Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa nền polyeste không no gia cường sợi tự nhiên, có bổ sung vi sợi đi từ nguồn phế thải của tre

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN VIẾT THUYỀN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA NỀN POLYESTE KHƠNG NO GIA CƯỜNG SỢI TỰ NHIÊN, CĨ BỔ SUNG VI SỢI ĐI TỪ NGUỒN PHẾ THẢI CỦA TRE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT VẬT LIỆU PHI KIM NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS TS TẠ THỊ PHƯƠNG HÒA HÀ NỘI – NĂM 2014 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, em hoàn thành luận văn cao học Em xin chân thành cảm ơn PGS TS Tạ Thị Phương Hịa giúp đỡ tận tình truyền thụ kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn Thầy cô giáo Trung tâm Polyme Đại học Bách khoa Hà Nội, anh chị bạn bè giúp đỡ em hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2014 Sinh viên thực Trần Viết Thuyền MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC BẢNG ii DANH MỤC CÁC HÌNH iii MỞ ĐẦU PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOZIT 1.1 Nhựa polyeste không no (PEKN) [4, 5, 6, 7, 15, 16] 1.1.1 Khái niệm nhựa PEKN [7] .2 1.1.2 Nguyên liệu sản xuất nhựa PEKN [4] .2 1.1.3 Lý thuyết tổng hợp nhựa PEKN [7] 1.1.4 Sản xuất nhựa PEKN [7] 1.1.5 Đóng rắn nhựa PEKN [4, 6] 1.1.6 Tính chất ứng dụng [7] 1.2 Sợi thủy tinh, sợi tự nhiên 1.2.1 Sợi thủy tinh (STT) 1.2.2 Sợi tự nhiên(STN)[3, 12, 16] 10 1.2.3 Tính chất lý sợi [3] .13 1.2.4 Phương pháp chế tạo sợi kỹ thuật TT NCVL PC Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [12] .13 1.3 Vi sợi xenlulo (MFC-Microfibril Cellulose) [3, 9, 12, 18, 19, 20, 21,…] .14 1.3.1 Khái niệm cấu trúc vi sợi xenlulo .14 1.3.2 Các phương pháp chế tạo vi sợi xenlulo TT NCVL PC trường Đại học Bách khoa Hà Nội 15 1.3.3 Ưu điểm ứng dụng vi sợi MFC 17 1.4 Vật liệu PC/STT, PC/STN phương pháp gia công [1, 3, 5, 7, 14] 18 1.4.1 Vật liệu compozit gia cường sợi thủy tinh (PC/STT) 18 1.4.2 Vật liệu compozit sợi tự nhiên (PC/STN) [3] 18 1.4.3 Vật liệu PC lai tạo STT STN 19 1.4.4 Các phương pháp gia công vật liệu compozit [1, 5, 14] 20 PHẦN - HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Nguyên liệu 27 2.2.1 Nhựa Polyeste không no (PEKN) 27 2.2.2 Sợi gia cường 27 2.2.3 Chất đóng rắn Trigonox V388 28 2.2.4 MFC từ phế thải nứa .28 2.2 Các phương pháp nghiên cứu chế tạo 29 2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu nứa phế thải nứa 29 2.2.2 Phương pháp nấu bột giấy từ phế thải nứa 31 2.2.3 Các phương pháp phân tích thành phần bột nguyên liệu bột giấy 35 2.2.4 Phương pháp