NGHIÊN CƯU CHÊ TAO VÂT LIÊU COMPOSITE TƯ TRÂU VƠI POLYETHYLENE VA POLYPROPYLENE

ĐÊ ƯNG DUNGLAM VÂT LIÊU NÔI THÂT VA GIA DUNG

Chủ nhiệm đề tài: TS. Đoàn Thị Thu Loan

Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Bách Khoa– Đại học Đà Nẵng

Năm nghiệm thu: 2014

I. ĐẶT VÂN ĐỀỞ Việt Nam nguyên liệu nhựa được sản xuất chưa đủ đáp ứng nhu cầu

trong nước do đó hàng năm phải nhập khẩu tới hàng triệu tấn nhựa để sản xuất trong lĩnh vực hàng tiêu dùng (như giày dép, bao bì, dụng cụ văn phòng…), n iô thất, gia dụng, xây dựng, giao thông v n tải… Do đó việc tăng giá nguyên liệu sẽâ làm tăng giá thành các sản phẩm, giảm tính cạnh tranh và hiệu quả kinh tế của ngành nhựa. Mặc khác, các sản phẩm gỗ luôn được ưa chộng vì nó mang lại giá trị thẩm mỹ cao, có ứng dụng hoàn hảo trong các chức năng sử dụng… Tuy nhiên, với điều kiện khí hậu nóng ẩm như ơ nước ta, sản phẩm gỗ thường xảy ra co giãn, có thể bị nứt, cong vênh hoặc mối mọt, mục nát theo thời gian do đó việc bảo vệ và gìn giữ các sản phẩm gỗ là công việc không đơn giản.

Chính vì vậy, nghiên cứu nhằm tìm ra một vật liệu có thể thay thế cho nhựa nguyên chất ơ một vài lĩnh vực không đòi hỏi tính năng cơ lý cao, một vật liệu giả gỗ có thể thay thế sản phẩm gỗ mà không làm mất tính thẩm mỹ đồng thời khắc phục các nhược điểm của gỗ, đặc biệt là giảm giá thành và giảm thiểu nạn phá rừng khai thác gỗ bừa bãi. Vật liệu đó chính là composite sợi tự nhiên còn được gọi là vật liệu composite nhựa gỗ (WPC), là loại v t li u được tạo nên từ nhựa vàâ ê các xơ sợi thực v t tự nhiên như gỗ ho c không phải là gỗ.â ă

Hiện nay, trên thế giới composite sợi tự nhiên được nghiên cứu rộng rãi, sử dụng các nguồn xơ sợi thực vật phong phú như sợi, bột gỗ, đay, gai, dứa dại, lanh, trấu…Trong số các nguồn xơ sợi tự nhiên, trấu là loại xơ sợi tự nhiên có sẵn hàng năm ơ nước ta với lượng lớn, đến trên 8 triệu tấn/năm. Đến mùa thu hoạch thì

lượng trấu thải ra rất nhiều, chỉ một lượng nhỏ được dùng làm chất đốt cho lò sấy, nung gạch, nhà máy nhi t đi n, chất đốt sinh hoạt và làm phân bón, lượngê ê trấu còn lại trơ thành chất thải đô xuống sông, kênh rạch gây ô nhiêm nguồn nước ho c đốt ngoài trời gây ô nhiêm không khí. Chính vì vậy, việc nghiên cứu tận dụngă loại phế thải này làm vật liệu composite rất thiết thực, vừa tận dụng được nguồn phế thải tạo nên sản phẩm có giá trị vừa giải quyết được vấn đề môi trường.

Trong chế tạo vật liệu composite xơ sợi tự nhiên, nhựa polyolefin đặc biệt là polyethylene tỷ trọng cao và polypropylene là hai loại nhựa nền được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Polyolefin có nhiều ưu điểm như giá thành tương đối rẻ, không độc hại trong quá trình gia công, tạo sản phẩm có tính chất cơ lý khá tốt và đặc biệt là có khả năng tái sinh.

