Composite nhựa nền Polypropylene gia cường bằng sợi xơ dừa

Đề tài: Composite nhựa nền Polypropylene gia cường bằng sợi xơ dừa Luận văn dài 201 trang: MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG DANH SÁCH HÌNH CHƯƠNG I.MỞ ĐẦU CHƯƠNG II.TỔNG QUAN VÀ MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 2.1.Vật liệu composite 2.2.Sợi tự nhiên 2.3.Composite sợi tự nhiên 2.4.Sợi xơ dừa 2.5.Tổng quan về nhựa Polypropylene 2.6.Chất trợ tương hợp PP-g-AM 2.7.Tình hình nghiên cứu trên thế giới 2.8.Mục tiêu của đề tài CHƯƠNG III.PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 3.1.Thiết bị, nguyên liệu và hóa chất 3.2.Quy trình tiến hành thí nghiệm CHƯƠNG IV.KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 4.1.Kết quả xử lý và phân tích sợi xơ dừa 4.2.Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên cơ tính composite 4.3.Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và chất trợ tương hợp Fusabond lên cơ tính của composite 4.4.Phân tích cấu trúc liên diện sợi / nhựa của composite 4.5.Khảo sát tính chất nhiệt của vật liệu bằng DSC CHƯƠNG V.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1.Kết luận 5.2.Kiến nghị

pdf201 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 28/12/2012 | Lượt xem: 4412 | Lượt tải: 28download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Composite nhựa nền Polypropylene gia cường bằng sợi xơ dừa, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ðẠI HỌC COMPOSITE NHỰA NỀN POLYPROPYLENE GIA CƯỜNG BẰNG SỢI XƠ DỪA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS. ðặng Tấn Tài Nguyễn Hữu Tân (MSSV: 2041663) ThS. Võ Hồng Nhân Ngành: Công Nghệ Hoá Học - Khoá: 30 Tháng 11/2008 TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ ðộc lập - Tự do - Hạnh phúc BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC --------------- *********** Cần Thơ, ngày 24 tháng 11 năm 2008 PHIẾU ðỀ NGHỊ ðỀ TÀI TỐT NGHIỆP Năm học: 2008 - 2009 1. Sinh viên thực hiện: - Họ và tên: Nguyễn Hữu Tân. - MSSV: 2041663. - Ngành: Công nghệ Hóa học. - Khóa: 30. 2. Tên ñề tài LVTN: “Composite nhựa nền Polypropylene gia cường bằng sợi xơ dừa”. 3. ðịa ñiểm thực hiện: - Phòng thí nghiệm Công nghệ Hóa học - khoa Công nghệ - trường ðại học Cần Thơ. - Phòng thí nghiệm Vật liệu composite - khoa Công nghệ - trường ðại học Cần Thơ. 4. Cán bộ hướng dẫn: - Tiến sĩ ðặng Tấn Tài - bộ môn Khoa học vật liệu - trường ðại học Khoa Học Tự Nhiên TP. Hồ Chí Minh. - Thạc sĩ Võ Hồng Nhân - bộ môn Hóa học - khoa Khoa Học - trường ðại học Cần Thơ. 5. Mục ñích của ñề tài: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp ñến cơ tính của composite nhựa nền Polypropylene gia cường bằng sợi xơ dừa. 6. Các nội dung chính của ñề tài: - Phần 1: Xử lý sợi xơ dừa bằng dung dịch xút. - Phần 2: Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài sợi lên cơ tính composite. - Phần 3: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp lên cơ tính composite. - Phần 4: Xác ñịnh cơ tính (kéo, uốn, va ñập) của mẫu composite. - Phần 5: Xử lý số liệu thu ñược, rút ra kết luận. 7. Kinh phí dự trù: 520.000ñ. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN ðỀ NGHỊ ðặng Tấn Tài Võ Hồng Nhân Nguyễn Hữu Tân Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN Ý KIẾN CỦA HỘI ðỒNG LV&TLTN LỜI CẢM ƠN    Quá trình thực hiện Luận văn tốt nghiệp là khoảng thời gian mà tôi gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên, với sự hướng dẫn, giúp ñỡ, ñộng viên của thầy cô, gia ñình, bạn bè và với sự nỗ lực của bản thân, tôi ñã hoàn thành ñề tài luận văn. Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ ðặng Tấn Tài, Thạc sĩ Võ Hồng Nhân ñã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ, truyền ñạt kiến thức và kinh nghiệm cho tôi trong suốt quá trình thực hiện ñề tài. Chân thành cảm ơn Tiến sĩ Trương Chí Thành, Thạc sĩ Trần Lê Quân Ngọc, Kỹ sư Nguyễn Việt Bách, Kỹ sư Lê ðức Duy ñã hỗ trợ nguyên liệu, phương tiện nghiên cứu và ñã có những ý kiến chỉ dẫn rất quý báu ñể tôi hoàn thành tốt ñề tài. Tôi xin cảm ơn ba mẹ tôi ñã luôn quan tâm, ủng hộ và tạo mọi ñiều kiện tốt nhất ñể tôi yên tâm học tập và hoàn thành Luận văn tốt nghiệp. Ngoài ra, tôi cũng xin cảm ơn những người bạn lớp Công nghệ Hóa học khóa 30. Các bạn luôn ñộng viên, giúp ñỡ khi tôi gặp khó khăn trong học tập và trong cuộc sống. Nguyễn Hữu Tân NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN     ............................................................................................................ .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... Cần Thơ, ngày ……. tháng ……. năm 2008 Cán bộ hướng dẫn ðặng Tấn Tài Võ Hồng Nhân MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân i MỤC LỤC Trang MỤC LỤC ..............................................................................................................i DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ðỒ THỊ .................................................................ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................xi CHƯƠNG I: MỞ ðẦU ..........................................................................................1 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VÀ MỤC TIÊU ðỀ TÀI ..........................................3 2.1. Vật liệu composite .....................................................................................3 2.1.1. ðịnh nghĩa ........................................................................................3 2.1.2. ðặc tính chung ..................................................................................4 2.1.3. Phân loại ...........................................................................................4 2.2. Sợi tự nhiên ...............................................................................................4 2.2.1. Cấu trúc vi mô của sợi tự nhiên .........................................................4 2.2.2. Thành phần hóa học, khả năng kết tinh và tính chất của sợi tự nhiên.5 2.2.3. Hình dạng và kích thước của sợi tự nhiên..........................................9 