay trong môi trườ ng

ẩm vớ i xúc tác enzym từ các loại nấm và vi khuẩn trong quá trình ủ là mục nát cellulosethiên nhiên ngay tại nơi bảo quản.

- Quá trình oxy hóa diễn ra theo nhiều cách, bằng cách đưa vào các nhóm cacbonyl,

cacboxylic và cuối cùng phân giải mạch thành những phân tử ngắn hơn.

- Giảm cấ p bằng nhiệt ở nhiệt độ từ 180 – 200oC qua các phản ứng khá phức tạ p và

sinh ra khí hay than, quá trình có thể kiểm soát bằng cách dùng các phụ gia làm chậm quá

trình cháy của cellulose.Cellulose và các sản phẩm từ cellulose là các sản phẩm thân thiện với môi trườ ng

vì chúng có thể phân hủy bằng cách lên men vi sinh đơn giản, không gây ô nhiễm môi

trườ ng. Cellulose k hông độc hại vớ i cả sinh vật và con ngườ i.

Trương nở của cellulose trong nướ c

Tr ạng thái lý hóa của cellulose, đặc biệt ở điểm là chúng có khả năng hấ p thụ

mạnh vớ i nhiều loại vật liệu khác nhau. Hấ p thụ hơi nướ c là một ví dụ thực tế về khả năng này của cellulose. Sở d ĩ cellulose có tính hút nướ c là do trong phân tử có nhiều

nhóm –OH phân cực.

Tương tác giữa cellulose và nước đóng vai tr ò quan tr ọng trong hóa học, vật lý và

k ỹ thuật của vật liệu cách điện và gia công cellulose. Cellulose có tính hút ẩm cao là do







tương tác của các nhóm –OH trong phân tử với nước nhưng lại bị cản tr ở không tan trong

nướ c do cấu trúc siêu phân tử tr ật tự cao của cellulose. Sự tương tác cellulose – nướ c có

thể đượ c hiểu là sự cạnh tranh tạo nối hydro giữa các nhóm –OH của cellulose và sự tạo

thành nối hydro giữa một nhóm –OH của mạch cellulose và một phân tử nướ c.Sự tương tác cellulose – nướ c tùy thuộc nhiều vào cấu trúc k ết tinh, số lượng nướ c

hiện diện trong polymer và nhiệt độ. Đối với cellulose thiên nhiên, tương tác cellulose –

nước đượ c giớ i hạn ở những vùng không k ết tinh, hệ thống lỗ xố p và lỗ tr ống. Khi tương

tác cellulose – nướ c can thiệ p vào những nối hydro nội phân tử và liên phân tử của cấu

trúc cellulose và sau khi sấy khô, cấu trúc vật lý của cellulose sẽ bị tác động và không

thay đổi đượ c.

Bảng 4.2: Mức độ tan trong nướ c của vật liệu cellulose và dẫn xuất của chúng

Loại vật liệu Độ trương(%)

Bông

Sợ i Visco

Cellulose triacetate

Cellulose tripropionat

Cellulose tributyrat

Cellulose trivalerat

18

74

10

2,5

1,8

1,6

Trương nở của cellulose trong môi trườ ng kiềm

Sự trương nở của cellulose trong dung dịch kiềm thườ ng xảy ra r ất nhanh, chẳng

hạn bề dày tấm bả giấy tăng lên rất nhanh đạt đến độ trương nở tối đa sau khi nhúng vàodung dịch xút vài phút. Độ trương nở tối đa tùy thuộc vào cấu trúc vật lý của cellulose,

thườ ng nồng độ kiềm cao hơn thì độ trương nở tối đa sẽ cao hơn nhưng tốc độ trương nở

không ảnh hưở ng nhiều bở i yếu tố này. Sự trương nở cellulose trong dung dịch xút xảy ra







do quá trình tương tác cellulose - kiềm r ất phức tạ p ảnh hưởng đến cả ba cấu trúc của

cellulose.

Quá trình tương tác cellulose – kiềm bản chất là tương tác giữa những nhóm –OH

của cellulose vớ i những ion – OH lưỡ ng cực của kiềm, do tương tác này làm tách các liênk ết hydro nội phân tử và liên phân tử. Xét về mức độ siêu phân tử có sự thay đổi trong

kích thướ c mạng và cấu trúc mạch xảy ra trong nồng độ kiềm gần trương nở tối đa, tổng

độ tr ật tự bên trong sẽ giảm trong quá trình này nhưng vẫn giữ ở mức độ cao. Sự trương

nở nội và liên phân tử của cấu trúc sợ i trong xút tạo ra thành phần khác nhau trong vùng

k ết tinh và vô định hình của vùng cellulose kiềm. Xét về hình thái, có sự thay đổi rõ r ệt

trong cấu trúc sợ i mịn do tương tác vớ i dung dịch kiềm.

Như vậy, sự trương nở của cellulose trong dung dịch xút tùy thuộc vào nồng độ

kiềm, chính là tồn tại quá trình hydrat của lưỡ ng cực ion –OH. Nồng độ kiềm cao tương

tác cellulose – kiềm tăng làm sự trương nở tăng, nồng độ kiềm càng thấp tương tác

cellulose – kiềm càng kém dẫn tớ i sự trương nở xảy ra kém hơn.

4.3.2. Hemicellulose:

Hemicellulose thuộc nhóm polysaccarit phi cellulose. Khi thủy phân hemicellulose

tạo monosaccarit và các dẫn xuất, chủ yếu là một số đồng phân lậ p thể thuộc pentoza và

hexoza. Mạch phân tử của polysaccarit trong hemicellulose có thể ở dạng homopolymer

hay copolymer. Tuy nhiên dạng homopolymer tồn tại trong thực vật r ất ít, phần lớ n mạch

phân tử thuộc dạng copolymer. Các đơn vị mắc xích của polysaccarit hemicellulose

thườ ng là các vòng anhydro của các saccảit như D – glucose, D – mannose, D – galactose,

D – xylose và L – arabinose. Ngoài anhydro của các saccảit k ể trên, còn có các đơn vị

acid D-glucuronic, acid 4-O-metyl-D-glucuronic và D-galaturonic. Một số polysaccarit

còn có thể liên k ết vớ i nhóm acetyl. Vì vậy thành phần của hemicellulose phức tạp hơn

nhiều so với cellulose. Hơn nữa, cấu tạo đơn vị mắc xích và liên k ết giữa chúng trong

mạch phân tử của hemicellulose r ất phức tạp. Đơn vị mắc xích trong hemicellulose có thể

ở dạng vòng pyranoza, furanoza và liên k ết giữa các mắc xích có thể là glucozit 1-6; 1-4;

1-3; 1-2.







β -D-glucopyranose β -D-galactopyranose β -D-xylopyranose

α-D-galactopyranose α-D-arabinofuranose

Hình 4.3: Đơn vị mắc xích trong hemicellulose

4.3.3. Ligin:

Lignin là hợ p chất cao phân tử có đặc tính thơm, có thể xem lignin như một nhựanhiệt dẻo, chúng bị mềm đi dướ i tác dụng của nhiệt độ. Bộ khung đơn vị mắc xích lignin

là phenyl propan. Lignin của các loại cây lấy sợ i gồm các đơn vị mắc xích như Guaiacyl

propan (G), Syringyl propan (S), và Parahydroxylphenyl propan (P).

Hình 4.4: Đơn vị cấu trúc cơ bản của lignin







Các nhóm chức ảnh hưở ng lớ n nhất đến tính chất của lignin là nhóm hydroxyl

phenol, nhóm hydroxyl rượ u benzylic và nhóm car bonyl. Hàm lượ ng của các nhóm chức

thay đổi tùy theo loài thực vật và tùy thuộc vào vị trí của lignin ở lớ p liên k ết, lớp sơ cấ p

hay thứ cấ p của tế bào thực vật.Cấu trúc của lignin r ất phức tạ p, là một polyphenol coa mạng không gian mở .

Trong lignin có hơ n hai phần ba số đơn vị phenylpropan nối vớ i nhau qua liên k ết ete,

phần còn lại là liên k ết C – C giữa các đơn vị mắc xích và liên k ết este:

Hình 4.5: Cấu trúc của lignin

Tương tác hóa lý và liên kết hóa học giữ a lignin và carbonhydrat:

Lignin tham gia liên k ết hydro vớ i cellulose và hemicellulose với năng lượ ng liên

k ết khá lớ n. Lực liên k ết hydro trong polysaccarit khoảng 21 – 25 KJ/mol, ở lignin năng

lượ ng liên k ết khoảng 8,5 – 21 KJ/mol.

Do có nhiều nhóm chức trong một phân tử và do lignin tiế p cận tốt vớ i polysaccarit

nên lực tương tác giữa lignin và các cấu tử khác của thành tế bào r ất lớ n. Bên cạnh liên

k ết hydro, giữa các đại phân tử còn tồn tại lực liên k ết Van Der Walls. Lực tương tác vật

lý này cũng góp phần cản tr ở quá trình hòa tan lignin dướ i tác dụng của dung môi hay khi

nấu cellulose. Lignin không thể tan trong các dung môi thông thườ ng ở nhiệt độ thườ ng.







Khi sử dụng hóa chất có tác dụng mạnh cũng không thể tách hoàn toàn lignin ra khỏi

nguyên liệu thực vật do giữa lignin và polysaccarit tồn tại liên k ết hóa học. Một số tác giả

cho r ằng giữa lignin và hemicellulose tồn tại liên k ết ete và ester và các liên k ết ete có thể

xuất hiện tại nhiều vị trí phenylpropan và của đơn vị saccarit. Trong môi trườ ng kiềm,liên k ết ete bền hơn so với môi trường acid. Trong khi đó liên kế t ester giữa lignin và

cellulose dễ dàng bị phân hủy trong môi trườ ng kiềm ở điều kiện thườ ng. Liên k ết C – C

xuất hiện khi gốc tự do ở nguyên tử C của lignin tác dụng vớ i gốc tự do ở nguyên tử C

của cacbonhydrat.

4.3.4. Pectin và các chấ t trích ly:

Pectin

Pectin là dẫn xuất polysaccarit, phân tử của chúng bao gồm các đơn vị mắc xích

acid α-D-galacturomic. Các đơn vị này nối vớ i nhau bằng liên k ết glucozit 1-4. Mỗi đơn

vị mắc xích chứa một nhóm carbonyl ở vị trí C6. Các nhóm acid này tồn tại ở tr ạng thái tự

do hoặc dướ i dạng liên k ết ester (metyl ester). Trong pectin tự nhiên có khoảng ¾ số

nhóm acid bị metyl hóa. Dướ i tác dụng của xúc tác acid, pectin bị thủy phân thành acid

D-galacturonic, trong đó metyl ester cũng bị phân hủy.