Tuy nhiên, do bản chất phân cực cao của độn xơ sợi tự nhiên (trấu, gỗ...) và bản chất không phân cực của polyolefin nên độ tương hợp giữa nhựa và độn xơ sợi tự nhiên không cao, dân đến liên kết tại bề m t tiếp xúc nhựa/độn kém dână đến đ bền của composite tạo thành không cao. Chính vì vậy, nhằm tăng cườngô bám dính giữa độn xơ sợi tự nhiên (còn gọi là độn cellulose) và nhựa nền polyolefin, đã và đang có nhiều nghiên cứu khác nhaunhư biến tính bề mặt sợi, sử dụng chất tương hợp… Trong đó, sử dụng chất tương hợp polyolefin maleat hóa được xem là phương pháp thích hợp nhất để cải thiện tính chất của composite nền polyolefin và độn cellulose.Với một lượng nhỏ chất tương hợp có thể cải thiện đáng kể một số tính chất của composite nền polyethylene và độn cellulose. Mặc khác trong quá trình gia công và sử dụng sản phẩm, dưới tác dụng của nhiệt độ cao, ánh sáng, tia UV, oxy không khí, đ ẩm môi trường, vi sinh v t…có thể xảyô â ra sự phân hủy các vật liệu thành phần làm ảnh hương đến các tính năng cơ, lý và ngoại quan của sản phẩm composite. Chính vì v y vi c nghiên cứu sử dụng loại vàâ ê lượng phụ gia thích hợp nhằm hạn chế sự phân hủy của sản phẩm khi gia công, sử dụng sản phẩm trong môi trường có m t của các tác nhân trên là rất quan trọng.ă

Ưu điểm chính của vật liệu composite sợi tự nhiên là: Trọng lượng riêng thấp, có khả năng tái sinh (đối với nền nhựa nhiệt dẻo), tiêu thụ năng lượng thấp khi gia công, có khả năng phân hủy sinh học (khi sử dụng nhựa nền thích hợp), ít gây mài mòn thiết bị gia công, thân thiện với môi trường, giá thành thấp, bền lâu, chi phí bảo trì thấp... Chính vì v y v t li u composite sợi tự nhiên đã và đangâ â ê

được sự quan tâm nghiên cứu ứng dụng trên thế giới. Năm 2010, hơn 1.5 triệu tấn vật liệu composite sợi tự nhiên được sản xuất trên toàn thế giới, trong đó Mỹ chiếm phần lớn (khoảng 73%). Tại Mỹ, composite sợi tự nhiên được sử dụng làm ván sàn và vật liệu phục vụ cho ngành đường sắt. Trong khi đó, ơ Châu Âu lại chú trọng vào các ứng dụng trong trong lĩnh vực sản xuất ôtô (khoảng 5%). Ở các nước châu Á, đặc biệt là Trung Quốc (15%) và Nhật Bản (7%), bắt đầu có sự tăng trương đáng kể với nhiều sản phẩm đa dạng bao gồm: nội thất, cửa sô, cửa đi, hàng rào... Ở Bắc Mỹ, bột gỗ và trấu được dùng phô biến để làm vật liệu gia cường cho composite trong những ứng dụng xây dựng, n i thất (tấm sàn, hàngô rào, cửa...) và gia dụng (bàn, ghế, tủ…). Thị trường sản phẩm composite ứng dụng theo các hướng này rất phát triển trong những thập niên qua.

Ở Việt Nam, nghiên cứu về composite sợi tự nhiên mới được chú trọng trong những năm gần đây và đã đạt được một số thành tựu ban đầu. Một trong số những đơn vị, tô chức tiến hành nghiên cứu đầu tiên là: Phân viện Khoa học vật liệu tại thành phố Hồ Chí Minh (thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia) hoàn thành công trình nghiên cứu và sản xuất trong phòng thí nghiệm tấm composite từ các loại phế thải như nhựa phế liệu, mạt cưa…; ThS. Trần Vĩnh Minh và nhóm cộng sự ơ Trung tâm kỹ thuật chất dẻo và cao su thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu vật liệu composite từ polypropylene và bột trấu làm tấm cách âm; Nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng đã nghiên cứu chế tạo composite sợi đay, mùn cưa…Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu ơ Việt Nam chưa có tính hệ thống. Trong tình hình thực tế đó, việc nghiên cứu m t cách h thống về vật liệu composite nhựa trấu nói riêng vàô ê composite sợi tự nhiên nói chung là rất cần thiết.