2.2.4. Biến ñổi hóa học và ñặc ñiểm của sợi tự nhiên ..................................9 2.3. Composite sợi tự nhiên ..............................................................................9 2.3.1. Giới thiệu ..........................................................................................9 2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến tính chất của composite sợi tự nhiên ......10 2.3.2.1. ðộ ổn ñịnh nhiệt .....................................................................10 2.3.2.2. Khả năng hút ẩm ....................................................................10 2.3.2.3. Sự thoái hóa do vi khuẩn và do ánh sáng ................................11 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân ii 2.3.2.4. Liên diện sợi/nhựa ..................................................................11 a/ Bản chất và vai trò của liên diện ................................................11 b/ Liên diện sợi tự nhiên/nhựa .......................................................12 2.3.2.5. Các yếu tố khác ......................................................................12 2.4. Sợi xơ dừa ...............................................................................................13 2.4.1. Tình hình trồng và kinh doanh dừa trên thế giới và trong nước........13 2.4.1.1. Trên thế giới ...........................................................................13 2.4.1.2. Trong nước.............................................................................14 2.4.2. Quả dừa...........................................................................................15 2.4.2.1. Cấu tạo quả dừa......................................................................15 2.4.2.2. Ứng dụng của dừa ..................................................................17 2.4.3. Sợi xơ dừa.......................................................................................17 2.4.3.1. Thông tin chung .....................................................................17 2.4.3.2. Cấu trúc, thành phần và tính chất của sợi xơ dừa ....................19 2.4.4. Các phương pháp tách sợi xơ dừa....................................................20 2.4.4.1. Phương pháp thủ công ............................................................20 2.4.4.2. Phương pháp bán cơ khí .........................................................21 2.4.4.3. Phương pháp hiện ñại cơ khí hóa hoàn toàn............................22 2.4.5. Công dụng của sợi xơ dừa ...............................................................22 2.5. Tổng quan về nhựa Polypropylene (nhựa PP) ..........................................23 2.5.1. Giới thiệu ........................................................................................23 2.5.2. Tính chất nhựa polypropylen...........................................................24 2.5.2.1. Tính chất lý nhiệt....................................................................24 2.5.2.2. ðộ bền hóa học.......................................................................24 2.5.2.3. Sự thoái hóa ...........................................................................25 2.5.2.4. Các tính chất khác ..................................................................25 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân iii 2.5.3. Tổng hợp nhựa polypropylnene.......................................................25 2.5.4. Gia công nhựa polypropylene..........................................................26 2.5.5. Ứng dụng của nhựa polypropylene..................................................27 2.5.6. Ưu và nhược ñiểm của nhựa PP ......................................................28 2.5.6.1. Ưu ñiểm .................................................................................28 2.5.6.2. Nhược ñiểm............................................................................29 2.6. Chất trợ tương hợp PP-g-AM...................................................................29 2.6.1. Anhydride maleic............................................................................29 2.6.2. Polypropylen ghép anhydride maleic (PP-g-AM) ............................29 2.6.3. ðiều chế PP-g-AM..........................................................................30 2.6.4. Phản ứng giữa PP-g-AM và bề mặt sợi thực vật ..............................30 2.7. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ...........................................................31 2.7.1. Nghiên cứu về ảnh hưởng của MAPP ñến tính chất cơ học của biocomposite ñược chế tạo từ bó sợi cây cọ và cellulose với nhựa nền PP............31 2.7.2. Nghiên cứu về ñộ bền cơ học của composite nhựa nền polyester gia cường bằng sợi xơ dừa phụ phẩm .........................................................................31 2.7.3. Nghiên cứu về các chất trợ tương hợp ñược maleat hóa sử dụng cho composite sợi tự nhiên..........................................................................................32 2.7.4. Nghiên cứu về sự tương hợp và bám dính của composite PP ñược kết hợp với bột gỗ ......................................................................................................32 2.8. Mục tiêu của ñề tài...................................................................................33 CHƯƠNG III: PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM..........................................................................................34 3.1. Thiết bị, nguyên liệu và hóa chất..............................................................34 3.1.1. Thiết bị............................................................................................34 3.1.2. Nguyên liệu và hóa chất ..................................................................34 3.2. Quy trình tiến hành thí nghiệm.................................................................35 3.2.1. Xử lý và phân tích sợi xơ dừa..........................................................36 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân iv 