Trong tự nhiên pectin không tồn tại độc lập mà thường đi kềm vớ i các polysaccarit

khác, khi thủy phân tạo ra L-arabinoza và D-galactoza. Pectin cùng các polysaccarit này

gọi là chất pectin. Khối lượ ng phân tử pectin dao động trong khoảng 3000 đến 280000 tùy

theo nguồn gốc thực vật. Độ hòa tan của pectin trong nướ c phụ thuộc vào mức độ ester

hóa của nhóm carbonyl. Mức độ ester hóa càng cao dộ hòa tan càng cao. Các chất pectin

trong thực vật có thể tách bằng nước nóng. Khi đun nóng các cầu nối Ca2+ và Mg2+ giữa

các mạch pectin chuyển thành dạng muối amoni hòa tan trong nướ c.

Chất trích ly

Chất trích ly là nhóm các hợ p chất có thể hòa tan được trong nướ c hoặc dung môi

trung hòa. Chất trích ly gồm nhiều loại hợ p chất có cấu tạo phân tử khác nhau vớ i những

nhóm chức khác nhau, như các chất mạch béo, các chất họ tecpen, các polyphenol, một số







carbonhydrat và dẫn xuất cũng như hợ p chất chứa nitơ và một số muối khoáng...Thông

thườ ng chất trích ly tậ p trung ở vỏ nhiều hơn thân. Hàm lượ ng và thành phần các chất

trích ly phụ thuộc vào loài cây, các bộ phận của cây cũng như điều kiện sinh trưở ng của

chúng.4.4. Cấu trúc và tính chất của sợ i thiên nhiên:

4.4.1. C ấ u trúc sợ i thiên nhiên:

Sợ i thiên nhiên có thể được coi như là composite của sợ i cellulose r ỗng đượ c giữ

bở i lignin và hemicellulose. Tườ ng tế bào của sợi là tường không đồng nhất. Tườ ng tế

bào sợ i gồm hai lớp cơ bản: lớp sơ cấp tương đối mỏng (P) và lớ p thứ cấp dày hơn (S).

Lớp sơ cấ p có tính chất bao bọc lấy chất nguyên sinh trong mỗi tế bào. Lớ p thứ cấp đượ chình thành từ ba lớ p phụ: tườ ng thứ cấ p ngoài (S1), tườ ng thứ cấ p giữa (S2) và tườ ng thứ

cấ p trong (S3). Lớ p (S3) có khi còn đượ c gọi là tườ ng tam cấ p (T). Các lớ p này khác nhau

về bề dày (lớ p S2 dày nhất), về sự định hướ ng của các thành phần hóa học. Lớ p thứ hai

xác định cơ tính của sợ i, chúng chứa chuỗi xoắn ốc của vi sợ i cellulose hình thành từ

phân tử cellulose chuỗi dài. Góc đinh hướ ng giữa sợ i và vi sợi đượ c gọi là góc vi sợ i. Giá

tr ị góc vi sợ i của những sợ i khác nhau thì khác nhau. Các vi sợ i quấn quanh tr ục tế bào

theo những phương khác nhau, hoặc về phía phải (đườ ng xoắn ốc Z), về phía trái (xoắn ốctrái S).

Hình 4.6: Cấu trúc sợ i tự nhiên







Bộ phận cellulose là nhỏ nhất, vớ i chiều r ộng khoảng 3,5nm trong tườ ng tế bào

trưởng thành, đượ c gọi là sợi con cơ bản. Các sợ i con này lại đượ c lại đượ c tổ chức thành

những bộ phận gọi là vi sợ i – có bề r ộng khoảng 10 – 30nm, đượ c làm từ 30 – 100 phần

tử cellulose trong hình thể chuỗi kéo dài và cung cấp độ bền cơ cho sợ i. Pha nền vô địnhhình trong tườ ng tế bào r ất phức tạ p và chứa hemicellulose, lignin hay trong một số

trườ ng hợ p là pectin. Phần tử hemicellulose đượ c gắn cellulose và hoạt đọng như nền xi

mănggiứu vi sợ i cellulose, hình thành nên mạng lướ i cellulose – hemicellulose, nó là

thành phần chủ lực trong tế bào sợ i. Mạng lướ i lignin k ỵ nướ c ảnh hưởng đến cơ tính của

các mạng lướ i khác, nó hoạt động như một chất gắn k ết và gia tăng độ cứng của hỗn

cellulose/hemicellulose.

Lớ p S1 có cấu trúc vi sợ i ngang với các đườ ng xoắn ốc theo hướ ng vi sợ i S và Z

xen k ẽ nhau. Trong tất cả các loại tế bào, bề dày tổng cộng của tườ ng tế bào đượ c kiểm

tra bở i lớ p S2, lớ p S2 gia tăng vớ i sự gia tăng bề dày tườ ng tế bào, còn lớ p S1 và S3 hầu

như không thay đổi. Vì vậy lớ p S2 có liên quan chặt chẽ vớ i tính chất vật lý của xơ sợ i

trong gỗ. Lớ p S2 thể hiện bướ c xoắn Z vớ i tính song song cao trong các vi sợ i. Sự định

hướ ng của vi sợiu thay đổi từ từ giữa lớ p S1 và lớ p S2, giữa lớ p S2 và lớ p S3 có sự thay đổi

góc tương đối đột ngột hơn là giữa lớ p S1 và lớ p S2. Sự sắ p xế p của sợ i con trong lớ p

S3(hay lớp T) hơi dốc và không có tính song song cao.

4.4.2. Tính chấ t củ a sợ i thiên nhiên:

4.4.2.1. Tính chất vật lý của sợ i thiên nhiên:

Tính chất vật lý phụ thuộc nguồn gốc của sợ i. Sợ i từ than và lá thường đượ c sử

dụng làm composite hơn.

Ngoài ra, đặc tính cơ học của sợ i phụ thuộc vào tính chất của từng thành phần, cấu

trúc sợ i, chiều dài và kích thướ c sợ i, thờ i k ỳ trưởng thành và phương pháp tách sợi. Đặc

tính như tỷ tr ọng, điện tr ở riêng, độ bền kéo và modul ban đầu đượ c liên hệ đến cấu trúc

bên trong và thành phần hóa học của sợ i. Tính chất mong muốn của sợ i bao gồm độ bền

kéo và modul tốt, độ bền cao, tỷ tr ọng thấ p, dễ làm khuôn và khả năng tái sinh tốt.







Sợ i thiên nhiên có thể vượ t qua sợ i thủy tinh về chi phí thấ p, nguồn nguyên liệu có

thể tái chế và độ bền cao.

4.4.2.2. Tính chất cơ của sợ i thiên nhiên:

Sợ i thiên nhiên thích hợ p làm vật liệu gia cườ ng cho cả nhựa nhiệt r ắn và nhựa

nhiệt dẻo do có độ bền, độ dai tương đối và tỷ tr ọng thấ p. Các giá tr ị đặc trưng của sợ i gai

và các loại sợ i gỗ mềm đạt gần đến giá tr ị của sợ i thủy tinh E. Tuy nhiên các giá tr ị đặc

trưng này thay đổi trong một khoảng r ất r ộng tùy thuộc vào loại sợi và điều kiện sinh

trưở ng từng vùng đất khác nhau. Đó là một trong những nhược điểm của sợ i thiên nhiên.

Modul đàn hồi của sợ i thiên nhiên dạng khối như gỗ khoảng 10Gpa. Sợ i cellulose

tách từ gỗ qua công nghệ làm bả, xử lý hóa học có thể đạt giá tr ị modul lên đến 40Gpa. Những sợi như thế có thể chia nhỏ bằng thủy giải theo phân rã cơ học thành các vi sợ i.

Cũng giống như sợ i thủy tinh, độ bền kéo của sợ i thiên nhiên tùy thuộc vào độ dài

của mẫu đo và độ mịn của sợ i. Những yếu tố này ảnh hưở ng r ất lớn đến hiệu ứng gia

cườ ng của sợ i cho nền nhựa.

Bản chất ái nướ c là vấn đề khó khăn cho tất cả các loại sợ i thiên nhiên khi sử dụng

chúng làm vật liệu gia cườ ng cho nhựa. Hàm lượ ng ẩm có thể chiếm khoảng 10% trong

điều kiện thườ ng, tùy thuộc vào phần không k ết tinh và hàm lượ ng r ỗng có trong sợ i. Bản

chất hút nướ c của sợ i thiên làm ảnh hương đến tính chất cơ lý cũng như các thông số vật

lý của sợ i và tất nhiên sẽ ảnh hưở ng không nhỏ đến tính chất của composite đi từ loại vật

liệu gia cườ ng này.

Dưới đây là một số bản so sánh tính chất cơ lý của một số loại sợ i thiên nhiên vớ i

một vài loại sợ i khác trong công nghệ chế tạo vật liệu composite:







Sợ iTỷ tr ọng

(g/cm3)

Đườ ng kính

(µm)

Độ bền kéo

(Mpa)

Module

(Gpa)

Biến dạng đứt

(%)

Đay 1,3 – 1,45 20 – 200 393 – 773 13 – 26,5 7 – 8

Lanh 1,5 - 345 – 1100 27,5 2,7 – 3,2

Gai - - 690 - 1,6

Ramie 1,5 - 400 – 938 61,4 – 128 1,2 – 3,8

Dứa dại 1,45 50 – 200 468 – 640 9,4 – 22,2 3 – 7

Palf - 20 – 80 413 – 1627 34,5 – 82,5 1,6

Bông 1,5 – 1,6 - 287 – 800 5,5 – 12,6 7 – 8

Xơ dừa 1,15 100 – 450 131 – 175 4 – 6 15 – 40

E-glass 2,5 - 2000 – 3000 70 2,5

Aramid 1,4 - 3000 – 3150 63 – 67 3,3 – 3,7

cacbon 1,7 - 4000 230 – 240 1,4 – 1,8

Bảng 4.3: Tính chất sợ i tự nhiên và sợ i tổng hợ p





Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 5: Giớ i Thiệu Sợ i Sisal


CHƯƠNG 5: GIỚ I THIỆU SỢ I SISAL [10]

5.1. Giớ i thiệu về sợ i sisal:

Sợi sisal đượ c lấy từ lá của họ cây Agave sisalana (hình 5.1) có xuất xứ từ Mexico.

Từ “sisal” từ một thị tr ấn cảng nhỏ ở Yucatan,Maya, Mexico. Họ cây này đượ c tr ồng đầu

tiên bởi ngườ i Maya Indian r ồi sau đó đến ngườ i châu Âu. Vào thế k ỷ 19, sisal đượ c tr ồng

r ộng rãi khắp nơi trên thế giớ i từ Florida đến đảo Caribbean, Brazil, Haiti, Ấn Độ,

Indonesia và các nước Đông châu Phi. Hiện nay, Brazil và Tanzania là hai nướ c có sản

lượ ng sisal lớ n nhất thế giớ i. Sợi sisal đượ c sử dụng để làm dây thừng, thảm và áo quần.

Trong những năm gầm đây, các sản phẩm đi từ sợi sisal tăng lên đáng kể và thị trườ ng

tiêu thụ sợ i sisal thực sự tăng mạnh. Sisal tr ở thành một trong những loại sợ i cứng đượ c

sử dụng phổ biến nhất, khoảng một nửa số lượ ng sợ i vải là từ sợ i sisal.