xác định hàm lượng phần gel 41 2.2.5 Phương pháp chế tạo hỗn hợp PEKN/MFC máy nghiền bi 41 2.2.6 Chế tạo mẫu nhựa đúc PEKN có khơng có chứa MFC 42 2.2.7 Chế tạo vật liệu PC phương pháp lăn ép tay phương pháp túi hút chân không 43 2.2.8 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 46 2.2.9 Phương pháp đo độ bền kéo vật liệu 46 2.2.10 Phương pháp đo độ bền uốn vật liệu .47 2.2.11 Phương pháp đo độ bền va đập 48 2.2.12 Phương pháp đo độ bền mỏi động 49 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 3.1 Khảo sát thành phần hóa học nứa phế thải nứa .50 3.2 Hiệu suất nấu bột giấy thành phần hóa học bột giấy 51 3.3 Khảo sát trình chế tạo phân tán MFC vào nhựa PEKN phương pháp nghiền máy nghiền bi hành tinh Ball Mill Of Planetary Type 52 3.3.1 Xử lý bột giấy cho trình nghiền 52 3.3.2 Khảo sát trình chế tạo phân tán MFC vào nhựa PEKN 53 3.4 Khảo sát tính chất lý nhựa PEKN có khơng có MFC .56 3.5 Khảo sát tính chất lý vật liệu PC PEKN/TT PEKNMFC/TT 58 3.5.1 Ảnh hưởng phương pháp gia cơng tới tính chất lý vật liệu PC polyeste gia cường mat thủy tinh .58 3.5.2 Ảnh hưởng MFC tới tính chất lý vật liệu PC PEKN/TT .62 3.6 Khảo sát tính chất vật liệu PC lai tạo PEKN/TT-Tr PEKNMFC/TT-Tr, gia công phương pháp túi chân không 65 3.7 Ảnh hưởng MFC phương pháp gia công đến độ bền mỏi loại vật liệu PC .68 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết đầy đủ Chữ viết tắt Polyme compozit PC Polyeste không no PEKN Phần khối lượng PKL Vi sợi xenlulo (Microfibril Cellulose) MFC Hỗn hợp nhựa polyeste không no MFC, hàm lượng MFC = 0,3 phần khối lượng nhựa PEKNMFC Sợi thủy tinh STT Sợi tự nhiên STN Mat thủy tinh TT Mat tre Tr Polyme compozit gia cường sợi thủy tinh PC/STT Polyme compozit gia cường sợi tự nhiên PC/STN Phương pháp lăn ép tay (L) Phương pháp túi chân không (V) Polyme compozit nhựa polyeste không no gia cường mat thủy tinh, gia công phương pháp lăn ép tay Polyme compozit nhựa polyeste không no gia cường mat thủy tinh, gia công phương pháp túi chân không Polyme compozit từ hỗn hợp nhựa polyeste không no MFC, gia cường mat thủy tinh, gia công phương pháp lăn ép tay Polyme compozit từ hỗn hợp nhựa polyeste không no MFC, gia cường mat thủy tinh, gia công phương pháp túi chân không Polyme compozit lai tạo nhựa polyeste không no với mat thủy tinh mat tre, gia công túi chân không Polyme compozit lai tạo từ hỗn hợp polyeste không no MFC, với mat thủy tinh mat tre, gia công túi chân không Trigonox V388 Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme & compozit Vòng/phút PC PEKN/TT(L) PC PEKN/TT(V) PC PEKNMFC/TT(L) PC