3.2.1.1. Xử lý sợi xơ dừa với NaOH....................................................36 3.2.1.2. Phân tích phổ IR, hàm lượng cellulose trong sợi, ño ñộ ẩm sợi và chụp SEM bề mặt sợi............................................................................................36 3.2.1.3. Xác ñịnh hàm lượng tro trong sợi xơ dừa................................37 3.2.2. Trộn nóng chảy hỗn hợp sợi, nhựa và Fusabond..............................37 3.2.3. Ép nóng tạo tấm composite .............................................................37 3.2.4. Tạo mẫu ño cơ tính..........................................................................38 3.2.4.1. ðo kéo....................................................................................38 a/ Mẫu không theo chuẩn ..............................................................38 b/ Mẫu chuẩn ................................................................................39 3.2.4.2. ðo uốn ...................................................................................39 3.2.4.3. ðo va ñập ...............................................................................40 3.2.5. ðo cơ tính mẫu composite...............................................................40 3.2.5.1. ðo kéo....................................................................................41 3.2.5.2. ðo uốn ...................................................................................41 3.2.5.3. ðo va ñập ...............................................................................42 3.2.6. Xử lý số liệu....................................................................................42 3.2.7. Khảo sát và chọn kích thước sợi xơ dừa ..........................................42 3.2.8. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi và chất trợ tương hợp lên cơ tính của composite................................................................................................43 3.2.9. So sánh sai số giữa phép ño mẫu chuẩn và không chuẩn .................44 3.2.10. Phân tích cấu trúc liên diện sợi/nhựa của composite ......................44 3.2.11. Khảo sát tính chất nhiệt của vật liệu bằng DSC .............................45 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ........................................................47 4.1. Kết quả xử lý và phân tích sợi xơ dừa ......................................................47 4.1.1. Kết quả xử lý sợi dựa trên phổ IR....................................................47 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân v 4.1.2. Phân tích hàm lượng cellulose, hàm lượng tro, ñộ ẩm của sợi xơ dừa và ảnh SEM bề mặt sợi .........................................................................................49 4.1.2.1. Hàm lượng cellulose...............................................................49 4.1.2.2. Hàm lượng tro ........................................................................49 4.1.2.3. ðộ ẩm của sợi xơ dừa .............................................................50 4.1.2.4. Ảnh SEM và ảnh kính hiển vi bề mặt sợi................................51 4.2. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên cơ tính composite..................................53 4.2.1. Tính bền kéo ...................................................................................53 4.2.2. Tính bền uốn ...................................................................................55 4.3. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và chất trợ tương hợp Fusabond lên cơ tính của composite ......................................................................................................57 4.3.1. Tính bền kéo ...................................................................................57 4.3.1.1. Module ñàn hồi ......................................................................57 4.3.1.2. Ứng suất kéo tại ngưỡng chảy ................................................59 4.3.1.3. ðộ giãn dài tại ngưỡng chảy ...................................................61 4.3.1.4. Ứng suất kéo lúc ñứt...............................................................62 4.3.1.5. ðộ giãn dài lúc ñứt .................................................................64 4.3.1.6. Cơ tính kéo của mẫu cắt theo chuẩn và không theo chuẩn ......65 4.3.2. Tính bền uốn ...................................................................................68 4.3.3. Tính bền va ñập...............................................................................70 4.4. Phân tích cấu trúc liên diện sợi/nhựa của composite.................................72 4.5. Khảo sát tính chất nhiệt của vật liệu bằng DSC........................................74 4.5.1. Nhiệt ñộ nóng chảy .........................................................................74 4.5.2. ðộ kết tinh ......................................................................................75 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................77 5.1. Kết luận ...................................................................................................77 5.1.1. Về quá trình xử lý sợi xơ dừa bằng NaOH 1% trong 3 ngày............77 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân vi 5.1.2. Về thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của chiều dài sợi lên cơ tính composite .............................................................................................................77 5.1.3. Về thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên cơ tính composite ..............................................78 5.1.4. Về lợi ích kinh tế khi sử dụng mẫu composite .................................79 5.1.5. Về thí nghiệm khảo sát tính chất nhiệt của composite bằng DSC ....80 5.2. Kiến nghị .................................................................................................81 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Thành phần hóa học của một số loại sợi tự nhiên..................................... 