Hình 5.1: Cây sisal

Sự phổ biến của loại sợ i này là do chúng r ất dễ canh tác, chu kì sinh tr ưở ng ngắn

và thích ứng vớ i nhiều loại điều kiện thờ i tiết khác nhau. Sisal có thể sống đượ c 7 – 10

năm, sau khi trồng 2-3 năm thì có thể cắt lá lần đầu tiên r ồi cứ 6 tháng thu hoạch lá một

lần. Một cây sisal có thể cho 200 lá vớ i mỗi lá có 4% sợ i, 0.75 % biểu bì, 8 % các loại hạt

khô và 87.25 % độ ẩm. Vì vậy, lá sisal bình thườ ng nặng khoảng 600g có thể cho 3%

khối lượ ng sợ i và số lượ ng sợ i trung bình là 1000 sợ i. Sợi sisal đượ c lấy ra từ lá bằng







cách giầm, nạo, dùng thiết bị cơ học. Đườ ng kính sợ i sisal nằm trong khoảng 100µm đến

300 µm.

Ở Việt Nam: sisal đượ c tr ồng ở các tỉnh Nghệ An, Bắc Cạn, Thái Nguyên, Thanh

Hóa, Hà T ĩnh, Ninh Thuận…

Quá trình thu hoạch và sản xuất sợ i sisal:

Khi cây đến vụ thu hoạch, mỗi xây sẽ được nông dân dùng dao để các lá từ 2-3

hàng lá tính từ gốc lên ( khoảng 15- 20 lá/ cây). Lá sau khi đượ c cât và xén bỏ gai sẽ đượ c

cột lại thành từng bó gồm 20 – 50 lá và đượ c vận chuyển đến nhà máy gia công sợ i. Sau

khi thu hoạch thì để 1 đến 2 ngày để vi sinh tự nhiên làm mềm lá sau đó đem đập sơ bộ.

các máy bóc vỏ sợ i cỡ lớ n sẽ đượ c sử dụng để tách sợi. đầu tiên lá đưa vào máy nhậ p liệu

qua băng tải dài với năng suất nhậ p liệu 200-300 lá/phút. Khi vào máy, lá sẽ bị ép bở i một

cặ p tr ục gấ p bằng kim loại, sau đó lá đượ c túm lại gần chính giữa của lá, đưa lá tiến về

phía trướ c và lá sẽ bị một lưỡ i tr ống đậ p vụn vớ i tốc độ 200-500 vòng /phút. Một cặ p mắc

xích khác k ẹ p chặt lá ở những điểm khác nhau để những điểm chưa đập đi qua trống thứ hai. Trong suốt quá trình đậ p vụn , nước đượ c phun trên bề mặt lá (35 m3/h) nhằm tránh

sự phân chia phần thịt của sợi. Sau đó nướ c và chất bẩn đượ c loại bỏ hoặc đưa qua máng

thu hồi lại phần nướ c sạch. Sợi ướt đac đượ c bóc vỏ nỗi lên trên dây xích ở phía đầu kia

của máy và cho sợi rơi vào thùng để làm sạch lần nữa.

Vi sinh

Ngâm nướ c biển

Đậ pTướ t

Phơi khô Tách Bó sợ i

Cắt lá Ủ







Sợ i sau khi r ửa sạch đượ c mắc lên dây phơi khô dướ i ánh nắng mặt tr ờ i hoặc sử

dụng máy làm khô quay li tâm. Sau khi sáy khô, sợi đượ c chuốt cơ học để loại bỏ bụi bản

mang lại độ bóng cho sợi. Trước khi đóng kiện, sợi đượ c phân loại thao độ sạch, độ dài và

mức độ bột còn trong sợ i. Một kiện hàng được đóng khoảng 200 đến 300 kg.

Hình 5.2: Sợi sisal được phơi sau khi thu hoạch

5.2. Cấu trúc của sợ i sisal:

Thông thườ ng mỗi tế bào đượ c cấu tạo từ bốn phần chính đó là: lớp cơ bản (lớp sơ

cấ p), lớ p thứ cấ p thứ hai, lớ p thứ cấ p thứ ba, lớ p trong cùng (lumen).

Lớp cơ bản (sơ cấ p): có cấu trúc mạng lướ i.

Lớ p thứ hai:

o Lớp thư hai phía trong (S1): lớ p phía trong lớ p thứ cấp, các tơ sợ i sắ p xế p

theo dạng cấu trúc hình xoắn ốc, vớ i góc xoắn là 40o so vớ i chiều dọc của tế

bào

o Lớ p thứ hai phía trong (S2): các tơ sợ i sắ p xế p dốc hơn, vớ i gốc xoắn là 18

đến 25o

Lớ p thứ ba: là lớ p mỏng với các tơ sợ i xếp song song. Các tơ sợ i xế p thành

từng lớp dày 20µm.







Hình 5.3: Cấu trúc sợ i sisal

Cấu trúc bề mặt sợ i

Hình 5.4: Cấu trúc bề mặt sợ i

5.3. Thành phần hóa học và tính chất vật lý của sợ i sisal:

Sợ i sisal cũng như các sợ i có nguồn gốc tự nhiên khác đều đượ c cấu tạo từ

cellulose, hemicellulose, lignin và một số chất khác. Sợ i sisal cũng là composte mà sợ i

cellulose cứng chủ yếu nằm trong nhựa nền là lignin.







5.3.1. Thành phầ n hóa họ c củ a sợ i sisal:

Thành phần % tr ọng lượ ng

Cellulose 73.1

Hemicellulose 13.3

Lignin 11.0

Pectin 0.9

Sáp 0.3

Chất tan trong nướ c 1.4

Bảng 5.1: Thành phần cấu tạo của sợ i sisal 5.3.2. Tính chấ t vậ t lí củ a sợ i sisal:

Mỗi thành phần đóng vai tr ò nhất định trong tính chất của sợi sisal như sau

Thành phần Tr ạng thái phân tử Chức năng

Cellulose

Tr ạng thái tinh thể,

định hướ ng cao vớ i phân tử lớ n

glucose Sợ i

HemicelloloseBán tinh thể vớ i

phân tử nhỏ

Galactose,

Mannaose, Xilose Nền

Lignin

Tr ạng thái vô định

hình, phân tử có cấu

trúc 3D

Phenyl propane Nền

Thành phần

khác

Tồn tại dướ i dạng

polymer hoặc không

Terpentes,

polyphenolChất lạ







Độ bền và độ dai của sợ i thực vật tùy thuộc vào hàm lượ ng cellulose và góc xoắn

mà những dải vi sợ i trong màng tế bào thứ hai vớ i tr ục. Ngoài ra, cấu trúc và tính chất của

sợ i thiên nhiên tùy thuộc vào tuổi cây, cách tr ồng… Tính chất độ bền kéo của sợ i thì

không thống nhất theo chiều dọc của sợ i. Phần gốc của sợi có độ bền kéo và modul thấ pnhưng dộ dãn dài cao. Sợ i tr ở nên chắc dai ở giữa bệ và có tính chất trung bình ở ngọn.So

vớ i một số sợ i tự nhiên khác, sợ i sisal có cơ tính tương đối tốt.

Hình 5.5: Cơ tính của các loại sợ i khác nhau

Tỷ tr ọng của sợ i sisal thô (ở Ninh Thuận, Việt Nam) là 1.3 g/cm3 .

5.4. Tính chất liên diện – xử lí bề mặt sợ i dứ a:

Để tăng tính tương hợ p của sợ i dứa vớ i nhựa hay tăng liên kết nhựa sợ i thì vấn đề

quan tr ọng là phải tạo liên diện tốt cho nhựa nền và sợ i. Các nhóm hydroxyl (-OH) có mặt

trên bề mặt sợ i tự nhiên làm cho sợ i có tính phân cực cao nhưng nền nhựa không phân

cực. Điều này dẫn đến liên k ết giữa nhựa nền và sợ i yếu. Ngoài ra, sợ i sisal cũng như

nhiều loại sợ i tự nhiên khác có tính thấm nướ c r ất lớ n làm giảm cơ tính của vật liệu

composite. Có nhiều phương pháp biến tính bề mặt sợ i nhằm tăng liên kết nhựa sợi như:







xử lí kiềm, xử lí H2SO4, k ết hợ p kiềm và acid, xử lí wax alcol/benzol, xử lí acetylat, xử lí

nhiệt kiềm.

5.4.1. Phương pháp biế n tính vậ t lý:

Các phương pháp biến tính vật lý không làm thay đổi thành phần hóa học của sợ i.

Xử lý bằng phương pháp vật lý chỉ làm thay đổi tính chất bề mặt và cấu trúc của cellulose

thiên nhiên, tạo điều kiện cho sự k ết dính cho sự dính k ết liên diện về mặt cơ học trong

nền polymer.

Xử lý corona là một trong những k ỹ thuật đượ c quan tâm vì tạo sự hoạt tính bở i sự

oxy hóa bề mặt của sợ i cellulose thiên nhiên.

Xử lý bằng plasma nguội tùy thuộc vào bản chất của các loại khí dùng sẽ cho sự thay đổi bề mặt. Có thể tạo nối ngang bề mặt năng lượ ng ó thể tăng hoặc giảm và

các gốc r ự do hoạt tính có thể tạo ra.

Biến tính bằng ngâm kiềm, đó là dùng dung dịch kiềm để xử lí sợ i, phụ thuộc vào

nồng độ của dung dịch kiềm, nhiệt độ, thờ i gian xử lý và các phụ gia thêm vào.

Hiện nay, người ta có khuynh hướ ng xử lý sợ i bằng dung dịch kiềm . Các diều

kiện tối ưu sẽ cải thiện độ bền kéo, dặt tính hấ p thụ nướ c và quá trình gia công dễ

hơn.

5.4.2. Phương pháp biế n tính hóa họ c:

Cellulose tự nhiên có tính phân cực mạnh nên r ất ít tương hợ p vớ i các polymer

không ái nướ c. Sử dụng làm cầu nối cho polymer – cellulose tự nhiên có những cơ chế

như sau:

- Các lớ p vùng biên yếu : các chất cầu nối làm giảm các vùng biên yếu.

- Các lớ p biến dạng: các chất tạo cầu nối tạo một lớ p mềm và dai.

- Các lớ p kiềm hãm: các chất cầu nối phát triển vùng liên pha nối mạng cao vớ i

modul trung gian giữa hai polymer – cellulo tự nhiên.

- Độ thấm ướ t: chất tạo cầu







5.5. Ứ ng dụng của sợ i dứ a:

Sợ i dứa chịu kéo tốt, chịu mặn nên dượ c làm dây thừng đi biển, võng…Sợ i dứa

còn làm võng, bao bì…Mặt khác do tính dễ bắt màu nên sợ i dứa dùng để dệt thảm, đan túi

xách đượ c thị trườ ng thế giới ưa chuộn. ngườ i ta còn tr ộn thêm sợ i dứa để sản xuất thạchcao chịu lực, dây sợ i tổng hợ p, tấm lợ p, composite…





Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 6: Phương Pháp Thự c Nghiệm


CHƯƠNG 6: PHƯƠNG PHÁP THỰ C NGHIỆM

6.1. Mục đích thí nghiệm:

Vật liệu composite nền nhựa Urea- formaldehyde và cốt sợi sisal có độ bền đủ lớ n

để có thể làm vật liệu ván ép, vật dụng trong xây dựng là mục đích của nghiên cứu này.