Từ những phân tích trên, đề tài “Nghiên cưu chê tao v t li u composite tưâ ê trâu vơi polyethylene va polypropylene đê ưng dung lam v t li u n i thât vaâ ê ô gia dung” là thiết yếu nhằm tạo ra v t li u mới composite nhựa trấu có giá trị từâ ê phế phẩm nông nghi p là trấu, và nhựa polyolefin (polyethylene vàê polypropylene), giải quyết vấn đề ô nhiêm môi trường do lượng thừa trấu gây nên, chủ đ ng hơn về nguồn nguyên li u, giảm thiểu nạn phá rừng, khai thác gỗô ê bừa bãi…

II. MUC TIÊU NGHIÊN CƯU-Khảo sát điều ki n gia công chế tạo mâu thử;ê-Khảo sát ảnh hương của các thành phần để thiết lập đơn phối liệu;

-Khảo sát chế đ gia công tạo mâu sản phẩm;ô-Khảo sát các tính năng của sản phẩm (khả năng chịu nước và nước biển,

khả năng chống lão hóa, chống nấm mốc, chống cháy…);

-Xây dựng quy trình công ngh gia công tạo mâu sản phẩm;ê-Đánh giá khả năng sử dụng của sản phẩm (tính năng kỹ thu t, kinh tế và soâ

sánh với các v t li u khác).â êIII. ĐỐI TƯỢNG,PHAM VI NGHIÊN CƯU

- Đối tượng nghiên cứu: Các điều kiện gia công tạo mâu, đơn phối liệu, các tính chất cơ lý, chịu nước, lão hóa… của mâu composite.

-Đối tượng khao sát: Nhựa polyethylene, polypropylene, trấu, phụ gia cải thiện độ tương hợp, chống lão hóa, ôn định gia công, chống vi sinh v t…â

- Phạm vi nghiên cứu: Quy mô phòng thí nghiệm và sản xuất thử sản phẩm tại xương sản xuất của Công ty TNHH Sản xuất Thương mại và Dịch vụ Hợp Long Thành.

IV. KÊT QUẢ NGHIÊN CƯU1. Nghiên cứu tổng quan, khảo sát và thực nghiệm

Đề tài đã tiến hành nghiên cứu tông quan về Composite nhựa trấu (composite có thành phần độn là trấu và nhựa nền là nhựa nhiệt dẻo ho c nhựaă nhi t rắn). Ở đây composite được nghiên cứu là composite trấu/polyolefin nênê thành phần chính là đ n trấu và nhựa nền là polyolefin gồm polyethylene vàô polypropylene. Ngoài ra, trong đơn phối li u còn có m t của các phụ gia: tươngê ă hợp, ôn định gia công, ôn định quang, chống vi sinh v t…â

Đề tài tiến hành khảo sát các loại nguyên liệu: nhựa polyethylene (PE), nhựa polypropylene (PP), trấu, phụ gia tương hợp (Polybond 3029 và Polybond 3200), phụ gia ôn định gia công Songnox 1010, phụ gia ôn định quang, phụ gia chống vi sinh vật kẽm borate Zn(BO2)2.

Quá trình thực nghiệm, nhóm nghiên cứu sử dụng các thiết bị, dụng cụ thí nghiệm như: Thiết bị đùn hai trục vít Rheomex CEW100 QC, Haake, Đức; thiết bị đúc tiêm MiniJet II, Haake, Đức; thiết bị đo độ bền kéo và uốn AG-X plus, Shimadzu, Nhật; thiết bị đo độ bền va đập HIT 50P, Zwick/Roell, Đức; thiết bị SEM LEO 435 VP (Leo Elektronenmikroskopie), Đức; thiết bị FT-IR Nicolet 6700, Thermo, Đức; sàng rung; cân phân tích Ohaus PA 214, Mỹ; tủ sấy UNB 500, Nhật; lò nung L9/11 P320, Nhật,...

Nội dung thực nghiệm:

-Phân tích nguyên liệu trấu;

-Nghiên cứu đưa ra điều ki n gia công chế tạo mâu thử nghi m tối ưu;ê ê-Nghiên cứu thiết lập đơn phối liệu;

-Khảo sát các tính năng của sản phẩm (khả năng chịu nước và nước biển, khả năng chống lão hóa, khả năng chống nấm mốc, khả năng chống cháy);

-Nghiên cứu đưa ra chế đ gia công tạo mâu sản phẩm tối ưu;ô-Xây dựng quy trình công ngh gia công tạo mâu sản phẩm;ê-Đánh giá khả năng sử dụng của sản phẩm (tính năng kỹ thu t, kinh tế và soâ

sánh với các v t li u khác).â êQuy trình nghiên cứu được thể hiện bằng sơ đồ khối:

Sơ đồ quy trình nghiên cứu

2. Phân tích, đánh giá kết quảTiến hành phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu trấu theo tiêu

chuẩn ASTM D-1102-84. Tiếp theo xác định hàm lượng tro, khảo sát thành phần của tro trấu. Hàm ẩm của trấu được xác định theo tiêu chuẩn DIN5171. Trọng lượng thể tích của trấu và bột trấu được xác định theo tiêu chuẩn ASAE S269.4. Tiếp theo, gia công chế tạo mâu composite (Mâu thử được tạo theo phương pháp hai giai đoạn: Tạo compound bằng thiết bị ép đùn và tạo mâu composite bằng thiết bị đúc tiêm ho c đúc ép) và khảo sát các tính chất của composite (với cácă tính chất trọng lượng riêng, tính chất cơ học, tính chất nhi t, tính chất cháy, tínhê

lão hóa, đ kháng vi sinh v t, đ chịu nước, nước biển, khảo sát hình thái cấuô â ô trúc bề m t và bề m t phá hủy của mâu).ă ă

Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm với các nội dung:

- Phân tích nguyên liệu trấu: thành phần hóa học, hàm lượng tro, thành phần tro, hàm ẩm, trọng lượng thể tích;

- Khảo sátđiều ki n gia công tạo mâu composite: Khảo sát nhiệt độ gia côngê composite trấu/polyethylene, khảo sát nhiệt độ gia công composite trấu/polypropylene;

- Khảo sát thành l p đơn phối li u tối ưu: Ảnh hương của hàm lượng độnâ ê trấu, ảnh hương của hàm lượng chất tương hợp, khảo sát bề mặt phá hủy của composite bằng kính hiển vi điện tử quét, ảnh hương của hàm lượng phụ gia ôn định gia công đến tính chất composite, ảnh hương của phụ gia ôn định quang đến tính chất composite, ảnh hương của phụ gia ôn định vi sinh v t;â

- Khảo sát điều kiện đúc ép tạo mâu composite: Khảo sát điều kiện gia công composite trấu/polyethylene, khảo sát điều kiện gia công composite trấu/polypropylene;

- Khảo sát khả năng chịu nước và nước biển của sản phẩm composite: Thay đôi trọng lượng mâu trước và sau khi ngâm trong nước và nước biển, khảo sát độ bền mâu polyolefin, composite trước và sau khi ngâm trong môi trường;

- Khảo sát khả năng chống lão hóa của composite: Phân tích màu bề mặt mâu composite trước và sau lão hóa, khảo sát hình thái học bề mặt mâu composite trước và sau lão hóa, khảo sát độ bền mâu composite trước và sau lão hóa;

- Khảo sát khả năng chịu nấm mốc vi sinh vật: Độ giảm trọng lượng mâu, độ giảm độ bền mâu, khảo sát ngoại quan;

- Xây dựng bảng thông số kỹ thu t của v t li u: Từ các kết quả phân tích,â â ê khảo sát đã tông hợp và xây dựng bảng thông số kỹ thu t của v t li u compositeâ â ê trấu/polyethylene và composite polypropylene như được trình bày ơ các bảng sau:

Tinh chât Thông số Tiêu chuân Đơn vị Giá trị

Tính chất v tâ Trọng lượng riêng DIN 53479 g/cm3 1.11

lý

Tính chất cơ học

Đ bền kéoô ISO 527-3 MPa 25.29

Đ bền uốnôISO 178

MPa 34.87

Modul uốn MPa 2405

Đ bền va đ pô â ISO 180 không vết cắt

kJ/m2 6.65

Đ cứngôISO 2039-1

132.39N, 30sN/mm2 57

Tính chất nhi tê

Nhi t đ nóng chảyê ô DSC (Tốc đ giaô nhi t 10ê oC/phút)

oC 129.99

Nhi t đ biến dạngê ô nhi t (HDT)ê ISO 75-1/A oC 57.9

H số giãn nơ nhi tê ê tuyến tính

ASTM E831 µm/oC85 (-10÷50oC)

148 (50÷100oC)

Tính chất cháy

Chỉ số oxyASTM D2565

% 23.1

Tốc đ cháyô mm/phút 18.19

Lão hóa

Lão hóa tự nhiên sau khi phơi ngoài trời 1 năm

ASTM

D 1435-05

Mức đ giảmô đ bền uốnô

(%)3

Mức đ giảmô đ bền va đ pô â

(%)5

Lão hóa nhân tạo sau 2000h

DIN 6174 Mức độ thay đôi màu (E)

21.83

Mức đ giảmô đ bền uốnô

(%)