7 Bảng 2.2. Tính chất vật lý của một số loại sợi tự nhiên............................................ 8 Bảng 2.3. Diện tích trồng dừa của một số quốc gia trên thế giới ............................ 14 Bảng 2.4. Diện tích trồng dừa của một số ñịa phương............................................ 15 Bảng 2.5. Tỉ lệ khối lượng trung bình của các thành phần trong một quả dừa ........ 16 Bảng 2.6. Sản lượng chỉ xơ dừa của một số nước .................................................. 18 Bảng 2.7. Thành phần hóa học của sợi xơ dừa ....................................................... 19 Bảng 2.8. Cơ tính của một số loại sợi .................................................................... 19 Bảng 2.9. Thông số kỹ thuật của polypropylene .................................................... 27 Bảng 3.1. Kích thước mẫu ño kéo không theo chuẩn ASTM D 638-03 Type IV.... 39 Bảng 3.2. Kích thước mẫu ño kéo theo tiêu chuẩn ASTM D 638-03...................... 39 Bảng 3.3. Kích thước mẫu ño uốn theo ASTM D 790-03 ...................................... 40 Bảng 3.4. Kích thước mẫu va ñập theo ASTM D 256-04....................................... 40 Bảng 3.5. Tỉ lệ phối trộn các thành phần trong mẫu composite .............................. 44 Bảng 4.1. Hàm lượng tro trong sợi xơ dừa ñã xử lý ............................................... 50 Bảng 4.2. ðộ ẩm của sợi xơ dừa ............................................................................ 51 Bảng 4.3. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên tính bền kéo của mẫu PP 6-40 ............ 53 Bảng 4.4. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên tính bền uốn của mẫu PP 6-40 ............ 55 Bảng 4.5. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên module ñàn hồi kéo của composite .................................................. 57 Bảng 4.6. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ứng suất kéo tại ngưỡng chảy của composite ................................... 59 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân viii Bảng 4.7. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ñộ giãn dài tại ngưỡng chảy của composite ...................................... 61 Bảng 4.8. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ứng suất kéo lúc ñứt của composite.................................................. 62 Bảng 4.9. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ñộ giãn dài lúc ñứt của composite .................................................... 64 Bảng 4.10. Tính bền kéo của mẫu PP 10-60 cắt theo chuẩn và không theo chuẩn .. 65 Bảng 4.11. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ứng suất uốn cực ñại của composite ................................................. 68 Bảng 4.12. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên khả năng chống va ñập của composite ............................................. 70 Bảng 4.13. Nhiệt ñộ nóng chảy và kết tinh của các mẫu composite ....................... 74 Bảng 4.14. Diện tích pic nóng chảy và kết tinh của các mẫu composite ................. 75 Bảng 4.15. Kết quả ño kéo mẫu cắt theo chuẩn và không theo chuẩn..................... 75 Bảng 5.1. Tổng hợp và so sánh cơ tính một số mẫu composite tiêu biểu...............79 Bảng 5.2. Bảng phân tích khối lượng các thành phần trong mẫu composite ..........79 Bảng 5.3. Chi phí nguyên liệu cho các mẫu composite......................................... 80 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân ix DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ðỒ THỊ ðồ thị 4.1. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên module ñàn hồi của mẫu PP 6 - 40...54 ðồ thị 4.2. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên ứng suất kéo của mẫu PP 6 - 40 .......54 ðồ thị 4.3. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên ứng suất uốn của mẫu PP 6-40 .........56 ðồ thị 4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên module ñàn hồi kéo của composite .................................................58 ðồ thị 4.5. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ứng suất kéo tại ngưỡng chảy của composite ..................................60 ðồ thị 4.6. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ñộ giãn dài tại ngưỡng chảy của composite .....................................61 ðồ thị 4.7. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ứng suất kéo lúc ñứt của composite.................................................63 ðồ thị 4.8. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ñộ giãn dài lúc ñứt của composite ...................................................64 ðồ thị 4.9. So sánh ứng suất tại ngưỡng chảy và ứng suất lúc ñứt của mẫu PP 10-60 chuẩn và không chuẩn ..........................................................................................66 ðồ thị 4.10. So sánh ñộ giãn dài tại ngưỡng chảy và ñộ giãn dài lúc ñứt của mẫu PP 10-60 chuẩn và không chuẩn ................................................................................67 ðồ thị 4.11. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ứng suất uốn cực ñại của composite ................................................69 ðồ thị 4.12. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên khả năng chống va ñập của composite ............................................71 Hình 2.1. Cấu trúc của sợi tự nhiên.........................................................................5 Hình 2.2. Cấu tạo quả dừa ....................................................................................16 Hình 2.3. Sợi xơ dừa.............................................................................................17 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân x Hình 2.4. Cấu trúc hóa học của Polypropylen .......................................................23 Hình 2.5. Cấu trúc của isotactic, syndiotactic và atactic polypropylen ..................23 Hình 2.6. Phản ứng trùng hợp polypropylen bằng xúc tác.....................................26 Hình 2.7. Các sản phẩm ñược làm từ Polypropylen ..............................................28 