Do vậy, mục đích của thí nghiệm này là:

Tổng hợ p nhựa Urea-formaldehyde tan hoặc nhũ tương trong nước và có độ nhớ t

phù hợ p cho quá trình gia công composite.

Khảo sát sự biến thiên cơ tính của vật liệu composite tạo ra theo các yếu tố sau:

Hàm lượ ng sợ i sisal thay đổi.

Độ dài sợi sisal khác nhau khi băm tạo mat.Sợ i sisal không xử lí và đượ c xử lí bằng dung dịch kiềm.

6.2. Quy trình thự c nghiệm:

Trong luận văn này, thí nghiệm đượ c thực hiện như sau:

Hình 6.1: Quy trình thí nghiệm

Đo độ thấm nướ c

Tổng hợ p nhựa Urea-formaldeh de

Formali Urea Sợ i sisal

Tạo Mat

Tẩm nhựa vào Mat

Sấy

Ép

Đo cơ tính

Xử lí số liệu và đánh giá







6.2.1. T ổ ng hợ p nhự a Urea-formaldehyde:

Để tổng hợ p nhựa urea-formaldehyde đáp ứng tính chất tan trong nướ c thì nhựa

đượ c tổng hợp theo phương pháp hai giai đoạn như đã nêu trong phần lí thuyết tổng quan.

6.2.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu:

Formaldehyde:

Thông số vật lý:

Dung dich 37% (formalin)

Màu sắc: Không màu.

Mùi: Mùi hăng nồng, có thể phát hiện ở nồng độ 1 ppm.

Tính tan: Dễ tan trong nướ c.

Nhiệt độ sôi: -19,2°C

Nguồn gốc xuất xứ từ Đài Loan, đóng gói 220 kg/ thùng

Urea:

Thông số vật lý:

Dạng r ắn màu tr ắng

Khối lượ ng riêng : 1.32 g/cm3

Nóng chảy: 133–135 °C

Độ tan trong nướ c : 51,8 g/100 ml (20 °C)

71,7 g/100 ml (60 °C)

95,0 g/100 ml (120 °C)

Xuất xứ Trung Quốc







Các nguyên liệu khác: dung dich amoniac 25%, NaOH, dung dich acid

formic…

6.2.1.2. Cân nguyên liệu:

Chọn tỷ lệ giữa formaldehyde và ure tổng cộng là n = 1,5 và thực hiện quá trình

tổng hợp theo 2 giai đoạn theo 3 lần cho ure vào bình phản ứng vớ i các tỷ lệ sau:

Giai đoạn 1: tỷ lệ F/U = 2.5

Giai đoạn 2: tỷ lệ F/U = 1.8

Giai đoạn ổn định: tỷ lệ F/U = 1.5

Khối lượng lượ ng mẻ tổng hợ p là M = 1560 (g)

Phản ứng : Ure + nFormaldehyde Nhựa + H2O

60 n.30

Khối lượ ng tổng :

UF = 60 + n.30.

= 60 + n.81

Khối lượ ng các chất cần là:

mure =.

. mformalin =

..

.

Do vậy khối lượ ng của các chất cần dùng để tổng hợ p là:

Khối lượ ng dung dich formalin: mformalin = 1250 (g)

Khối lượng Urea giai đoạn 1: mU1 = 370(g)

Khối lượng Urea giai đoạn 2: mU2 = 123 (g)

Khối lượng Urea giai đoạn ổn định: mU3 = 123 (g)

Hỗn hợ p dung dịch 8% NaOH 10% và 92% dung dich NH3 25% , lượ ng hỗn hợ p

tổng cộng dùng là 2% so vớ i khối lượ ng dung dịch formalin.







6.2.1.3. Tổng hợ p nhựa:

Nhựa đượ c tổng hợ p trong nồi phản ứng kín, hệ thống khuấy dùng hệ cơ.

V ớ i các thiế t b ị trên nhựa đượ c tổ ng hợp như quy tr ình đ ã nêu theo từng bướ c

sau:

Paraford dung dịch formalin khoảng 20 phút, đồng thờ i dùng hỗn hợ p dung dịch

NaOH và NH3 (khoảng 0,7 % khối lượ ng formalin) để chỉnh pH = 7-8. Duy trì

nhiệt độ 70oC.

Cho mU1 vào và nâng nhiệt độ lên 80oC tiến hành quá trình tạo methylon khoảng 1

giờ . Trong quá trình này giữ nhiệt độ ổn định và chỉnh pH nếu pH hạ.

Tiến hạ pH xuống 4- 5 bằng dung dịch acid fofmic (0.1% so vớ i dung dịch

formalin), giữ nhiệt ở 80oC ( giải nhiệt nếu nhiệt độ lên quá cao do phản ứng trùng

ngưng tỏa nhiệt). Thờ i gian phản ứng là 1 giờ .

Nâng pH bằng hỗn hợ p dung dịch NaOH 10% và NH3 (khoảng 0,7 % khối lượ ng

formalin) , cho mU2 vào để tạo methylol lần 2 khoảng 30 phút vớ i nhiệt độ 80oC.

Hạ pH bằng dung dịch acid formic (0.1% so vớ i dung dịch formalin) r ồi tiến hành

phản ứng trùng ngưng ở nhiệt độ 800C. Ở giai đoạn này chú ý đến độ nhớ t và thử

tan. Nhựa đạt khi tạo nhũ trắng đục trong nướ c, ở trên bên mặt tỏa ra như hoa. Thử

vớ i một lượng ít nướ c nhỏ giọt nhựa vào và khuấy thì tan thành dung dịch có màu

tr ắng sữa. Giai đoạn này khoảng 30-45 phút.

Hạ nhiệt độ chỉnh pH= 7-8 r ồi cho mU3 vào, phản ứng khoảng 20 phút sau đó giả

nhiệt r ồi cho vào bình.

6.2.1.4. Đo độ nhớ t:

Nhựa được đo độ nhớ t theo tiêu chuẩn ASTM D2393

Dụng cụ đo độ nhớt là máy đo độ nhớ t Brookfield DV III ULTRA ở Phòng Thí

Nghiệm Tr ọng Điểm Polymer- Đại Học Bách Khoa.







Thông số đo độ nhớt như sau:

Chọn kim số 1, tốc độ quay 20 rpm

Nhiệt độ đo 25oC

Thời gian đo 30 giây

6.2.1.5. Đo hàm lượ ng r ắn:

Hàm lượ ng r ắn của nhựa tổng hợp được xác định theo các bướ c sau:

Sấy đĩa betri, cân khối lượng đĩa không m0

Cân nhựa vào đĩa betri, ghi lại khối lượ ng toàn nhựa và đĩa m1. Sau đó đưa

vào tủ sấy nhiệt độ 80oC khoảng 2 giờ .

Sau đó tăng nhiệt độ tủ sấy lên 100oC, cân khối lượ ng của đĩa cho đến khi

khối lượ ng của đĩa không đổi m2.

Hàm lượ ng r ắn của nhưa =

×100%

6.2.2. T ạ o Mat:

Mat đượ c tạo trên một tấm lưới đượ c nhấn chìm trong nướ c. Sợi đượ c rãi đều lên

tấm lưới đó ( cân một lượ ng sợ i nhất đinh để đảm bảo bề dày của các tấm mat gầngiống nhau). Sau đó, xả nướ c cho sợ i mắc lại trên lướ i r ồi đem phơi nắng cho khô.

Để tạo ra nhiều loai Mat khác nhau thì tr ướ c khi thực hiện quá trình tạo Mat thì sợ i

sisal mua về dướ i dạng bó sợi dài được băm thành sợ i ngắn có chiều dài khác

nhau:

Sợ i ngắn có chiều dài 2-3 cm

Sợ i ngắn có chiều dài 6-7 cm

Sợi đượ c xử lí bằng các phương pháp sau:

6.2.2.1. Xử lí bằng nướ c nóng trong nồi gia nhiệt có cánh khuấy:







Mục đích của quá trình này là loại bỏ tạ p chất trên bề mặt sợ i, tác dụng của cánh

khuấy làm cho các bó sợ i bị đánh tơi ra thành các sợ i nhỏ hơn nhằm tăng lực k ết dính cơ

học giữa bề mặt sợ i và nhựa.

Quá trình xử lí đượ c minh họa theo sơ đồ như sau:

Hình 6.2: Quá trình xử lí sisal bằng nướ c nóng

Thuyết minh quy trình

Cân 2kg sợ i (loại 2-3cm, 6-7cm)

Cho vào nồi khuấy:

Nhiệt độ 70oC

Thờ i gian 48 giờ

R ửa lại bằng nướ c

Đem phơi khô dướ i ánh nắng mặt tr ờ i

Cân lại sợi đã xử lí

6.2.2.2. Xử lí bằng dung dịch kiềm trong nồi gia nhiệt có cánh khuấy:

Mục đích của quá trình xủ lí bằng dung dịch kiềm là hòa tan lignin trong thành

phần sợ i làm giảm khả năng hút nướ c của sợi, tăng độ bền, giảm tỷ tr ọng của sợ i.

Quy trình xử lí như sau:

Sợ i sisal Cân Cho vàonồi

R ửa nướ c

Phơi khô Cân lại







Hình 6.3: Quá trình xử lí sisal bằng dung dịch kiềm

Thuyết minh quy trình

Cân 1.5 kg (loại sợ i 2-3 cm)

Cho vào nồi khuấy:

Nhiệt độ 40oC

Thờ i gian 48 giờ

Nồng độ dung dịch kiềm 2%

R ửa nướ c

Kiểm tra pH bằng vớ i pH của nướ c r ửa (pH = 7-7.5)

Phơi khô bằng ánh sáng tự nhiên

Cân lại

Chọn xử lí bằ ng dung dich kiề m 2% vì ở nồng độ kiề m loãng như vậ y cũng đủ khả

năng loại bỏ lignin, chấ t bẩn làm tăng độ bám dính giữ a sợ i và nhự a t ốt hơn.

Thêm vào đó, xử lí kiề m ở nồng độ sẽ mang tính kinh t ế .

6.2.3. T ẩ m nhự a vào sợ i:.

Tẩm nhựa vào sợ i là một công đoạn r ất quan tr ọng vì nếu tẩm không đều dẫn đến

độ đồng nhất về tỷ lệ nhựa sợ i ở những vùng khác nhau trên tấm composite là khác nhau.

Điều này ảnh hưở ng lớn đến k ết quả đo cơ tính cuối cùng.