5

Mức đ giảmô đ bền va đ pô â

(%)7

Đ kháng vi ôsinh v tâ

Đ giảm trọng lượngô sau khi phơi 12 tuần trong môi trường nấm mục ASTM

D 2017

% 2

Đ giảm đ bền vaô ô đ p sau khi phơi 12â tuần trong môi trường nấm mục

% 3

Đ chịu môi ôtrường

Đ tăng trọng lượngô sau khi ngâm trong nước 24h, nhi t đê ô phòng

ISO 62:2001

% 0.39

Đ tăng trọng lượngô sau khi ngâm trong nước biển 24h, nhi tê đ phòngô

% 0.41

Cac thông sô ky thu t cua composite trâu/polyethyleneâ

Tinh chât Thông số Tiêu chuân Đơn vị Giá trị

Tính chất v t lýâ Trọng lượng riêng DIN 53479 g/cm3 1.05

Tính chất cơ học

Đ bền kéoô ISO 527-3 MPa 31.18

Đ bền uốnôISO 178

MPa 44.32

Modul uốn MPa 2898

Đ bền va đ pô â ISO 180 không vết cắt

kJ/m2 5.42

Đ cứngô ISO 2039-1

132.39N, 30sN/mm2 86

Tính chất Nhi t đ nóng chảyê ô DSC (Tốc đ giaô oC 162.67

nhi tê

nhi t 10ê oC/phút)

Nhi t đ biến dạngê ô nhi t (HDT)ê ISO 75-1/A oC 61.4

H số giãn nơ nhi tê ê tuyến tính

ASTM E831 µm/oC68 (-10÷50oC)

113 (50÷100oC)

Tính chất cháy

Chỉ số oxyASTM D2565

% 23.4

Tốc đ cháyô mm/phút 18.53

Lão hóa

Lão hóa tự nhiên sau khi phơi ngoài trời 1 năm

ASTM

D 1435-05

Mức đ giảmô đ bền uốnô

(%)16

Mức đ giảmô đ bền va đ pô â

(%)19

Lão hóa nhân tạo sau 2000h

DIN 6174

Mức độ thay đôi màu (E)

33.22

Mức đ giảmô đ bền uốnô

(%)22

Mức đ giảmô đ bền va đ pô â

(%)24

Đ kháng vi ôsinh v tâ

Đ giảm trọng lượngô sau khi phơi 12 tuần trong môi trường nấm mục ASTM

D 2017

% 2

Đ giảm đ bền vaô ô đ p sau khi phơi 12â tuần trong môi trường nấm mục

% 3

Đ chịu môi ôtrường

Đ tăng trọng lượngô sau khi ngâm trong nước 24h, nhi t đê ô phòng

ISO 62:2001

% 0.34

Đ tăng trọng lượngô sau khi ngâm trong nước biển 24h, nhi tê

% 0.38

đ phòngô

Cac thông sô ky thuât cua composite trâu/polypropylene3. Khảo sát khả năng ứng dụng của sản phẩm

- So sánh tính năng của composite trấu/polyolefin với các v t li u khác: soâ ê sánh tính năng của composite trấu/polyolefin với gỗ, so sánh tính năng của composite trấu/polyolefin với nhựa, so sánh tính năng của composite trấu/polyolefin với composite nhựa gỗ thương phẩm.

- Tính toán giá thành sản phẩm:

+ Với đơn phối liệu tạo mâu composite trấu/polyethylene: Giả sử tạo mâu composite có kích thước là 1000x1000x15(mm) (nghĩa là 1m2 composite, chiều dày 15mm), với trọng lượng riêng là 1.11g/cm3 thì sẽ có trọng lượng là 16,65kg. Giá thành nguyên li u là 305.445đồng, chi phí gia công 1mê 2 composite trấu/polyethylene chiều dày 15mm khoảng 611.000đồng;

+ Với đơn phối liệu tạo mâu Composite trấu/polypropylene: Giả sử tạo 1m2composite trấu/polypropylene, chiều dày 15mm với trọng lượng riêng là 1.05g/cm3 thì sẽ có trọng lượng là 15,75kg. Giá thành nguyên li u làê 278.623đồng, chi phí gia công 1m2 composite trấu/polypropylene chiều dày 15mm khoảng 558.000đồng;