Hình 2.8. Cấu trúc hóa học của anhydride maleic .................................................29 Hình 2.9. Phản ứng tạo liên kết giữa PP-g-AM và bề mặt sợi ...............................30 Hình 3.1. Cách ñặt mẫu vào khuôn ép ..................................................................38 Hình 3.2. Hình dạng mẫu kéo không theo chuẩn...................................................39 Hình 3.3. Hình dạng mẫu kéo chuẩn.....................................................................39 Hình 3.4. Hình dạng mẫu ño uốn ..........................................................................40 Hình 3.5. Hình dạng mẫu va ñập ..........................................................................40 Hình 4.1. Phổ IR của sợi xơ dừa chưa xử lý bằng NaOH ......................................47 Hình 4.2. Phổ IR của sợi xơ dừa ñã xử lý bằng NaOH 1% trong 3 ngày ...............48 Hình 4.3. Ảnh chụp bề mặt sợi xơ dừa chưa xử lý ................................................51 Hình 4.4. Ảnh chụp bề mặt sợi xơ dừa ñã xử lý ....................................................52 Hình 4.5. Ảnh chụp tại bề mặt phá hủy của mẫu PP 0-60 với ñộ phóng ñại 50 lần..72 Hình 4.6. Ảnh chụp bề mặt phá hủy của mẫu PP 10-60 với ñộ phóng ñại 50 lần...73 Sơ ñồ 2.1. Phương pháp tách chỉ xơ dừa thủ công ................................................21 Sơ ñồ 2.2. Phương pháp tách chỉ xơ dừa bán cơ khí..............................................21 Sơ ñồ 3.1. Quy trình tiến hành thí nghiệm ............................................................35 Sơ ñồ 3.2. Tiến trình thí nghiệm khảo sát chiều dài sợi xơ dừa .............................43 Sơ ñồ 3.3. Tiến trình phân tích mẫu bằng DSC.....................................................45 Sơ ñồ 3.4. Chương trình nhiệt phân tích mẫu composite nhựa nền PP gia cường bằng sợi xơ dừa ....................................................................................................46 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT APCC................................... Asian and Pacific Coconut Community ASTM .................................. American Standard Test Methods DSC ..................................... Differential Scanning Calorimetry IPGRI................................... International Plant Generic Resource Institute IR ......................................... Infrared AM....................................... Anhydride Maleic MAPP .................................. Maleic anhydride polypropylene MFI ...................................... Melt Flow Index MFR..................................... Melt Flow Rate PP......................................... Polypropylene PP 10-60............................... Mẫu composite chứa 60 phr sợi và 10 phr Fusabond SEM ..................................... Scanning Electron Microscopy Fusabond.............................. Chất trợ tương hợp Fusabond phr........................................ per hundred resin PP-g-AM.............................. Polypropylene ghép maleic anhydride Chương I: MỞ ðẦU SVTH: Nguyễn Hữu Tân 1 CHƯƠNG I MỞ ðẦU Từ những năm 50 của thế kỷ XX, gắn liền với sự phát triển của ngành công nghiệp tên lửa ở Mỹ là sự hình thành của một ngành khoa học mới - khoa học về vật liệu composite. Ngay từ khi mới ra ñời, composite ñã chứng minh ñược khả năng vượt trội của mình nên những nghiên cứu và ứng dụng liên quan ñến vật liệu composite ngày càng nhiều. ðến nay, composite ñã có mặt trong hầu hết mọi lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như công nghiệp dân dụng, y tế, thể thao, giao thông vận tải, xây dựng, công nghiệp nặng (chế tạo máy, chế biến dầu khí, ñiện lực, hóa chất…) và ñặc biệt là trong ngành hàng không vũ trụ. Sở dĩ composite ñược ứng dụng rộng rãi là vì chúng rất bền và nhẹ. Rất nhiều ñòi hỏi khắt khe của kỹ thuật và công nghệ hiện ñại chỉ có composite mới ñáp ứng nổi. Vì thế, ngành khoa học công nghệ vật liệu mới là một trong những mũi nhọn then chốt của sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện ñại hóa. Nhiều nhà khoa học cho rằng vật liệu composite chính là vật liệu của tương lai. Trong số những loại vật liệu ñược sử dụng làm nền cho composite thì nhựa (nhiệt rắn và nhiệt dẻo) thường ñược sử dụng hơn cả. Composite nền nhựa có những tính năng vượt trội như tỉ trọng thấp, module cao, ñộ bền cao, chống mài mòn tốt… Ngoài ra, nó còn có ưu ñiểm nổi trội là giá thành thường thấp hơn so với các sản phẩm nhựa cùng loại. Tuy nhiên, một khuyết ñiểm rất lớn không thể phủ nhận của loại sản phẩm này là khó phân hủy và tái chế. Nguyên nhân là do vật liệu gia cường thường ñược sử dụng là các loại vật liệu tổng hợp như sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi aramide… Thêm vào ñó, việc sử dụng sợi tổng hợp gây nhiều tác ñộng có hại cho sức khoẻ người lao ñộng (ví dụ như sợi thủy tinh gây ngứa, có hại cho phổi khi hít phải). Do ñó, việc sử dụng sợi tự nhiên làm vật liệu gia cường cho composite càng ñược tập trung nghiên cứu vì ñây là loại sợi không gây hại cho sức khỏe người lao ñộng, thân thiện với môi trường và có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật. Chương I: MỞ ðẦU SVTH: Nguyễn Hữu Tân 2 Ngay từ khi bắt ñầu có nền văn minh, con người ñã biết sử dụng rơm, cỏ gia cường cho ñất sét ñể xây dựng các công trình, nhà ở, nơi trú ẩn… Như ở nước ta, ngay từ ngày xưa, ông bà ta ñã truyền lại cách làm “nhà tranh vách ñất” lấy bùn trộn với rơm băm trát vách nhà. ðó là những composite sợi tự nhiên ñầu tiên ñược con người sử dụng. Trong sự phát triển của ngành vật liệu composite, composite sợi tự nhiên cũng ñược nghiên cứu chuyên sâu hơn nữa, phát triển không ngừng và ñã ñạt ñược nhiều thành tựu khả quan. ðã có rất nhiều loại sợi tự nhiên ñược sử dụng làm vật liệu gia cường cho composite như: ñai (jute), lanh (flax), gai dầu (hemp), bã mía (bagasse), lục bình (water hyacyth), lá cây si-dan (sisal), lá cây cọ (palm), sợi xơ dừa (coir/coconut), bông vải (cotton)… Trong các loại sợi kể trên, sợi xơ dừa ñang thu hút ñược sự tập trung nghiên cứu của