Sợ i sisal CânCho vàonồi kiềm

.hóa

R ửa nướ cKiểm tra

pH

Phơi khô Cân lại

pH > 7-7.5







Tính toán khối lượ ng nhựa sợ i cho mỗi lần tẩm là công việc đầu tiên của quá trình

tẩm:

Kích thướ c của khuôn ép: 20×20×0.35 (cm). Vậy Vkh = 140 cm3

Khối lượ ng riêng của nhựa UF đã đóng rắn dnhựa = 1,3 g/cm3

Hàm lượ ng r ắn của nhựa là 50%

Khối lượ ng riêng sợi sisal chưa xử lý kiềm d isal = 1,3g/cm3

Khối lượ ng riêng sợi sisal đã xử lý kiềm dsisal = 1,3 g/cm3 (khi xử lí khối lượ ng sợ i

mất đi do một số thành phần của sợ i hòa tan trong dung dịch kiềm nhưng đồng thờ i

đườ ng kính của sợ nhỏ lại nên khối lượ ng riêng của sợ i không giảm nhiều lắm)

Khối lượ ng riêng trung bình của cả tấm composite là 1,3g/cm3

Tính khối lượ ng của nhựa sợ i cần ép như sau (tính chung cho mẫu không xử lí

và có xử lí kiềm)

Tỷ lệ nhựa/sợ i(x1:x2)

KL tấmcomposite (M)

mnhựa r ắn msợ i

mnhựa lỏng

(lấy dư 10% so

với lượ ng nhựa

cần thiết)

0,7 : 0,3 180 126 54 278

0,6 : 0,4 180 108 72 238

0,5 : 0,5 180 90 90 198

Bảng 6.1: Khối lượ ng nhự a sợ i cần ép

Sau xác định đượ c khối lượ ng nhựa và sợ i cần tẩm, ta tiến hành tẩm nhựa như sau:

K ẹ p tấm mat mỏng vào 2 lướ i thép mảnh. Dùng bình xịt dều nhựa lên mat. Tẩm đến đâu

ta dùng thanh lăn lăn cho nhựa thấm vào bên trong và tr ải đều trên toàn bộ tấm mat.

6.2.4. Sấ y:







Mục đích của quá trình sấy làm bay hơi dung môi (nướ c) và các chất dễ bay hơi

như HCHO còn dư, urea dư… để khi gia công băng phương pháp ép nóng sản phẩm

không bị bọt khí, hàm hàm lượ ng nhựa sợi chính xác hơn.

Chọn điều kiện sấy: Nhiệt độ sấy:80oC

Thờ i gian sấy: còn tùy thuộc vào tỷ lệ nhựa sợ i. Tấm composite có hàm lượ ng

nhựa cao sẽ có thờ i gian sấy lâu hơn vì lượ ng dung môi sẽ lớn hơn tấm composite

có hàm lượ ng nhựa thấ p. Cụ thể thờ i gian sấy cho từng loại như sau:

- Loại có tỷ lệ nhựa sợ i 7:3, sấy trong 2 giờ

- Loại có tỷ lệ nhựa sợ i 6:4, sấy trong 2 giờ - Loại có tỷ lệ nhựa sợ i 5:5, sấy trong 1 giờ 30 phút

Luận văn đã tiến hành khảo sát sơ bộ các khoảng nhiệt độ và thờ i gian sấy để chọn

được điều kiện sấy như trên. Mẫu sấy đạt khi nhựa không còn dính tay. Tiến hành

khảo sát vớ i mẫu 7:3

Thông số Nhận xét

Nhiệt độ(oC) Thờ i gian(phút)

Đến 150 phút thì mẫu sấy mới đạt yêu cầu70 90,120,150

80 90,120 120 phút thì mẫu sấy đạt yêu cầu

90 90 Nhựa trên mẫu sấy khô xuất hiện bọt khí

6.2.5. Ép:

Muc đích là thực hiện quá trình đóng rắn và định hình sản phẩm

Như đã đề cậ p ở phần tổng quan lí thuyết về nhựa Ureaformaldehyde, phương pháp chọn

đóng rắn cho nhưa là đóng rắn nóng, chỉ dùng nhiệt độ để đóng rắn ở nhiệt độ cao.







Thông số ép:

Nhiệt độ 120oC

Thờ i gian: 30 phút

Áp suất: 35 psi

Hâm nóng khuôn đến 120oC r ồi lấy ra khỏi mâm ép r ồi chống dính cho

khuôn.

Đặt từng tấm mat đã đượ c tẫm nhựa và sấy khô theo đúng khối lượng đã

tính toán. Thao tác thật nhanh để nhiệt độ không bị giảm nhiều.

Xả khí 2 lần trong mỗi lần ép.

Nâng áp suất đến thông số yêu cầu và ép trong vòng 30 phút.

Lấy sản phẩm ra.

Thông số ép trên đượ c khảo sát sơ bộ bằng cách ép thử mẫu vớ i các thông số khác

nhau r ồi đánh giá cảm quan.

Thông số ép Nhận xét

Nhiệt độ (oC) Thờ i gian(phút)

Cảm giác dính tay khi để mẫu ép ngoài không

khí100 và 110 60

120 60 Mẫu xuất hiện đốm tr ắng trên bề mặt

120 30 Mẫu bóng bề mặt, nhựa chảy đầy khuôn

130 30 Mẫu có đốm tr ắng bề mặt và giảm khối lượ ngnhiều so vớ i dự kiến

6.2.6. Đo cơ tính:







6.2.6.1. Đo bền kéo:

Độ bền kéo của vật liệu có thể xác định theo tiêu chuẩn ASTM D638

Máy đo cơ tính hiệu Lloyd 30K , phòng đo cơ tính Trung tâm vật liệu Polymer

Kích thướ c của mẫu quả tạ

Kích thướ c mẫu mm

Chiều dài 150

Chiều r ộng phần k ẹ p mẫu 20

Chiều dày 3.5

Chiều dài phần chịu lực 57

Bảng 6.2: Kích thướ c mầu quả tạ

Điều kiện đo:

Số lượ ng mẫu thử từ 3 đến 7 mẫu

Tốc độ kéo: 5 mm/phút

Ứ ng suất kéo: σk =

×

( w: chiều r ộng , t: chiều dày)

Module kéo đượ c tính: Ek =×( )

()

6.2.6.2. Đo bền uốn:

Độ bền uốn được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D790

Máy đo cơ tính hiệu Lloyd 30K , phòng đo cơ tính Trung tâm vật liệu Polymer

Mẫu thử có dạng thanh chiều dài:







Kích thướ c mẫu mm

Chiều dài 110

Chiều r ộng 13

Chiều dày 3.5

Bảng 6.3: Kích thướ c mẫu thanh uốn

Điều kiện đo: Số lượ ng mẫu thử 3 đến 5 mẫu

Điều kiện nhiệt độ : nhiệt độ phòng

Khoảng cách gối đỡ : 60 cm

Vận tốc uốn: 1.5 mm/phút

Ứ ng suất uốn: σu =×

(F : tải tr ọng tại thời điểm gãy)

Module uốn: Eu =()

()

6.2.7. Đo độ thấm nướ c:

Độ thấm nướ c của vật liệu theo tiêu chuẩn ASTM D570

Chuẩn bị 3 mẫu thử cho mỗi biến kích thướ c mẫu 76.2×25.4 × 0.32( ±0.05) mm

Phương pháp đo

Sấy mẫu trong tủ sấy ở 100oC vớ i thờ i gian là 1 giờ r ồi cân khối lượ ng m1

Cho mẫu vào ngâm nướ c, sau 2 giờ lấy ra lau bằng vải khô cân nếu thấy khối

lượng tăng lên đáng kể thì ngừng còn ngượ c lại thì ngâm trong vòng 24 giờ .

Lấy mẫu ngâm sau 24 giờ lau bằng vải khô r ồi cân khối lượ ng m2







Đem sấy lần 2 điều kiện sấy như lần 1 r ồi cân khối lượ ng m3

Phần trăm tăng khối lượ ng =

×100%

Phần trăm giảm khối lượ ng =

×100% (giảm do có một số thành phần tan

trong nướ c)

Phần trăm thấm nướ c = Phần trăm tăng khối lượ ng + Phần trăm giảm khối lượ ng

6.3. Hoạch định thí nghiệm:

6.3.1. Chọ n yế u tố khả o sát:

Có r ất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cơ tính của vật liệu composite nền nhựa UF và

cốt là sợ i sisal:

Y ế u tố thành phần, hàm lượ ng cấ u tạ o:

Cơ tính của vật liệu phụ thuộc vào bản chất của các thành phần cấu tạo, hàm

lượ ng các thành phần cụ thể như sau:

Nhựa nền UF: khối lượ ng phân tử, liên k ết ether hay methylen chiếm ưu thế,

hàm lượ ng r ắn, lượ ng HCHO tự do , pH ổn định nhựa…

Sợi sisal: phương pháp xử lí, biến tính sợ i có ảnh hưở ng lớn đến cơ tính sợ icũng như khả năng liên kết giữa nhựa sợ i và nhựa nền. Ngoài ra, độ dài của sơi

cũng là yếu tố ảnh hưở ng.

Hàm lượ ng nhựa sợ i: hiển nhiên là sẽ có sự khác nhau về cơ tính khi có sự khác

biệt về làm lượ ng nhựa sợ i.

Y ế u tố công nghệ:

Có nhiều phương pháp áp dụng cho việc chế tạo composite nhựa sợi như:

Composite sợ i ngắn: ép phun (injection moulding), ép áp lực (compressing

moulding), spray-up.







Composite sợ i dài liên tục:hand lay-up, đùn kéo (Pultrusion), quấn (Filament

Winding)

Phương pháp ép SMC (sheet moulding compound) hay BMC (bulk moulding

composite)

Trong nghiên cứu này phần công nghệ đượ c cố định và các yếu tố sau đây đượ c khảo sát:

X1: Độ dài của sợ i sisal khi tạo Mat ( sử dụng phương pháp SMC)

X2: Phương pháp xử lí sợ i

X3: Hàm lượ ng sợ i

Yếu tố Mứ c khảo sát

X1 Tạo Mat với độ dài sơi 2-3 cm Tạo Mat với độ dài sợ i 6-7 cm

X2Xử lí sợ i bắng nướ c 70oC, ngâm 48

giờ trong nồi cơ nhiệt

Xử lí sợ i bắng dung dich kiềm 2%,

ngâm 48 giờ trong nồi cơ nhiệt

X3 30% sợ i 40% sợ i 50%sợ i

Bảng 6.4: Các yếu tố khảo sát

6.3.2. Chọn đáp ứ ng:

Để đánh giá cơ lí tính của vật liệu composite có nhiều phương pháp. Trong luận

văn này sẽ đánh giá qua độ bền và module uốn, kéo, mức độ thấm nướ c và

ngoại quan bề mặt. Các đáp ứng đượ c chọn như sau:







STT Tính chất Phương pháp

1 Độ bền uốn ASTM D790

2 Độ bề kéo ASTM D638

3 Độ thấm nướ c ASTM D570

4 Ngoại quan Quan sát tính chất bề mặt

Bảng 6.5: Các đáp ứ ng

6.4. Dụng cụ thí nghiệm:

6.4.1. N ồi tổ ng hợ p nhự a:

Gồm nồi sắt tự chế gắn với động

cơ khuấy

Kích thướ t của

Hình 6.4: Nồi tổng hợ p nhự a

6.4.2. T ủ sấ y: PTN Trung tâm Polymer –

Khoa Công Nghệ Vật Liệu – ĐHBK

Hiệu: Memmert (Đức)

Có thể gia nhiệt lên đến 220

0

C), điều chỉnhđược lượng không khí lưu thông giữa bên trong tủ

và môi trườ ng ngoài, không có hệ thống chân

không.