+So sánh giá thành của composite trấu/polyolefin với gỗ: Giá của composite trấu/polyolefin tương đương với giá của các loại gỗ mềm như thông, sồi, cà chít…(giá từ 550.000đồng/m2 đến 700.000đồng/m2), nhưng thấp hơn nhiều so với gỗ tự nhiên thu c nhóm gỗ A2 như Căm Xe, Chiu Liu, Xoan Đào,…(giá từô 850.000đồng/m2 đến 1.200.000đồng/m2). Đặc biệt với các loại gỗ thuộc nhóm gỗ quý A1 như Lim, Giáng Hương, Gõ Đỏ, Óc Chó (Walnut)… thì có giá rất cao dao động từ 1.400.000đồng/m2đến 2.000.000đồng/m2.4. Quy trình công nghệgia công chế tạo mẫu sản phẩm

Đề tài đã xây dựng quy trình công nghệ gia công chế tạo mâu sản phẩm:4.1. Đơn phối liệu

Qua khảo sát ảnh hương của các thành phần để thiết lập đơn phối liệu, đưa ra đơn phối liệu cụ thể như sau:

Thành phần Hàm lượng (%)

Trấu 50.0

Nhựa polyethylene 42.1

Chất tương hợp MAPE 4.0

Chất ôn định gia công, songnox 0.7

Chất ôn định ánh sáng, songlight 0.5

Chất ôn định UV, songsorb 0.5

Chất ôn định vi sinh vật, kẽm borate 2.0

Đơn phôi liệu gia công chế tạo composite trâu/polyethylene

Thành phần Hàm lượng (%)

Trấu 50.0

Nhựa polypropylene 43.9

Chất tương hợp MAPP 2.0

Chất ôn định gia công, songnox 0.7

Chất ôn định ánh sáng, songlight 0.7

Chất ôn định UV, songsorb 0.7

Chất ôn định vi sinh vật, kẽm borate 2.0

Đơn phôi liệu gia công chế tạo composite trâu/polypropylene4.2.Quy trình công nghệ gia công chế tạo mẫu sản phẩm

Quy trình gia công mâu sản phẩm được thể hiện bằng sơ đồ khối:

Quy trình công nghệ gia công chế tạo mẫu sản phẩm

Composite được chế tạo qua hai giai đoạn: ép đùn tạo compound và đúc ép tạo mâu composite.

-Xử lý nguyên liệu trâu:

Trấu trước khi sử dụng được xay, phân loại bằng sàng có kích thước lỗ 0.5mm. Sau khi được phân loại kích thước, trấu được sấy ơ 800C trong vòng 24h và được bảo quản trong bao kín trước khi gia công. Trấu sau khi sấy được sử dụng trực tiếp làm đ n mà không qua quá trình xử lý nào.ô

- Ép đùn tao compound

Các nguyên liệu gồm nhựa, trấu và phụ gia được khuấy đều bằng máy khuấy tốc độ 30÷50 vòng/phút trong vòng 5 phút và cho vào phêu nạp liệu của máy ép đùn trục vít. Compound đùn ra đường kính khoảng 2 mm được làm mát bằng không khí và cắt tạo hạt với chiều dài 3÷5mm.

Thông số Composite trâu/PP Composite trâu/PE

Nhiệt độ vùng trộn (oC) 190 160

Tốc độ quay trục vít (Vòng/phút)

50 50

Chế độ gia công ép đùn tạo compound

- Đúc ép tao mẫu sản phẩm:

Các hạt compound sau khi cắt được sấy ơ 50oC trong vòng 24h, được đóng bao kín để tránh hấp thụ ẩm trơ lại. Các hạt compound được sử dụng cho đúc ép với các chế độ gia công như ơ bảng dưới đây:

Thông số Composite trấu/PP Composite trấu/PE

Nhiệt độ ép (oC) 200 180

Thời gian ép nóng (phút) 10 15

Thời gian ép nguội (phút) 5 5

Áp lực ép (MPa) 5 5

Chế độ gia công đúc ép tạo mẫu composite

Đối với composite trấu/polyethylene: Nhiệt độ đúc ép tối ưu là 180oC, thời gian ép 15 phút ơ áp suất 5MPa, thời gian làm nguội 5 phút ơ áp suất 5MPa.

Đối với composite nền nhựa polypropylene: Nhiệt độ đúc ép tối ưu là 200oC thời gian ép 10 phút ơ áp suất 5MPa, thời gian làm nguội 5 phút ơ áp suất 5MPa.