PEKNMFC/TT(V) PC PEKN/TT-Tr(V) PC PEKNMFC/TT-Tr(V) V388 TT NCVL PC rpm i DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Phân loại sợi thủy tinh Bảng 1.2: Tính chất sợi thủy tinh 10 Bảng 1.3: Thành phần hóa học số loại STN 12 Bảng 3.1: Thành phần hóa học nứa phế thải nứa .50 Bảng 3.2: Chế độ hóa chất cho trình nấu bột giấy P21 51 Bảng 3.3: Thành phần hóa học bột giấy P21 51 Bảng 3.4 Bảng chế độ nghiền thích hợp cho máy Ball Mill Of Planetary Type .56 Bảng 3.5: Kết xác định tính chất học mẫu PEKN PEKNMFC 57 Bảng 3.6: Tính chất lý PC PEKN/TT(L) PC PEKN/TT(V) .58 Bảng 3.7: Kết xác định tính chất học PC: PEKN/TT(L) ; PEKNMFC/TT(L); PEKN/TT(V) PEKNMFC/TT(V) .62 Bảng 3.8: Tính chất lý PC PEKN/TT-Tr(V) PEKNMFC/TT-Tr(V) 65 Bảng 3.9 Kết đo vật liệu mẫu PC 68 ii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Hình ảnh nhựa PEKN đóng rắn Hình 1.2: Hình ảnh số hình dạng sợi thủy tinh 10 Hình 1.3: Hình phân loại sợi tự nhiên theo nguồn gốc xuất xứ 11 Hình 1.4: Qui trình tách sợi luồng phương pháp tách nổ nước 13 Hình 1.5: Qui trình chế tạo sợi luồng theo phương pháp học 14 Hình 1.6: Hình ảnh cấu trúc sợi [7] 14 Hình 1.7: Sơ đồ giai đoạn tách MFC từ sợi luồng kỹ thuật chế tạo phương pháp tách nổ nước 15 Hình 1.8: Sơ đồ tách MFC từ sợi luồng xử lý kiềm đặc 15 Hình 1.9: Sơ đồ tách MFC từ bột giấy luồng .16 Hình 1.10: Ảnh SEM vi sợi sau trích ly từ sợi bột gỗ [7] 16 Hình 1.11: Khăn làm sạch, khăn lau hấp thụ dầu mỡ giảm 99 % vi khuẩn 18 Hình 1.12: Một số ứng dụng khác MFC 18 Hình 1.13: Hai mẫu STN dạng sandwich dùng xây dựng 20 Hình 1.14: Cano làm từ compozit gia cường từ sợi lanh 20 Hình 1.15: Mẫu xe Premacy Hydrogen RE Hybrid hãng Mazda trang bị nội thất cao cấp ứng dụng STN (a) gia cường bình cầu PVC với vải sợi đay phương pháp lăn tay Guatemala (b) .20 Hình 1.16: Hình ảnh hộp chất chống dính wax8 băng keo cao su (a) 22 vị trí băng dính màng khuôn (b) 22 Hình 1.17: Hình ảnh lớp vải tách (a), lớp rút khí (b), lớp trích khí (c) .22 Hình 1.18: Sơ đồ lớp trình gia cơng 22 Hình 1.19: Ống nhựa (a) bơm chân không (b) .23 Hình 1.20: Hình ảnh dụng cụ khác .23 Hình 1.21: Sơ đồ phương pháp túi chân khơng (Vacuum bagging) 24 Hình 1.22: Chế tạo vật liệu phương pháp túi chân không 24 Hình 2.1 Hình ảnh sợi thủy tinh sợi tre sử dụng chế tạo compozit .27 Hình 2.2 Quy trình làm tăm từ nứa 28 Hình 2.3: Cơng đoạn tuốt sợi phế thải nứa .29 Hình 2.4: Hình ảnh phế thải nứa 29 Hình 2.5: Hình mô tả nồi nấu bể gia nhiệt glyxerin .31 iii Hình 2.6: Quy trình nấu bột giấy 33 Hình 2.7: Hình ảnh bột giấy p21 ướt, độ ẩm 24,46% .33 Hình 2.8: Máy nghiền bi Ball