Hình 6.5: Tủ sấy







6.4.3. N ồi gắ n cánh khuấ y dùng xử lí sợ i sisal:

Nồi có gắn cánh khuấy và bộ phận gia nhiệt bằng điện tr ở .

Hình 6.6: Nồi xử lí sợ i sisal

Kích thướ c nồi: đườ ng kính 60 cm ; cao 100 cm

6.4.4. Máy ép thủ y l ự c:

Trung tâm vật liệu Polymer, ĐH Bách Khoa HCM

Ép áp lực tối đa 200 tấn

Đườ ng kính pittong: 50 cm

Diện tích mâm ép: 60×60 cm

Máy ép bằng hệ thống thủy lực cho phép tạo áp lực

lên khuôn đượ c gia nhiệt bằng điện tr ở . Hệ thống

bơm thủy lực đượ c thiết k ế cho phép máy ép có thể

giữ áp suất cao trong thờ i gian r ất lâu. Máy ép và

khuôn dùng để tạo mẫu theo hình dạng của khuôn

theo phương pháp đúc ép.





Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 7: Kết Quả Và Bàn Luận


CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬ N [12]

7.1. Nhự a Urea-Formaldehyde (UF):

Sản phẩm nhựa UF tổng hợp được trong lúc đầu trong suốt sau đó chuyển dần sang

đục màu tr ắng sữa. Các thông số cơ bản của nhựa đo được như sau:

Thông số Giá trị

Độ nhớ t (cp) 84

Hàm lượ ng rắn (%) 48 - 51

pH bảo quản 7.5

Thờ i gian sống 2 tháng

Bảng 7.1: Thông số cơ bản của nhự a

Nhậ n xét: độ nhớt như trên rất thuận lợ i cho quá trình tẩm nhựa vào Mat sợ i mà

không cần pha thêm dung môi (nước). Hàm lượ ng r ắn chấ p nhận đượ c, theo một

số nghiên cứu trên thế giới hàm lượ ng r ắn cao nhất có thể đạt đượ c là 66 %.

Hình 7.1: Sản phẩm nhự a UF







7.2. Sợ i sisal:

7.2.1. X ử lí bằng nướ c nóng:

Khối lượng ban đầu của sợ i thô (g) 2000

Khối lương sợ i sau khi xử lí nướ c nóng 70oC, 48 giờ (g) 1938

Phần trăm mất đi (g) 3.1%

Bảng 7.2: Sợ i sisal xử lí nướ c nóng

Dung dịch nướ c r ửa chuyển từ không màu sang màu vàng nhạt theo thờ i gian và

nhiệt độ. Màu dung dịch thay đổi do các tạ p chất trong sợi dướ i tác dụng đánh của cánh

khuấy và nướ c nóng tách ra khỏi sợi lơ lửng hay tan trong nướ c.

Sợi sau khi đượ c r ửa lại bằng nước và phơi khô thì tr ở nên tơi nhỏ hơn sợ i thô ban

đầu. Điều này là do tác dụng khuấy làm bung các bó sợ i thành các sợ i nhỏ hơn.

7.2.2. X ử lí bằng nướ c dung d ị ch kiề m:

Khối lượng ban đầu của sợ i thô (g) 1500

Khối lương sợ i sau khi xử lí bằng dung dịch kiềm 2 %,450C, 48 giờ (g) 1375

Phần trăm mất đi (%) 8.3

Bảng 7.3: Sợ i sisal xử lí dung dịch kiềm

Dung dịch r ửa chuyển từ dung dịch trong suốt sang màu tr ắng đến màu vàng r ồi

chuyển sang màu nâu đậm dần theo thờ i gian và nhiệt độ. Màu nâu xuất hiện ở đây là do

các thành phần phi cellolose đã hòa tan vào trong dung dịch mà thành phần chính làlignin. Sợi sau khi phơi khô nhỏ hơn, mảnh hơn và có thể quan sát trên bề mặt sợ i có

nhiều sơ nhỏ tua ra. Điều này cho tác dụng của dung dịch kiềm hòa tan một số thành phần

trong cấu trúc sợi làm đườ ng kính sợ i nhỏ đi bề mặt sợ i tr ở nên nhám hơn.







Hình 7.2: Sợ i sisal trướ c và sau khi xử lí bằng dung dịch kiềm

7.3. Kết quả cơ tính của composite:

7.3.1. Cơ tính củ a các mẫ u xử lí nướ c nóng có loại Mat và hàm lượ ng sợ i khác

nhau:

7.3.1.1. Độ bền uốn:

Mat 2-3(31,6%)

Mat 2-3(40.5%)

Mat 2-3(52%)

Độ bền uốn (Mpa) 58.4 62.4 94.7Mat 6-7(28%)

Mat 6-7(41%)

Mat 6-7(51.7%)

Độ bền uốn (Mpa) 51.2 84.1 111

Bảng 7.4: Độ bền uốn của composite xử lí nướ c nóng

Kí hiệu mẫu:

Mat 2-3 (31.6%): composite tạo từ mat có chiều dài sợ i sisal là 2-3 cm

và 31.6 % hàm lượ ng sợ i trong toàn mẫu.

Mat 6-7 (28%): composite tạo từ mat có chiều dài sợ i sisal là 6-7 cm và

28 % hàm lượ ng sợ i trong toàn mẫu.







Hình 7.3: Đồ thị độ bền kéo mẫu xử lí nướ c nóng

Nhận xét:

Mat 6-7 có độ bền uốn cao hơn Mat 2-3 điều này có ngh ĩa là lực chịu uốn

của Mat 6-7 lớn hơn Mat 2-3. Đó là vì do ảnh hưở ng của Mat tạo thành đến

cơ tính của tấm composite. Mat 2-3 có cơ tính thấp hơn vì khi chịu lực tác

dụng khả năng truyền lực kém hơn sợi dài. Thêm vào đó, Mat 2-3 sợ i ngắnthì tạo ra nhiều biên pha hơn là sợ i dài tạo pha liên tục, điều này sẽ tạo ra

nhiều điểm chịu ứng suất tập trung gây đứt gãy.

Từ đồ thị có thể thấy từ đồ thị r ằng độ bền uốn càng tăng khi hàm lượ ng sợ i

càng tăng cho cả hai lại Mat 2-3 và Mat 6-7. Điều này do sợi sisal có cơ tính

tốt khi phân bố sợi đều càng nhiều trong vật liệu thì khả năng truyền lực tốt

hơn.

58.462.4

94.7

51.2

84.1

111

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60

Đ ộ b ề n u ố n ( M p a )

Phần trăm sợi ( %)

SO SÁNH ĐỘ BỀN UỐN

Mat 2-3 cm

Mat 6-7 cm







Hình 7.4: Đườ ng cong biến dạng Hình 7.5: Đườ ng cong biến dạng của

mẫu Mat 2-3 (31,6%) mẫu Mat 2-3 (52%)

Từ giản đồ đườ ng cong biến dạng có thể thấy răng khả năng chịu biến dạng của

mẫu có hàm lượ ng sợ i lớn hơn là Mat 2-3 (52%) tốt hơn. Bên cạnh đó , đườ ng biểu diễn

của mẫu Mat 2-3 (52%) dốc hơn đườ ng biểu diễn của mẫu Mat 2-3 (31.6%). Điều này có

ngh ĩa là module uốn hay tính kháng uốn của mẫu có hàm lượ ng sợ i lớ n thì tốt hơn. Ngoài

ra nhìn vào đườ ng biểu diễn có thể thấy r ằng mẫu có hàm lượ ng sợ i ít hay nhựa nhiều thì

giòn hơn tức độ biến dạng thấp. Đó có thể là do khi đưa sợ i sisal vào trong vật liệu càng

nhiều thì nó càng cải tạo tính giòn của nhựa UF.

Hình 7.6: Đườ ng cong biến dạng của Hình 7.7: Đườ ng cong biến dạng của

mẫu Mat 2-3 (40,5%) mẫu Mat 6-7 (41%)







Do sợ i dài có khả năng truyền lực dọc sợ i tốt hơn nên tăn khả năng vừa chịu

nén vừa chịu kéo tốt hơn. Module uốn cũng lớn hơn rất nhiều.

7.3.1.2. Độ bền kéo:

Mat 2-3

(31,6%)

Mat 2-3

(40.5%)

Mat 2-3

(52%)

Độ bền kéo (Mpa) 23.9 36.2 48.1

Mat 6-7

(28%)

Mat 6-7

(41%)

Mat 6-7

(51.7%)

Độ bền kéo (Mpa) 24.8 41.1 52.9

Bảng 7.5: Độ bền kéo của mẫu xử lí nướ c nóng

Hình 7.8: Đồ thị độ bền kéo của mẫu xử lí nướ c nóng

Nhậ n xét: Độ bền kéo của mẫu Mat 6-7 co hơn mẫu Mat 2-3. Điều này cũng đượ c

giải thích là do sợ i dài có sự truyền lưc tốt hơn nên không có ứng suất tậ p trung.

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60

Đ ộ b ề n k é o ( M p a

)

Phần trăm sợi (%)

SO SÁNH ĐỘ BỀN KÉO

Mat 2-3 cm

Mat 6-7 cm







Sợ i dài lực bám dính giữa sợ i và nhựa tốt hơn và pha giũa sợ i và nhựa liên tục hơn.

Vì vậy không có ứng suất tậ p trung ở vùng biên giớ i pha.