các nhà khoa học cả trong lẫn ngoài nước bởi sự dồi dào và phổ biến của nguồn nguyên liệu. Ở Việt Nam, dừa là một loại cây rất quen thuộc với người dân và ñược trồng với diện tích khá lớn (ví dụ như ở tỉnh Bến Tre). Việc sử dụng phế phẩm vỏ dừa ñể sản xuất sợi dùng làm vật liệu gia cường cho composite góp phần làm tăng giá trị cho cây dừa, tăng nguồn thu nhập cho người nông dân. ðề tài này ñược tiến hành với mục ñích sử dụng sợi xơ dừa gia cường cho composite nhằm mục tiêu thương mại, góp phần ña dạng hóa sản phẩm, tăng thu nhập cho người nông dân trồng dừa. ðồng thời, qua ñề tài, chúng tôi mong muốn góp phần nhỏ vào những nghiên cứu về vật liệu composite sợi tự nhiên. Chương II: TỔNG QUAN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 3 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VÀ MỤC TIÊU ðỀ TÀI 2.1. Vật liệu composite 2.1.1. ðịnh nghĩa Vật liệu comoposite hay composite là vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu có bản chất khác nhau, nhằm tạo ra loại vật liệu mới có ñặc tính cơ, lý hay/và hóa trội hơn ñặc tính cơ, lý hay/và hóa của từng vật liệu thành phần. Một cách tổng quát, vật liệu composite gồm một hoặc nhiều pha gián ñoạn (vật liệu cốt hay vật liệu gia cường) phân bố trong một pha liên tục (vật liệu nền hay vật liệu kết dính).[3] Vật liệu nền ñảm bảo cho việc liên kết các vật liệu cốt lại với nhau tạo cho vật liệu gồm nhiều thành phần có tính nguyên khối. ðồng thời, vật liệu nền còn là môi trường truyền lực cơ học vào vật liệu cốt và bảo vệ cho vật liệu cốt tránh các hư hỏng (do tác ñộng cơ học, hóa học…). Vật liệu nền của composite có thể là polymer (nhiệt rắn, nhiệt dẻo), các kim loại và hợp kim, gốm hoặc carbon. Vật liệu cốt có thể giúp cho vật liệu nền tăng ñộ cứng, ñộ bền, khả năng chịu va ñập và chịu mỏi; cải thiện tính dẫn nhiệt, chịu nhiệt, khả năng chống mài mòn, khả năng dẫn nhiệt. Một vai trò khác không kém phần quan trọng là vật liệu cốt có thể giúp giảm giá thành cho sản phẩm. Vật liệu cốt của composite có thể là hạt, bột hoặc sợi (ngắn hoặc dài) làm bằng thuỷ tinh, polymer, gốm, kim loại, carbon và có thể sử dụng cả sợi tự nhiên. Trong composite, hàm lượng của vật liệu cốt thường chiếm khoảng 40-50%. Ưu ñiểm nổi bật nhất của composite là có thể thay ñổi cấu trúc hình học, sự phân bố và các vật liệu thành phần ñể tạo ra một vật liệu mới có ñộ bền ñáp ứng ñược yêu cầu. Do ñó, composite có khả năng ñáp ứng ñược những yêu cầu rất khắt khe của nền kỹ thuật hiện ñại (vật liệu nhẹ, cơ tính cao, có khả năng chịu nhiệt ñộ rất cao). Chính vì vậy, vật liệu composite ñã và ñang giữ vai trò then chốt trong cuộc cách mạng về vật liệu mới. Chương II: TỔNG QUAN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 4 2.1.2. ðặc tính chung [3] Composite ñược tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu nên cơ tính phụ thuộc vào: - Cơ tính của các vật liệu thành phần. - Tỉ lệ giữa các vật liệu thành phần. - Tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành phần (ñặc tính của liên diện). - Luật phân bố của vật liệu cốt trong vật liệu composite (ngẫu nhiên hay có ñịnh hướng; phân bố ñồng ñều hay không ñồng ñều; hình thái kiến trúc của tổ hợp vật liệu cốt…). - Hình dạng và kích thước của vật liệu cốt. - Kỹ thuật gia công. 2.1.3. Phân loại Có 2 cách phân loại vật liệu composite: theo hình dạng của vật liệu cốt và theo bản chất của các vật liệu thành phần.  Phân loại theo hình dạng của vật liệu cốt: - Vật liệu composite cốt sợi: gồm có sợi liên tục và sợi gián ñoạn. - Vật liệu composite cốt hạt.  Phân loại theo bản chất vật liệu thành phần: - Composite nền hữu cơ (chịu ñược nhiệt ñộ dưới 3000C) - Composite nền kim loại (chịu nhiệt ñộ ñến 6000C) - Composite nền gốm (chịu nhiệt ñộ ñến 10000C) 2.2. Sợi tự nhiên 2.2.1. Cấu trúc vi mô của sợi tự nhiên Sợi tự nhiên có thể ñược xem như composite của vi sợi cellulose ñược gắn kết với nhau bởi nền lignin và hemicellulose. Thành tế bào của sợi là lớp màng không ñồng nhất (xem hình 2.1). Mỗi sợi có cấu trúc lớp phức tạp gồm một lớp sơ cấp mỏng (là lớp ñầu tiên hình thành trong suốt quá trình phát triển của tế bào) bao Chương II: TỔNG QUAN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 5 quanh lớp thứ cấp. Lớp thứ cấp ñược tạo thành bởi 3 lớp và lớp trung gian dày xác ñịnh cơ tính của sợi. Lớp trung gian gồm một chuỗi những vi sợi cellulose xoắn hình thành từ những phân tử cellulose mạch dài. Góc giữa trục chính của sợi và vi sợi ñược gọi là góc vi sợi. Giá trị của góc vi sợi thay ñổi theo các sợi khác nhau. Hình 2.1. Cấu trúc của sợi tự nhiên. [10] ðường kính thông thường của vi sợi thay ñổi từ 10-30 nm và ñược tạo nên từ 30-100 phân tử cellulose, tạo nên ñộ bền cơ học cho sợi. Pha nền vô ñịnh hình trong thành tế bào rất phức tạp gồm hemicellulose, lignin và pectin. Phân tử hemicellulose liên kết hydro với phân tử cellulose, làm nền liên kết giữa những vi sợi cellulose, hình thành nên mạng cellulose-hemicellulose là cấu trúc chính của tế bào sợi. Mạng các phân tử lignin không phân cực tác ñộng ñến tính chất của mạng khác. Nó có vai trò như một chất trợ tương hợp và tăng ñộ cứng của composite cellulose/hemicellulose. 2.2.2. Thành phần hóa học, khả năng kết tinh và tính chất của sợi tự nhiên[10] Thành phần chính của sợi tự nhiên là cellulose (α-cellulose), hemicellulose, lignin, pectin và sáp. Thành phần hóa học của sợi tự nhiên thay ñổi phụ thuộc vào loại sợi. Tính chất của mỗi thành phần góp phần tạo nên tính chất chung của sợi. Cellulose là một polymer tự nhiên gồm những mắc xích cơ sở D-anhydro glucose (C6H11O5) có ñộ trùng hợp khoảng 10000 ñược ghép lại bởi liên kết β-1,4- Lumen Lớp thứ cấp S2 Lớp thứ cấp S1 Lớp sơ cấp Mạng vi sợi cellulose kết tinh sắp xếp không trật tự Lớp thứ cấp S3 Vi sợi cellulose kết tinh xếp xoắn ốc Vùng vô dịnh hình chứa lignin và hemicellulose Chương II: TỔNG QUAN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 6 glucosidic tại vị trí C1 và C4. Mỗi mắc xích cơ sở của cellulose chứa 3 nhóm hydroxyl. Những nhóm hydroxyl này và khả năng hình thành liên kết hydro của chúng giữ vai trò chủ yếu