Mill Of Planetary Type, Trung Quốc 41 Hình 2.9: Bột giấy đánh tơi máy xay sinh tố 42 Hình 2.11 Sơ đồ cơng nghệ Vacuum bagging 45 Hình 2.12: Thiết bị kính hiển vi điện tử quét (SEM) 46 Hình 2.13: Mẫu đo độ bền kéo .46 Hình 2.14: Thiết bị đo tính chất kéo uốn vật liệu 48 Hình 2.15 Hình ảnh máy đo độ bền va đập Izod 48 Hình 3.1: Cấu tạo mặt cắt ngang nứa mô tả vùng phế thải 50 Hình 3.2: Bột giấy đánh tơi máy xay sinh tố (a) hình chụp SEM (b) 52 Hình 3.3 Hình ảnh SEM chụp khả chế tạo phân tán MFC PEKN sau 20h vận tốc 220 vòng/phút .53 Hình 3.4 Khả chế tạo phân tán MFC vận tốc 350 vòng/phút, 24h nghiền (a) 450 vòng/phút, 24h nghiền (b) 54 Hình 3.5 Khả phân tán bột giấy PEKN theo thời gian 450rpm 55 Hình 3.6 Độ bền kéo độ bền uốn nhựa PEKN PEKN MFC .57 Hình 3.7 Độ bền va đập nhựa PEKN PEKNMFC 57 Hình 3.8: Quá trình kéo uốn mẫu PC PEKN/TT(L) PEKN/TT(V) 59 Hình 3.9: Độ bền kéo độ bền uốn PC PEKN/TT(L) PEKN/TT(V) .59 Hình 3.10: Độ bền va đập PC PEKN/TT(L) PEKN/TT(V) 60 Hình 3.11: Ảnh SEM mẫu đo độ bền kéo PC PEKN/TT(L) PEKN/TT(V) 60 Hình 3.12: Độ bền kéo độ bền uốn vật liệu PC PEKN/TT(L) ; .63 PEKNMFC/TT(L); PEKN/TT(V) PEKNMFC/TT(V) 63 Hình 3.13: Độ bền va đập PC PEKN/TT(L) ; PEKNMFC/TT(L); PEKN/TT(V) PEKNMFC/TT(V) 63 Hình 3.14: Hình ảnh SEM mẫu PC PEKN/TT(L) ; PEKNMFC/TT(L) .64 Hình 3.15 Độ bền kéo độ bền uốn PEKN/TT-Tr(V) PEKNMFC/TT-Tr(V) 66 Hình 3.16 So sánh độ bền va đâp PC PEKN/TT-Tr(V) PEKNMFC/TT-Tr(V) 66 Hình 3.17: Hình ảnh chụp SEM bề mặt kéo đứt mẫu PC PEKN/TT-Tr(V) PEKNMFC/TT-Tr(V) 67 Hình 3.18 Biểu đồ kết đo độ bền mỏi mẫu vật liệu PC 69 iv MỞ ĐẦU Vật liệu polyme compozit (PC) ứng dụng sống từ lâu, vào khoảng 5.000 năm trước Cơng ngun Loại vật liệu có nhiều ưu điểm bật khối lượng riêng nhỏ, độ bền học cao, chịu mài mịn, khơng dẫn điện, chịu hóa chất bền khí hậu, nên có mặt hầu hết lĩnh vực: công nghiệp dân dụng, xây dựng, y tế, thể thao, ngành công nghiệp nặng (đóng tàu, hóa chất, điện lực…) đặc biệt ngành hàng không vũ trụ Trong công nghiệp vật liệu PC, nhựa polyeste không no (PEKN) loại nhựa phổ biến nhất, chiếm 95% sản lượng nhựa nhiệt rắn Đây loại nhựa lâu đời rẻ Ở Việt Nam, loại nhựa ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, vấn đề phế thải vật liệu PC chứa sợi thủy tinh vấn đề nghiêm trọng Vì xu hướng thay sợi thủy tinh phần sợi thủy tinh sợi phân hủy có nguồn nguyên liệu tái tạo được quan tâm Sợi tự nhiên có độ bền lý tốt, nhẹ, dễ phân hủy, dễ kiếm… thay cho loại sợi trước Trong nhựa PEKN nhựa có nhiều ứng dụng lĩnh vực ô tô nhiều lĩnh vực khác Do việc kết hợp chế tạo vật PC từ PEKN có chứa sợi tự nhiên