Hình 7.9: Đườ ng cong biến dạng của Hình 7.10: Đườ ng cong biến dạng củamẫu Mat 2-3 xử lí nướ c nóng (31.6%) mẫu Mat 2-3 xử lí nướ c nóng (52%)

Dựa vào đườ ng cong biến dạng ở trên có thể thấy r ằng độ dốc đườ ng biểu diễn của

mẫu Mat 2-3(52%) gần giống so vớ i mẫu Mat 2-3 (31.6%). Do vậy module kéo của mẫu

Mat 2-3 (52 %) chỉ lớ n gấ p mẫu Mat 2-3 (31,6%) 1,2 lần. Có thể thấy r ằng cả hai loại vật

liệu trên cứng, biến dạng kéo nhỏ. Chỉ bị biến dạng dáng k ể lúc đầu cong khi tục kéo tăng

nhanh thì biến dạng không đáng kể.


mẫu Mat 2-3 xử lí nướ c nóng (52%) Mat 6-7 xử lí nướ c nóng (51.7%)







Có thể thấy r ằng ở cùng phần tr ăm sợi tương đương thì Mat 6-7 không chênh lệch

nhiều so vớ i Mat 2-3 do độ dốc của hai đườ ng biểu diễn gần như nhau. Tuy nhiên, mẫu

Mat 6-7 có khả năng biến dạng ở lục kéo cao nên có thể nói r ằng loại mẫu này chịu kéo

tốt hơn mẫu Mat 2-3, gấ p 2 lần.7.3.2. So sánh cơ tính mẫ u xử lí bằ ng dung d ị ch kiề m và mẫ u xử lí bằng nướ c

nóng:

7.3.2.1. Độ bền uốn:

Bảng 7.6: Độ bền uốn của mẫu xử lí bàng hai phương pháp

Hình 7.13: Đồ thị độ bền uốn của mẫu xử lí bằng hai phương pháp

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60



ĐỘ BỀN UỐN TRƯỚC VÀ SAU KHI XỬ LÍ K IỀM

Mat 2-3 cm

Mat kiềm 2-3 cm

Mat 2-3(31,6%)

Mat 2-3(40.5%)

Mat 2-3(52%)

Độ bền uốn (Mpa) 58.4 62.4 94.7

Mat k 2-3(32%)

Mat k 2-3(40%)

Mat k 2-3(51.7%)

Độ bền uốn (Mpa) 46.5 60.3 87.78







Nhậ n xét : Dựa vào biểu đồ thì có thể đượ c r ằng ít có sự khác nhau giữa mẫu xử lí

kiềm và mẫu xử lí nước nóng, hơn thế nó còn có xu hướ ng thấp hơn. Tuy nhiên, khi kết

hợ p nhận xét vớ i biểu đồ đườ ng cong biến dạng thì cho ta nhân định khác. Có thể thấy

r ằng ban đầu dạng đườ ng cong của hai mẫu gần như giống nhau. Tuy nhiên, mẫu xử líkiềm độ biến dạng uốn lớn hơn ở lực tác dụng lớ n. Ngoài ra, đườ ng cong biến dạng của

hai mẫu sau khi bị giảm cơ tính do chịu lực khác nhau. Mẫu xử lí nước nóng cơ tính giảm

nhanh dẫn đến gãy tr ước khi đạt đến độ võng tối đa, trong khi đó mẫu xử lí kiềm có độ

biến dạng đạt đến độ võng tối đa.Điều này có thể giải thích là do sự thấm vào bề mặt sợ i

tốt hơn khi xử lí sơi bằng kiềm giúp cho liên k ết nhựa sợ i chặt hơn.

Đườ ng công biế n d ạ ng uố n:


mẫu Mat 2-3 (52%) mẫu kiềm Mat 6-7 (48.7%)

7.3.2.2. Độ bề n kéo:

Mat 2-3(31,6%)

Mat 2-3(40.5%)

Mat 2-3(52%)

Độ bền kéo (Mpa) 23.9 36.2 48.1

Mat kiềm 2-3(32%)

Mat kiềm 2-3(40%)

Mat kiềm 2-3(48.7%)

Độ bền kéo (Mpa) 25.3 34.8 40.6

Bảng 7.7: Độ bền kéo của mẫu hai phương pháp xử lí







Hình 7.16: Đồ thị độ bền kéo mẫu xử lí hai phương pháp

Nhậ n xét: Tương tự như độ bền uốn, mẫu xử lí kiềm không khác nhiều so vớ i mẫu

xử lí nướ c nóng. Về module kéo thì cũng không khác nhau nhiều do độ dốc của hai đườ ng

biểu diễn gần như nhau. Tuy nhiên, có thể thấy r ằng, mẫu xử lí kiềm có độ biến dạng kéo

lớn hơn nhiều và lực lớ n nhất

Đườ ng cong biế n d ạ ng kéo:


mẫu Mat 2-3 xử lí nướ c nóng (40.5%) mẫu Mat 2-3 xử lí kiềm (41%)

7.3.3. So sánh độ bề n uố n vớ i composite nhự a PF(Phenol-Formaldehyde):

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60

Đ ộ b ề n k é o ( M

p a )


ĐỘ BỀN KÉO TRƯỚC VÀ SAU KHI XỬ LÍ K IỀM

Mat 2-3 cm

Mat kiềm 2-3 cm







Hình 7.19: Độ bền uốn của composite nhự a PF và UF vớ i sợ i sisal

Nhậ n xét: mẫu dùng so sánh là mẫu Mat 2-3cm nhựa UF và mẫu Mat 2-3 cm nhựa

PF với các hàm lượ ng sợi tương ứng. Từ đồ thị trên cho thấy r ằng composite nhựa PF có

cơ tính tốt hơn hẳn so vớ i composite nhựa UF. Có thể là do cơ tính của nhựa PF tốt hơn

nhựa UF do khi đóng rắn nhựa PF hình thành mạng lướ i không gian chặt chẽ hơn UF.

Ngoài ra, nhựa PF còn thể hiện tính chịu uốn tố hơn so vớ i nhựa UF qua đườ ng cong biến

dạng dưới đây. Đườ ng cong còn thể hiện composite PF có độ dẻo dai hơn.

Tuy nhiên cơ tính của mẫu vật liệu compsite nhựa UF và sợ i sisal có thể ứng

dụng đượ c thay thế cho các loại ván ép, giấy ép trên thị trườ ng vì nó có cơ tính

tốt hơn hẳn. Độ bền uốn của mẫu giấy ép lấy ngoài thị trường đo đượ c chỉ vào

khoảng 37.5 MPa và module uốn khoảng 2400 MPa. (số liệu đo ở phần phụ lục)

Đối vớ i các loại ván ép cao cấp như MDF, OKAL,MFC thì cơ tính của mẫu

compositeUF-sisal (có hàm lượ ng sợ i cao) cũng cao hơn. Mẫu MDF:

Độ bền uốn (MPa) 43.52

Module uốn (MPa) 2853

74.384.2

116.6

58.462.4

94

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10 20 30 40 50 60


Phần trăm sợi ( %)

SO SÁNH ĐỘ BỀN UỐN

nhựa PF

nhựa UF







7.3.4. K ế t quả cơ tính sau khi ngâm nướ c:

Mat 2-3 cm (40.5) xử lí nướ c

nóng

Mat 2-3 cm (40) xử lí bằng dd

kiềm

Trướ c ngâm khi

nướ c

Sau khi ngâm

nướ c

Trướ c ngâm khi

nướ c

Sau khi ngâm

nướ c

Độ bền uốn

(Mpa)62.4 39.18 60.3 42.5

Module uốn

(Mpa)4827 2345 4002 2079

Phần trăm giảm

về độ bề uốn

(%)

37.21 29.52

Phần trăm giảm

về module uốn

(%)

51.42 48.05

Bảng 7.8: Cơ tính trước và sau khi ngâm nướ c

Dựa vào bản trên bảng k ết quả trên có thể nhận xét r ằng sau khi ngâm nướ c thì cơ

tính của cả hai loại mẫu giảm đi đáng kể. Điều này cho thấy r ằng loại vật liệu này có độ

thấm nướ c r ất lớn cho nên nướ c thấm vào trong cấu trúc làm giảm cơ tính, cấu trúc sau

khi ngâm nướ c tr ở nên xốp hơn, lên kết nhựa sợ i bị phá vỡ nhiều. Có thể giải thích r ằng

do vật liệu hút nướ c do bản chất của vật liệu là composite sợ i tự nhiên. Thêm vào đó UF

là loại nhựa kháng nước tương đối không tốt. Mức độ thấm nướ c của loại vật liệu này sẽ

đượ c khảo sát sau.







Độ giảm giảm cơ tính của mẫu kiềm ít hơn so vớ i mẫu không xử lí, cấu trúc của

mẫu không xử lí kiềm xốp hơn hẳn so vớ i mẫu kiềm. Liên k ết nhựa và sợ i của mẫu xử lí

kiềm tr ở nên bền chặt hơn có thể giải thích cho điều này. Ngoài ra thành phần lignin trong

mẫu kiềm ít hơn nên sợ i ít thấm nước hơn nên nướ c không vào sâu trong cấu trúc đượ c.mẫu kiềm sau khi xử lí tuy giảm tương đối nhiều nhưng độ biến dạng uốn vẫn khá cao,

trong khi đó mẫu không xử lí kiềm tr ở nên xố p và giòn hơn. Đườ ng cong biế n d ạ ng uố n:

Hình 7.21: Đườ ng cong biến dạng Hình 7.22: Đườ ng cong biến dạng

Mat 2-3 xử lí nướ c nóng (31.6%) Mat 2-3xử lí kiềm (32%)

sau ngâm nướ c sau ngâm nướ c

7.4. Kết quả đo độ thấm nướ c:

Mẫu 40.5% sợ i không xử lí kiềm:







MẫuKhối

lượ ng banđầu (g)

Khối lượ ngsau khi sấylần 1- 1h

(g)

Khối lượ ngngâm nướ c

2h (g)

Khốilươngngâm

nướ c 24h

(g)

Khốilượ ng sau

khi sấylần 2(g)

% tăng khốilượ ng

%giảmkhối

lượ ng

M10 8.82 8.80 9.28 10.87 8.64 23.52 1.8

M20 9.27 9.18 9.71 11.41 8.92 25.29 2.8

M30 8.80 8.74 9.34 11.00 8.53 25.86 2.4

∑/3 24.89 2.33

Bảng 7.9: Độ thấm nướ c của mẫu không xử lí kiềm

Độ thấm nước = % tăng khối lượ ng + %giảm khối lượ ng = 27.22 %

Mẫu 40% sợ i xử lí kiềm

Mẫu

Khối

lượ ng banđầu (g)

Khối lượ ng

sau khi sấy1h (g)

Khối lượ ng

ngâm nướ c2h (g)

Khốilương

ngâmnướ c 24h(g)

Khốilượ ng sau

khi sấylại (g)

% tăn

g khốilượ ng

%giảmkhối

lượ ng

M11 9.81 9.80 10.57 12.04 9.55 22.85 2.5

M21 9.73 9.71 10.44 11.96 9.43 23.17 2.8

∑/2 23.01 2.65

Bảng 7.10: Độ thấm nướ c của mẫu xử lí kiềm

Độ thấm nướ c của mẫu xử lý kiềm = 25,66%

Nhậ n xét:

Mẫu xử lí kiềm có độ thấm nướ c thấp hơn so vớ i mẫu không xử lí. Tính thấm nướ c

của vật liệu composite phụ thuộc vào r ất nhiều yếu tố trong đó có hai yếu tố chính đó là







bản chất nhựa, sợ i và liên k ết giữa nhựa sợ i. Ở đây, tuy nhựa UF có tính kháng nướ c

không đượ c tốt lắm nhưng do đang cùng khảo sát cùng loại nhựa nên yếu tố này bỏ qua.