trong việc hình thành tinh thể và chi phối ñến tính chất vật lý của cellulose. Cellulose bền với kiềm mạnh (17.5% khối lượng) nhưng dễ dàng bị thủy phân bởi acid thành ñường tan ñược trong nước. Cellulose tương ñối bền với các tác nhân oxy hóa. Công thức hóa học của cellulose là (C6H10O5)n. Chính những nhóm -OH có trong cellulose làm cho sợi phân cực và hút ẩm. Hemicellulose bao gồm một nhóm các polysaccharide ñược hình thành bởi sự kết hợp của các nhóm ñường có vòng 5-6 carbon. Hemicellulose khác với cellulose ở 3 khía cạnh. ðầu tiên, nó chứa nhiều nhóm ñường khác nhau, trái lại cellulose chỉ chứa những ñơn vị 1,4-β-D-glucopyranose. Thứ hai, hemicellulose chứa nhiều nhánh ñối xứng trên chuỗi làm tăng tính chất không kết tinh, trái lại cellulose là polymer mạch thẳng. Thứ ba, ñộ trùng hợp của hemicellulose khoảng 50-300, trong khi ñộ trùng hợp của cellulose cao hơn 10-100 lần so với hemicellulose. Hemicellulose rất ưa nước, tan trong kiềm và dễ bị thủy phân trong các acid. Hemicellulose là nguyên nhân gây thoái hóa sinh học, hút ẩm và thoái hóa do nhiệt của sợi. Lignin là một polymer hydrocarbon phức tạp gồm cả hợp chất thơm và hợp chất béo. Nhìn chung, chúng không tan trong hầu hết các dung môi và không thể bị phân tách thành các monomer. Lignin có bản chất vô ñịnh hình và kỵ nước. Nó là hợp chất tạo ra ñộ cứng cho sợi thực vật. Trong lignin có sự hiện diện của các nhóm hydroxyl, methoxy và carbonyl. Lignin có chứa 5 nhóm hydroxyl và 5 nhóm methoxy trên một ñơn vị cấu trúc. Người ta cho rằng ñơn vị cấu trúc của lignin là 4- hydroxy-3-methoxy phenyl propane. Lignin ñược xem như là một polymer nhiệt dẻo có nhiệt ñộ thủy tinh hóa khoảng 900C và nhiệt ñộ nóng chảy khoảng 1700C. Nó không bị thủy phân bởi acid nhưng tan trong kiềm, dễ dàng bị oxy hóa và ngưng tụ với phenol. Lignin tuy ổn ñịnh nhiệt nhưng là nguyên nhân gây thoái hóa do tia cực tím (tia UV). Pectin là tên chung cho các heteropolysaccaride. Chúng tạo nên ñộ bền uốn cho thực vật. Sáp là thành phần cuối cùng của sợi và nó bao gồm nhiều loại rượu khác nhau. Bảng 2.1 giới thiệu thành phần hóa học của một số loại sợi tự nhiên. Bảng 2.1. Thành phần hóa học của một số loại sợi tự nhiên.[9] Chương II: TỔNG QUAN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 7 Sợi Cellulose (% khối lượng) Hemicellulose (% khối lượng) Lignin (% khối lượng) Wax (% khối lượng) Bagasse 55.2 16.8 25.3 – Bamboo 26 – 43 30 21 – 31 – Banana 63– 64 19 5 – Coir 32 – 43 0.15 – 0.25 40 – 45 – Cotton 85 – 90 5.7 – 0.6 Flax 71 18.6 – 20.6 2.2 1.5 Hemp 68 15 10 0.8 Jute 61 – 71 14 – 20 12 – 13 0.5 Oil palm 65 – 29 – Pineapple 81 – 12.7 – Ramie 68.6 – 76.2 13 – 16 0.6 – 0.7 0.3 Cấu trúc, góc của vi sợi, kích thước tế bào, khuyết tật và thành phần hóa học của sợi là những thông số quan trọng xác ñịnh tính chất của sợi. Nhìn chung, ñộ bền kéo và module Young của sợi tăng khi tăng hàm lượng cellulose. Góc vi sợi xác ñịnh ñộ cứng của sợi. Sợi thực vật dễ uốn hơn nếu vi sợi có hướng xoắn theo trục sợi. Nếu vi sợi ñược ñịnh hướng song song với trục sợi, sợi sẽ cứng, khó uốn và có ñộ bền kéo cao. Bảng 2.2 giới thiệu những tính chất vật lý quan trọng của sợi tự nhiên. Bản chất phân cực của sợi và ñặc trưng không phân cực của hầu hết các nhựa nhiệt dẻo dẫn ñến khó khăn trong việc trộn lẫn, tạo ra sự phân tán không ñều của sợi bên trong vật liệu nền, làm giảm tính chất của composite sản phẩm. ðây là bất lợi chủ yếu của composite gia cường bằng sợi tự nhiên. Một vấn ñề khác là nhiệt ñộ gia công của composite bị hạn chế ñến 2000C do sợi thực vật bị thoái hóa ở nhiệt ñộ cao hơn, ñiều này làm hạn chế sự chọn lựa vật liệu nền. Ngoài ra, khả năng hút ẩm cao của sợi tự nhiên dẫn ñến sự trương phồng và sự hình thành khoảng trống ở liên diện. ðiều này dẫn ñến cơ tính yếu và giảm sự ổn ñịnh kích thước của composite. Hạn chế khác cản trở việc khai thác sợi tự nhiên trong lĩnh vực vật liệu composite là khả năng kháng khuẩn thấp và dễ mục rửa của sợi. Sự không ñồng ñều về kích thước và cơ tính của sợi tự nhiên (ngay cả giữa những cây khác nhau trong cùng mùa vụ) là những khó khăn khác khi sử dụng sợi tự nhiên cho composite. Tuy nhiên, những thuận lợi mà sợi tự nhiên mang lại nhiều Chương II: TỔNG QUAN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 8 hơn là bất lợi và hầu hết những khuyết ñiểm này có thể khắc phục ñược bằng việc xử lý hóa học. Tóm lại, tỉ lệ các thành phần trong sợi thay ñổi theo các loại sợi khác nhau. Cơ tính của sợi tự nhiên phần lớn liên hệ với lượng cellulose, gắn liền với chỉ số kết tinh của sợi và góc của sợi cơ bản ñối với trục chính của sợi. Khả năng kết tinh của sợi phụ thuộc vào nguồn gốc của nguyên liệu và do liên kết hydro giữa những chuỗi cellulose. Những sợi có chỉ số kết tinh cao hay nói cách khác là hàm lượng cellulose cao sẽ có cơ tính cao hơn. Do ñó, tính chất sợi có thể thay ñổi nếu có bất cứ sự thay ñổi nào về thành phần tạo nên sợi và góc của sợi cơ bản. Ví dụ như nếu những thành phần kết dính ñược loại bỏ sẽ làm cho sự sắp xếp của cellulose tốt hơn, làm tăng chỉ số kết tinh dẫn ñến tính chất sợi sẽ tốt hơn. Ngoài ra, cơ tính kéo của sợi cũng có thể ñược tăng lên tối ña nếu có thể sắp xếp sợi song song với hướng của lực tác dụng. Bảng 2.2. Tính chất vật lý của một số loại sợi tự nhiên.