hướng hồn tồn có sở khoa học Tuy nhiên nhựa PEKN tương đối giòn, việc tăng độ bền va đập độ mỏi vật liệu cần quan tâm nghiên cứu Một phương pháp phát triển gần sử dụng vi sợi xenlulo (MFC) Hiện nay, Việt Nam có nhiều sản phẩm làm từ tre khối lượng phế thải tre tương đối lớn Do đó, để tiết kiệm nguồn nguyên liệu chế tạo vật liệu PC, đặt vấn đề tận dụng nguyên liệu từ nguồn phế thải Luận văn “Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit sở nhựa Polyeste không no (PEKN) gia cường sợi tự nhiên có bổ sung vi sợi (MFC) từ nguồn phế thải tre” nhằm mục đích nghiên cứu số tích pha nhựa PEKN gia cường sợi thủy tinh, lai tạo sợi thiên nhiên có mặt MFC Hình 3.10: Độ bền va đập PC PEKN/TT(L) PEKN/TT(V) a- PC PEKN/TT(L) b- PC PEKN/TT(V) Hình 3.11: Hình ảnh SEM mẫu đo độ bền kéo PC PEKN/TT(L) PEKN/TT(V) 60 Từ kết đo tính chất lý thể bảng 3.6, nhận thấy phương pháp túi chân khơng chế tạo vật liệu có tính chất lý cao phương pháp gia công lăn ép tay Cụ thể: - Độ bền kéo: tăng 11,97% - Độ bền uốn: tăng 18,33% - Độ bền va đập: tăng 12,18% Từ đồ thị hình 3.8, mơ tả q trình kéo uốn nhận thấy mẫu PC phương pháp túi chân không đứt gãy cách dứt khoát hẳn so với mẫu PC lăn ép tay Điều chứng tỏ mẫu PC hút chân khơng có mức độ bền chặt khuyết tật so với khơng hút chân khơng Hình 3.11 cho biết hình ảnh SEM chụp bề mặt phá hủy mẫu kéo, so sánh phương pháp lăn ép tay phương pháp túi chân không cho thấy: Thứ nhất, hình SEM mẫu PC PEKN/TT(V) (hình 3.11b), có chứa hàm lượng sợi cao so với mẫu PC PEKN/TT(L) Trong lớp mat mẫu PC PEKN/TT(L), đan xen nhiều nhựa Kết phù hợp với kết khảo sát tỷ lệ sợi/nhựa: mẫu PEKN/TT(V) có tỷ lệ TT/PEKN = 48/52; mẫu PC PEKN/TT(L), có tỷ lệ TT/PEKN = 40/60 Thứ hai, hình 3.11a, mẫu PC PEKN/TT(L) kéo đứt, mat định hướng lộn xộn So sánh với hình 3.11b, mẫu PC PEKN/TT(V) bị kéo đứt, sợi xếp trật tự, lớp thủy tinh định hướng song song, mặt đứt gọn chặt chẽ so với mẫu PC PEKN/TT(L) Như vậy, yếu tố chân không phương pháp túi chân khơng có vai trị làm tăng hàm lượng chất gia cường PC so với PC gia công phương pháp lăn ép tay, đồng thời làm tăng mức độ xếp chặt lớp thủy tinh giúp cho nhựa thấm vào lớp sợi thủy tinh hơn, dẫn đến tính chất lý PC PEKN/Mth gia công phương pháp túi chân không cao so với phương pháp lăn ép tay 61 3.5.2 Ảnh hưởng MFC tới tính chất lý vật liệu PC PEKN/TT Để khảo sát ảnh hưởng MFC tới tính chất lý vật liệu PC PEKN/TT Tiến hành chế tạo đo tính chất lý PC nhựa PEKN gia cường mat thủy tinh, có khơng có thành phần MFC, gia cơng hai phương pháp khác Các mẫu PC chế tạo gồm có: Mẫu 1: PC PEKN/TT(L) Mẫu 2: PC PEKNMFC/TT(L) Mẫu 3: PC PEKN/TT(V) Mẫu 4: PC PEKNMFC/TT(V) Bảng 3.7 kết đo tính chất lý 04 mẫu PC trên: Bảng 3.7: Kết xác định tính chất học PC: PEKN/TT(L) ; PEKNMFC/TT(L); PEKN/TT(V) PEKNMFC/TT(V) TT Tính chất lý PEKN/TT(L) PEKNMFC/TT(L) PEKN/TT(V) PEKNMFC/TT(V) Tính chất kéo đứt: -Độ bền kéo đứt (MPa) -Modun (GPa) 165,82 150,65 185,66 208,33 4,08 2,00 2,83 3,19 192,40 208,63 227,67 243,60 6,39 8,49 8,49 10,04 158,28 186,84 170,82 207,28 Tính chất uốn: -Độ bền kéo đứt (MPa) -Modun (GPa) Độ bền va đập (kJ/m2): Dưới hình đồ thị so sánh độ bền kéo, độ bền uốn độ bền va đập loại vật liệu tác dụng MFC với phương pháp gia cơng khác nhau: 62 Hình 3.12: Độ bền kéo độ bền uốn vật liệu PC PEKN/TT(L) ; PEKNMFC/TT(L); PEKN/TT(V) PEKNMFC/TT(V) Hình 3.13: Độ bền va đập PC PEKN/TT(L) ; PEKNMFC/TT(L); PEKN/TT(V) PEKNMFC/TT(V) Từ kết bảng 3.7 cho thấy ảnh hưởng loại vật liệu PC có mặt MFC Cụ thể: 63 - Đối với phương pháp lăn ép tay: Vật liệu PC PEKN/TT có mặt MFC làm cho độ bền kéo giảm nhẹ, độ bền uốn độ bền va đập so với mẫu PC PEKN/TT (khơng có MFC) Cụ thể, độ bền kéo giảm từ 165,82 MPa xuống 150,65 MPa (giảm 9,1%); độ bền uốn tăng từ 192,40 MPa lên 208,63 MPa (tăng 8,4%); độ bền va đập tăng từ 158,28 kJ/m2 lên 186,84 kJ/m2 (tăng 19,6%) - Đối với phương pháp túi chân khơng: có mặt MFC yếu tố chân không làm cho vật liệu PC PEKNMFC/TT có tính chất cao so với PC PEKN/TT Cụ thể, độ bền kéo tăng từ 185,66 MPa lên 208,33 MPa (tăng 12,21%), độ bền uốn tăng từ 227,67 MPa lên 243,6 MPa (tăng 7%) độ bền va đập tăng 170,82 kJ/m2 lên 207,28 kJ/m2 (tăng 21,34%) Dưới hình chụp SEM bề mặt kéo đứt mẫu PC, mô tả chế phá hủy vật liệu: a- PEKN/TT(L) b- PEKNMFC/TT(L) d- PEKNMFC/TT(V) c- PEKN/TT(V) Hình 3.14: Hình ảnh SEM mẫu PC PEKN/TT(L) ; PEKNMFC/TT(L) 64 Từ kết chụp SEM hình 3.14 cho thấy: mẫu PC khơng có mặt MFC (mẫu PC PEKN/TT(L) hình 3.14a mẫu PC PEKN/TT(V) hình 3.14c), chế vỡ nhựa vỡ theo mảng lớn tạo thành khối nhựa bám lớp mat thủy tinh Các vết nứt đường phá hủy nhựa rõ ràng, sắc cạnh thẳng Như vậy, chịu tác dụng lực phá hủy, nhựa bị phá hủy nhanh, đồng thời ứng suất truyền trực tiếp đến lớp mat trở nên nhanh Cịn mẫu PC có mặt MFC (mẫu PC PEKNMFC/TT(L) - hình 3.14b PEKNMFC/TT(V) - hình 3.14d), chịu tác dụng lực phá hủy, nhựa vỡ theo mảng nhỏ, đường phá hủy vật liệu gồ ghề, khơng có định hướng định Như vậy, suốt trình truyền ứng suất đến mat thủy tinh, lực phá hủy chuyển hướng liên tục dẫn đến chậm phá hủy vật liệu so với mẫu PC khơng có MFC Đây nguyên nhân dẫn đến mẫu PC có mặt MFC có tính chất cao so với khơng có MFC Đặc biệt, mẫu PC so sánh có