Mẫu có sợi đã xử lí kiềm chịu nước hơn vì khi xử lí kiềm lignin trong sợ i bị hòa tan mà

đây là thành phần chính hút ẩm trong sợ i tụ nhiên nên hàm lượng lignin ít hơn thì thấmnước ít hơn. Ngoài ra, do sử lí kiềm tạo liên k ết nhựa sợ i tr ở nên chặt hơn nên nướ c khó

làm trương cấu trúc composite hơn.

Độ hút nướ c của composite nhựa UF và sợi sisal như vậy là quá cao so vớ i một số

loại composite nền nhựa khác cùng loại sợ i sisal. Ví dụ như composite nhựa PF (phenol-

Formaldehyde), mẫu composite PF sợ i sial xử lí kiềm có độ thấm nướ c thấp hơn rất nhiều

8.44 %. Một trong những yếu tố cơ bản làm cho nhựa PF có khả năng kháng nướ c tốt do

khi đóng rắn số nối ngang hình thành đượ c nhiều hơn nhiều so vớ i nhựa UF tạo mạng

lướ i chặt chẽ hơn.

Nhậ n xét cả m quan:

Khả năng thấm nhựa của sợi đã xử lí kiềm tốt hơn nhiều so vớ i sợi chưa xử lí.

Điều này giúp cho khả năng dễ thấm nhựa điều trong quá trình tẩm nhựa.

Bề mặt tấm composite của mẫu kiềm bóng hơn và có cảm giác nhự thấm đều bề

mặt sợi. Điều này còn thể hiện ở bề mặt vết gãy của mẫu kiềm “gọn gàn” hơn.

Hình 7.23: Bề mặt gãy của a) mẫu không xử lí kiềm b) mẫu xử lí kiềm





Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 8: Kết Luận


CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN

8.1. Kết luận chung:

K ết quả thu được là khi thay đổi hàm nhựa sợ i thì hàm lượ ng sợ i càng cao thì tính

chất cơ của mẫu composite càng cao. Trong phạm vi của luận văn nghiên cứu đượ c

mẫu có tỷ lệ 5:5 (nhựa /sợi ) có cơ tính cao nhất.

Khảo sát hai loại Mat khác nhau: Mat đượ c tạo từ sợ i có chiều dài 2-3 cm và Mat

có chiều dài sợ i 6-7 cm, k ết quả là Mat 6-7 cho độ bền của sợ i cao hơn hẳn. Các

phương pháp xử lí sợi khác nhau cho đặt điểm cơ tính vật liệu composite khác

nhau. Mẫu đượ c xử lí kiềm làm tăng độ dẻo dai cho composite vớ i biến dạng kéo,

uốn lớ n trong vùng lực tác dụng lớ n. Mẫu xử lí kiềm còn tạo ra sự thuận lợi hơn về mặt gia công, bề mặt mẫu bóng hơn do sự thấm nhựa tốt của sợ i làm cho nhựa

thấm đều hết sợ i. Tuy nhiên mẫu xử lí nướ c nóng có cũng có tính chất cơ lí cao.

K ết quả đo độ thấm nướ c của mẫu composite nhựa UF và sợ i sisal khá cao so vớ i

một số loại composite khác. Điều này cũng phù hợ p vớ i k ết quả cơ tính sau khi

ngâm nướ c giảm đi đáng kể.Tuy nhiên, phương pháp xử lí kiềm cho sợi đã làm

giảm đi khả năng thấm nướ c của vật liêu, mẫu xử lí kiềm có độ thấm nướ c thấ p

hơn mẫu xử lí nướ c nóng.

Composite UF-sisal có thể làm vật liệu thay thế ván ép trên thị trườ ng vì độ bền

của loại composite này cao hơn.

8.2. Hạn chế của luận văn và định hướ ng nghiên cứ u:

H ạ n chế củ a luận văn:

Trong thờ i gian nghiên cứu là 3 tháng nên luận văn còn nhiều hạn chế như:

Khảo sát tỷ lệ Formaldehyde/ Urea để chọn ra loại nhựa có tính chất tốt.

Chưa khảo sát yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến chất lượ ng của sản phẩm

composite như: nhiệt độ và thờ i gian sấy tấm composite trướ c khi ép, các

thông số khi ép, phương pháp gia công SMC hay BMC.





Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 8: Kết Luận


Chưa khảo sát nồng độ kiềm xử lí sợ i ảnh hưởng đến cơ tính của vật liệu.

Chưa có phương pháp phân tích mức độ ảnh hưở ng của các yếu tố lên tính

chất vật liệu.

Cơ tính của mẫu vật liệu compsite nhựa UF và sợ i sisal có thể ứng dụng

đượ c thay thế cho các loại ván ép, giấy ép trên thị trườ ng vì nó có cơ tính

tốt hơn hẳn

Định hướ ng nghiên cứ u:

Khảo sát tỷ lệ Formaldehyde/ Urea trong quá trình tổng hợ p nhựa xem mức

độ ảnh hưởng đến cơ tính của vật liệu.

Thay đổi nồng độ kiềm xử lí để tìm ra khoảng nồng độ nào vừa cho cơ tính

vật liệu cao vừa kinh tế.





Luận Văn Tốt Nghiệp Tài Liệu Tham Khảo

GVHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành trang vi

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Hữu Niếu, Tr ần V ĩnh Diệu (2007). K ỹ thuật sản xuấ t chấ t d ẻo. NXB Đại Học

Quốc Gia Tp.HCM.[2] Huỳnh Đại Phú, Nguyễn Đắc Thành, La Thị Thái Hà (2005). Hướ ng d ẫ n thí nghiệm

hóa học polymer. NXB Đại học quốc gia Tp.HCM.

[3] B.A Sanders (1982), Short fiber reinforced composite materials, American society for

Testing and Materials, Baltimore.

[4] E. Minipoulou, E.Dessipri, Use of NIR for structural characterization of urea-

formaldehyde resins, International journal of Adhesion & Adhesives 23 (2003)[5] Lawrence T. Drzal, A.K. Mohanty, M. Misra, Bio-composite materials as alternatives

to petroleum-based composites for automotive applications, Composite Materials and

structures center Michigan State University, East Lansing, MI 48824.

[6] Anthony H. Connor, Urea-formaldehyde adhesive resins, Forest products laboratory

USDA forest service (1998)

[7] U. S. Pat. No.4960856. Urea-formaldehyde compositions and method of manufacture.Richard Formaini, Stone Mountain, Ga(1990).

[8] U. S. Pat. No.6574971.Urea-formaldehyde resin composite and method of preparation

thereof. Larry R. Graves,Puyallup,Wash (1997).

[9] U. S. Pat. No.4968773. Process for the preparation of Urea-formaldehyde resins. Ian

R. Whiteside (1990).

[10] Thái Hữu Đăng Khoa (2008), Nghiên cứ u chế t ạo vật liệu composite trên cơ sở nhự aPVC và sợ i d ứ a d ại (sisal), Luận văn tốt nghiệp, Đại học Bách Khoa HCM







[11] Cao Thị Nhung (2008), Công nghệ sản xuấ t bột giấ y và giấ y, NXB Đại học quốc gia

Tp.HCM

[12] http://www.mdfmanufacturer.com/quality.html











Luận Văn Tốt Nghiệp Phụ Lục

GVHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành trang vii

PHỤ LỤC

ĐƯỜ NG CONG BI Ế N D Ạ NG C Ủ A CÁC M Ẫ U

M ẫ u kéo Mat 2-3 cm 31.6%

M ẫ u kéo Mat 2-3 cm 52%

M ẫ u kéo Mat 2-3 cm 40,5%







M ẫ u kéo Mat 6-7 51.7 %

M ẫ u uố n Mat 6-7 28 %

M ẫ u uố n 6-7 cm 41%







M ẫ u uố n Mat 6-7 cm 48,7%

M ẫ u uố n Mat 2-3 cm 40,5 %

M ẫ u kéo kiề m 6-7 cm 40%







B Ả NG SỐ LI ỆU ĐO CƠ TÍNH

Mẫu Mat 2-3cmkhông xủ lí

kiềm 31.6 %

Độ bền kéo(MPa)

Module kéo(Mpa)

Độ bền Uốn(MPa)

Module uốn(MPa)

1 22.95 3360 58.35 45282 24.87 3571 61.41 43453 24.13 3465.5 55.35 4162

Trung bình 23.9 3465.5 58.4 4395

Mẫu Mat 2-3cmkhông xủ líkiềm 40.5%


Module kéo(Mpa)


Module uốn(MPa)

1 36.12 3997 63.40 5068

2 40.36 3627 61.98 48703 34.28 3949 61.57 4685Trung bình 36.2 3880.5 62.4 4827

Mẫu Mat 2-3cmkhông xủ líkiềm 52 %


Module kéo(Mpa)


Module uốn(MPa)

1 44.09 3643 99.9 56412 48.14 4415 95.48 56353 52.19 4029 87.94 5210

Trung bình 48.10 4029 94.7 5530

Mẫu Mat 6-7cm không xủ lí

kiềm 28 %


Module kéo(Mpa)


Module uốn(MPa)

1 25.86 2704 51.77 35262 23.66 2653 52.25 38293 24.98 3055 50.63 3812

Trung bình 24.8 2976.5 51.2 3744.8







Mẫu Mat 6-7cmkhông xủ líkiềm 41%


Module kéo(Mpa)


Module uốn(MPa)

1 40.51 4325 76.31 50942 46.09 4106 86.72 4922

3 35.4 3795 86.25 5066Trung bình 40.1 4005 84.1 5037

Mẫu Mat 6-7cm không xủ líkiềm 51.7 %


Module kéo(Mpa)


Module uốn(MPa)

1 51.74 4630 104.6 56692 57.03 4602 111.32 60283 51.44 4207 117.4 6386

Trung bình 52.9 4411.5 111 6027

Mẫu Mat 2-3cm xử lí kiềm

32 %


Module kéo(Mpa)


Module uốn(MPa)

1 28.31 2990 49.26 35682 24.86 2935 45.80 36023 24.04 2910 45.47 3299

Trung bình 25.31 2936 46.5 3442

Mẫu Mat 2-3cm 40 % xử lí

kiềm


Module kéo(Mpa)


Module uốn(MPa)

1 38.69 3268 57.36 39852 37.73 3824 64.32 43243 31.39 3506 59.76 3850

Trung bình 34.8 3526 60.3 4002

Mẫu Mat 6-7cm 48.7% xử lí

kiềm


Module kéo(Mpa)


Module uốn(MPa)

1 40.04 3695 84.42 46822 53.52 3798 78.92 45383 34.35 3906 91.32 4311

Trung bình 40.6 3826 87.87 4517






CƠ TÍNH CỦ A M Ẫ U GI Ấ Y ÉP

Mẫu dày R ộng Độ bền uốn Module1 4.75 14 51.40 2844.092 4.9 13.8 34.35 1998.95

3 4.8 14.3 36.84 2361.02


Documents

Khảo sát cơ lý tính của vật liệu composite nhựa urea – formaldehyde và sợi sisal