Đầu tiên gia nhiệt khuôn lên 150oC, cho nguyên liệu vào và đóng khuôn. Tăng nhiệt độ lên nhiệt độ ép và duy trì dưới áp suất, thời gian yêu cầu để compound nóng chảy điền đầy khuôn, sau đó cho dòng nước lạnh vào khuôn để quá trình hóa rắn nhựa xảy ra, trong thời gian này vân duy trì áp lực đến khi hóa rắn hoàn toàn (5 phút). Sau đó giảm áp lực, tháo khuôn và lấy sản phẩm.5. Một số hình ảnh sản phẩm

Từ đơn phối liệu và điều kiện gia công mâu bằng công nghệ đúc ép tối ưu, đã tạo nên các tấm, thanh bằng composite và lắp ráp thành các mâu sản phẩm sau: 2 cánh cửa, 2 bàn gồm 1 bàn thấp và 1 bàn cao và các tấm vách. Do một số phần của sản phẩm có kích thước lớn như phần khung cửa và chân bàn vượt quá khả năng chế tạo của thiết bị nên phải làm bằng gỗ, còn đa số các bộ phận còn lại của các sản phẩm này đều làm bằng composite trấu/polyolefin.

Các mâu sản phẩm được chế tạo bằng thiết bị đúc ép tại công ty TNHH SX Thương mại và dịch vụ Hợp Long Thành Đà Nẵng.

Cac tâm composite trâu/polyolefin

Mẫu bàn thâp (trai) và bàn cao (phải) làm bằng composite trâu/polypropylene

Mẫu cửa composite trâu/polyethylene (Phần khung làm bằng gỗ)

Hình ảnh cac tâm vach lắp rap từ composite trâu/polyolefin

Qua nghiên cứu cho thấy vật liệu trấu/polyolefin có thể thay thế cho những sản phẩm nhựa và gỗ tự nhiên nhờ những tính chất ưu việt sau:

- Bề m t ngoài giống gỗ, nhẹ, không cong vênh, rạn nứt, kháng nấm mốc, viă sinh vật, bền nước… tương thích tốt với điều kiện khí hậu nước ta.

- Có thể gia công bằng các công cụ mộc truyền thống: đục đẽo, cưa, khoan, bắt vít, đóng đinh …

Cưa mẫu (trai) và hình ảnh mẫu được cưa (phải)

Trong đề tài này, hai hệ composite nghiên cứu đó là: Composite trấu/polyethylene và composite trấu/polypropylene. Mỗi hệ có những tính chất đặc trưng riêng do vậy phạm vi ứng dụng có thể khác nhau.

Composite trấu/polyethylene có ưu điểm vượt trội là khả năng chống lão hóa tốt hơn (chống ánh sáng, UV tốt hơn), có độ bền va đập cao hơn do vậy phù hợp với những ứng dụng ngoại thất như hàng rào, cửa, tấm sàn ngoài trời, tấm lợp…Còn composite trấu/polypropylene có khả năng chống lão hóa kém nhưng có độ cứng cao hơn, chống biến dạng nhiệt tốt hơn, độ bền kéo, uốn, modul cao hơn nên phù hợp với những ứng dụng nội thất như tấm trần, vách ngăn, cầu thang, sàn nhà…và gia dụng như bàn, ghế, tủ, giá sách…

V. KÊT LUÂN VA KIÊN NGHỊ1. Kết luận

Từ những kết quả thu được trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài này, rút ra được một số kết luận như sau:

- Đã phân tích một số tính chất lý hóa của trấu. Đặc biệt, hàm lượng tro trong trấu khá cao, chứa chủ yếu là silic, thành phần này có lợi cho composite về khả năng chịu nước, chống cháy, chịu nhiệt...Mặc khác, độ hút ẩm của trấu khá

cao (9.8%) nên trấu cần được sấy và bảo quản trong bao kín trước khi sử dụng chế tạo sản phẩm composite.

- Đã nghiên cứu thành công chế tạo composite trấu/polyolefin. Mâu thử nghiệm được chế tạo bằng phương pháp hai giai đoạn: ép đùn tạo compound và đúc tiêm tạo mâu composite; Mâu sản phẩm được chế tạo bằng phương pháp hai giai đoạn: ép đùn tạo compound và đúc ép tạo mâu composite.

+ Đối với composite nền nhựa polyethylene, nhiệt độ ép đùn (vùng trộn) tối ưu là 160oC với tốc độ quay trục vít 50vòng/phút. Nhiệt độ đúc tiêm tối ưu là 180oC ơ áp suất 800bar. Nhiệt độ đúc ép tối ưu là 180oC, thời gian ép 15 phút ơ áp suất 5MPa, thời gian làm nguội 5phút ơ áp suất 5MPa.