[10] Sợi ðộ bền kéo (MPa) Module Young (GPa) ðộ giãn dài phá hủy (%) Khối lượng riêng (g/cm3) Bagasse 290 17 – 1.25 Bamboo 140 – 230 11 – 17 – 0.6 – 1.1 Banana 500 12 5.9 1.35 Coir 175 4 – 6 30 1.2 Cotton 287 – 597 5.5 – 12.6 7 – 8 1.5 – 1.6 Flax 345 – 1035 27.6 2.7 – 3.2 1.5 Hemp 690 70 1.6 1.48 Jute 393 – 773 26.5 1.5 – 1.8 1.3 Oil palm 248 3.2 25 0.7 – 1.55 Pineapple 1.44 400 – 627 14.5 0.8 – 1.6 Ramie 560 24.5 2.5 1.5 2.2.3. Hình dạng và kích thước của sợi tự nhiên Chương II: TỔNG QUAN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 9 Sợi tự nhiên có nhiều khuyết tật do xoắn trong quá trình sắp xếp của những chuỗi cellulose. Những khuyết tật này thấy rõ qua những gấp khúc trên bề mặt sợi và làm cho sợi ñứt dễ dàng hơn. Không giống như những sợi tổng hợp có ñường kính gần như không ñổi, ñường kính của sợi tự nhiên thay ñổi trong một khoảng lớn. Một thông số quan trọng nữa là tỉ số hình dạng sợi (chiều dài/ñường kính), nó ảnh hưởng ñến cơ tính composite. Tỉ số hình dạng sợi bị thay ñổi ở mức ñộ cao do mài mòn trong suốt quá trình gia công. Một vài phương pháp xử lý hóa học (ví dụ như xử lý kiềm) làm giảm ñường kính sợi nhờ loại bỏ những chất kết dính dẫn ñến việc tăng tỉ số hình dạng sợi. Cũng cần lưu ý rằng sợi tự nhiên trương phồng trong môi trường phân cực như nước, dimethylformamide, dimethylsulfoxyde … dẫn ñến kích thước sợi thay ñổi. 2.2.4. Biến ñổi hóa học và ñặc ñiểm của sợi tự nhiên Sợi tự nhiên dễ biến ñổi hóa học do sự hiện diện của nhóm hydroxyl. Nhóm hydroxyl liên quan ñến sự hình thành liên kết hydro trong phân tử cellulose. Các ñặc tính bề mặt như là sự thấm ướt, sự bám dính, sức căng bề mặt hoặc trạng thái rỗ của bề mặt có thể cải thiện sự biến ñổi hóa học trên. Sự không ñồng ñều của bề mặt sợi ñóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên liên kết cơ học ở bề mặt phân chia. Tính chất của liên diện có thể ñược cải thiện bằng cách xử lý các thành phần một cách phù hợp, làm tăng quá trình biến ñổi sự tương tác vật lý và hóa học ở bề mặt. 2.3. Composite sợi tự nhiên 2.3.1. Giới thiệu Composite gia cường bằng sợi tự nhiên ñã thu hút sự chú ý của phần lớn cộng ñồng các nhà nghiên cứu. Việc ứng dụng vật liệu composite ñược gia cường bằng sợi tự nhiên ñược mở rộng trong hầu hết các lĩnh vực. Tính chất của composite sợi tự nhiên ñược xác ñịnh bởi tính chất của sợi và vật liệu nền, tỉ lệ thể tích sợi, tỉ số hình dạng sợi, hướng của sợi ñối với hướng của lực tác dụng và liên diện sợi/nhựa. Một vấn ñề khác không kém phần quan trọng là sự ổn ñịnh nhiệt của sợi. Chương II: TỔNG QUAN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 10 2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến tính chất của composite sợi tự nhiên 2.3.2.1. ðộ ổn ñịnh nhiệt Hầu hết nhựa nhiệt dẻo ñược gia công ở nhiệt ñộ cao nên sự ổn ñịnh nhiệt của sợi tại nhiệt ñộ gia công là rất quan trọng. Sợi tự nhiên là hỗn hợp phức tạp của các hợp chất hữu cơ nên xử lý nhiệt sẽ dẫn ñến những thay ñổi khác nhau về mặt vật lý và hóa học. Các loại sợi tự nhiên bắt ñầu thoái hóa ở khoảng 2000C. Sự thoái hóa do nhiệt của sợi tự nhiên là quá trình có 2 giai ñoạn: giai ñoạn 1 trong khoảng nhiệt ñộ 200-2500C là sự thoái hóa của hemicellulose, giai ñoạn 2 trong khoảng nhiệt ñộ 250-3000C là sự thoái hóa của lignin. Sợi tự nhiên phân huỷ hoàn toàn trong khoảng nhiệt ñộ 400-6000C. Thành tế bào của sợi bị nhiệt phân khi tăng nhiệt ñộ và tạo thành than. Có thể dùng phương pháp hóa học ñể cải thiện tính ổn ñịnh nhiệt của sợi tự nhiên bằng cách phủ hoặc liên kết sợi với các monomer. Việc xử lý sẽ làm tăng nhiệt ñộ bắt ñầu thoái hóa, làm giảm tốc ñộ thoái hóa và tổng khối lượng vật liệu tổn thất. Sự thoái hóa của sợi tự nhiên do nhiệt ñộ dẫn ñến những tính chất kém như mùi khó chịu, làm bạc màu và làm giảm cơ tính. 2.3.2.2. Khả năng hút ẩm Sợi tự nhiên có tính hút nước do những nhóm hydroxyl sẵn có tương tác với những phân tử nước qua liên kết hydro. Sợi tự nhiên không chỉ tương tác với nước ngay tại bề mặt mà cả ở bên trong sợi. Hàm lượng ẩm có thể thay ñổi từ 10-12% (ñối với sợi xơ dừa), phụ thuộc vào ñộ ẩm tương ñối của môi trường bao quanh khi sợi ở trạng thái cân bằng. Sự hút ẩm của sợi bị ảnh hưởng bởi: - ðộ tinh khiết của cellulose. Ví dụ: sợi tự nhiên thô như sợi sisal không rửa sạch sẽ hấp thụ nước ít gấp 2 lần sợi với sợi ñã ñược rửa sạch. - ðộ tinh khiết của sợi. Sự hút nước làm thay ñổi kích thước composite, liên kết giữa sợi và nhựa kém ñi và do ñó ảnh hưởng ñến cơ tính composite. Trong quá trình gia công composite, ñộ ẩm của sợi có thể dẫn ñến việc khó gia công và sản phẩm bị bọt khí. Chương II: TỔNG QUAN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 11 2.3.2.3. Sự thoái hóa do vi khuẩn và do ánh sáng Hemicellulose gây ra thoái hóa do vi khuẩn trong khi lignin gây ra thoái hóa do ánh sáng. Sợi tự nhiên bị thoái hóa do vi sinh vật vì vi sinh vật có thể nhận ra những polymer có gốc carbohydrate trên thành tế bào. Những lignocellulosic ñể ngoài trời bị thoái hóa do ánh sáng gây ra bởi tia cực tím (UV). Khả năng chống lại thoái hóa sinh học và bức xạ UV có thể cải thiện bằng liên kết hóa học lên polymer của thành tế bào hoặc bằng cách thêm polymer vào nền tế bào. 2.3.2.4. Liên diện sợi/nhựa a/ Bản chất và vai trò của liên diện Tính chất của vật liệu composite không chỉ bị ảnh hưởng bởi tính chất của sợi và nhựa, tỉ lệ phần trăm thể tích sợi, chiều dài sợi, hướng sợi ñối với lực tác dụng mà còn bị ảnh hưởng bởi liên kết giữa nhựa và sợi tại bề mặt phân cách (liên diện). ðặc tính của liên diện ñược quyết ñịnh bởi nhiều nhân tố như bản chất sợi và polymer, tỉ lệ sợi, quá trình gia công và ứng xử của nhựa ñối với sợi. Nhân tố quan trọng nhất ñể sợi gia cường tốt cho vật liệu composite là ñộ bền bám dính giữa polymer nền và sợi. Vật liệu composite ñược gia cường bằng sợi có 3 pha: bề mặt bên ngoài của sợi, liên diện sợi/nhựa và pha trung gian. Những pha này ñược gọi chung là liên diện. Liên diện ñóng vai trò truyền tải lực từ nhựa ñến sợi gia cường, ngăn chặn các lỗ xốp và thoái hóa sợi do môi trường. Lực tác dụng trực tiếp lên vật liệu nền ở bề mặt của composite ñược truyền ñến sợi gần bề mặt nhất và tiếp tục truyền từ sợi này ñến sợi kia qua vật liệu nền và liên diện. Nếu liên diện yếu, sự phân bố lực không ñạt ñược hiệu quả cao và cơ tính của composite bị suy yếu. Liên diện yếu cũng là một bất lợi trong những trường hợp chịu tác ñộng bởi tải trọng bên trong ví dụ như sự giãn nở nhiệt khác nhau của sợi và vật liệu nền. Sự phá hủy sớm có thể xảy ra ở liên diện yếu khi composite chịu tác ñộng của ứng suất nhiệt. Do ñó, nếu có liên diện tốt sẽ cho hiệu quả gia cường của sợi ñối với nhựa nền cao. ðộ bền liên diện ñược xác ñịnh bởi những lực liên kết của bản thân nhựa và tương t

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfComposite nhựa nền Polypropylene gia cường bằng sợi xơ dừa.pdf
Luận văn liên quan