+ Đối với composite nền nhựa polypropylene, nhiệt độ ép đùn tối ưu là 190oC với tốc độ quay trục vít 50 vòng/phút. Nhiệt độ đúc tiêm tối ưu là 190 oC ơ áp suất 800bar. Nhiệt độ đúc ép tối ưu là 200oC thời gian ép 10 phút ơ áp suất 5MPa, thời gian làm nguội 5 phút ơ áp suất 5MPa.

-Đã nghiên cứu đưa ra đơn phối liệu.

- Đã khảo sát các tính chất lý hóa của vật liệu và đưa ra bảng thông số kỹ thuật của sản phẩm đồng thời so sánh tính chất của sản phẩm với một số vật liệu khác như gỗ, nhựa và sản phẩm nhựa gỗ thương phẩm trên thế giới. Composite trấu/polyolefin có ưu điểm vượt trội so với gỗ đó là khả năng kháng nấm mục, kháng nước, hệ số giãn nơ nhiệt thấp (chống rạn nứt, cong vênh khi nhiệt độ thay đôi) và ưu điểm so với nhựa (PE, PP) đó là modul và khả năng chống cháy cao hơn. Hầu hết các tính chất lý, hóa của sản phẩm composite trấu/polyolefin nghiên cứu tương đương với một số loại sản phẩm nhựa gỗ thương phẩm hiện có mặt trên thị trường thế giới. Điều này có thể khăng định khả năng thương mại hóa của sản phẩm composite trấu/polyolefin nghiên cứu.

- Với ưu điểm vượt trội của mỗi hệ composite cho thấy: Composite trấu/polyethylene phù hợp với những ứng dụng ngoại thất như hàng rào, cửa, tấm sàn ngoài trời, tấm lợp…Còn composite trấu/polypropylene phù hợp với những ứng dụng nội thất như tấm trần, vách ngăn, cầu thang, sàn nhà…và gia dụng như bàn, ghế, tủ, giá sách…

-Nghiên cứu so sánh giá với một số loại gỗ trên thị trường cho thấy giá của composite trấu/polyolefin thấp hơn nhiều so với nhóm gỗ A2 như Căm Xe, Chiu Liu, Xoan Đào…Đó là nhóm gỗ phô biến dùng sản xuất các sản phẩm gia dụng, nội thất như bàn, ghế, tủ, cửa… Chính vì vậy đối với những sản phẩm gia dụng, nội thất việc sử dụng composite trấu/polyolefin thay thế một phần hoặc hoàn toàn sản phẩm gỗ sẽ hạ đáng kể giá thành sản phẩm.

Với những ưu điểm của composite trấu/polyolefin như trên hy vọng trong tương lai đây sẽ loại vật liệu được lựa chọn để thay thế cho các vật liệu truyền thống gỗ, nhựa trong lĩnh vực nội thất và gia dụng.

Thành phố Đà Nẵng là một thành phố trẻ, đang có tốc độ phát triển và mật độ xây dựng cao với nhiều cơ sơ hạ tầng, công trình kiến trúc hiện đại. Vật liệu gỗ luôn gắn kết với kiến trúc và nội thất đòi hỏi cũng theo xu hướng mới, hiện đại và thẩm mỹ hơn. Cùng với định hướng phát triển Đà Nẵng phấn đấu trơ thành Thành phố môi trường, phát triển bền vững và hội nhập, việc sử dụng vật liệu mới, vật liệu xanh, sạch thân thiện và bảo vệ môi trường đang ngày càng được các cấp lãnh đạo chính quyền khuyến khích đưa vào sử dụng, hy vọng rằng sản phẩm composite trấu/polyolefin của nhóm nghiên cứu sẽ là một trong những vật liệu tiềm năng trong tương lai cho những ứng dụng nội thất, gia dụng đối với thị trường Đà Nẵng, Miền Trung-Tây Nguyên nói riêng và cả nước nói chung.

2. Kiến nghịDo điều kiện về trang thiết bị không cho phép nên các sản phẩm được chế tạo bằng công nghệ đúc ép. Công nghệ này có ưu điểm lớn về vốn đầu tư thiết bị ban đầu thấp nhưng quy trình sản xuất gián đoạn, giới hạn kích thước sản phẩm, năng suất thấp. Chính vì vậy, nếu được đầu tư trang thiết bị thì sản xuất composite trấu/polyolefin theo công nghệ ép đùn sẽ là giải pháp tối ưu.