MFC khơng có MFC độ bền va đập tăng lên nhiều 3.6 Khảo sát tính chất vật liệu PC lai tạo PEKN/TT-Tr PEKNMFC/TT-Tr, gia công phương pháp túi chân khơng Tiến hành chế tạo đo tính chất lý hai mẫu vật liệu lai tạo: PEKN/TT-Tr(V) PEKNMFC/TT-Tr(V) Kết trình bày bảng 3.8 đây: Bảng 3.8: Tính chất lý PC PEKN/TT-Tr(V) PEKNMFC/TT-Tr(V) TT Tính chất lý PEKN/TT-Tr(V) PEKNMFC/TT-Tr(V) Độ bền kéo đứt (MPa) 82,30 86,70 Độ bền uốn (MPa) 132,60 132,70 Độ bền va đập (kJ/m2) 31,25 35,75 65 Hình 3.15 Độ bền kéo độ bền uốn PEKN/TT-Tr(V) PEKNMFC/TT-Tr(V) Hình 3.16 So sánh độ bền va đâp PC PEKN/TT-Tr(V) PEKNMFC/TT-Tr(V) 66 a- PC PEKN/TT-Tr(V) b- PC PEKNMFC/TT-Tr(V) Hình 3.17: Hình ảnh chụp SEM bề mặt kéo đứt mẫu PC PEKN/TT-Tr(V) PEKNMFC/TT-Tr(V) Từ bảng kết bảng 3.8 nhận thấy: đưa MFC vào vật liệu lai tạo mat tre mat thủy tinh có vai trị làm tăng nhẹ độ bền kéo độ bền uốn Độ bền kéo tăng từ 82,3 MPa lên 86,7 (tăng 5,35%), độ bền uốn tăng từ 132,6 MPa lên 132,7MPa (tăng 0,1MPa), độ bền va đập tăng từ 31,25kJ/m2 lên 35,75kJ/m2 (tăng 14,4%) Như vậy, MFC góp phần làm tăng nhẹ độ bền kéo độ bền uốn vật liệu lai tạo Độ bền va đập tăng nhiều (14,4%) Hình ảnh SEM chụp bề mặt kéo đứt vật liệu PC lai tạo cho thấy, khơng có MFC, nhựa mẫu kéo PC PEKN/TT-Tr(V) vỡ theo mảng lớn, bề mặt phần nhựa nhẵn, phẳng, sắc cạnh (hình 3.17a) Cịn có MFC, nhựa mẫu PEKNMFC/TT-Tr(V) có bề mặt gãy gồ ghề, không theo định hướng định Các mảng vỡ nhựa chuyển hướng liên tục tạo thành nhiều đường khúc khuỷu khác (Hình 3.17b) Điều chứng tỏ MFC có vai trị làm cản trở phá vỡ vật liệu, 67 hạn chế phát triển vết nứt lớn, dẫn đến tính chất mẫu PC lai tạo cải thiện 3.7 Ảnh hưởng MFC phương pháp gia công đến độ bền mỏi loại vật liệu PC MFC có vai trị bật ứng dụng vật liệu PC, tăng độ bền va đập độ bền mỏi vật liệu Do vậy, để tiện theo dõi kết khảo sát độ bền mỏi, tác giả để riêng độ bền mỏi so sánh loại vật liệu khác với phương pháp gia công khác mục 3.7 Các loại vật liệu PC chế tạo ngồi đo tính chất kéo, tính chất uốn độ bền va đập, tiến hành đo tính chất mỏi động vật liệu Các mẫu đo độ bền mỏi bao gồm: Mẫu 1: PC PEKN/TT(L) Mẫu 2: PC PEKN/TT(V) Mẫu 3: PC PEKNMFC/TT(L) Mẫu 4: PC PEKNMFC/TT(V) Mẫu 5: PC PEKN/TT-Tr(V) Mẫu 6: PC PEKNMFC/TT-Tr(V) Kết đo độ bền mỏi thể bảng 3.9 đây: Bảng 3.9 Kết đo vật liệu mẫu PC TT Mẫu PC Độ bền mỏi Đơn vị PEKN/TT(L) 10.166 Chu kỳ PEKN/TT(V) 14.248 Chu kỳ PEKNMFC/TT(L) 23.826 Chu kỳ PEKNMFC/TT(V) 34.312 Chu kỳ PEKN/TT-Tr(V) 2.316 Chu kỳ PEKNMFC/TT-Tr(V) 8.468 Chu kỳ 68 Hình 3.18 Biểu đồ kết đo độ bền mỏi mẫu vật liệu PC Từ kết đo độ bền mỏi thể bảng 3.9 cho thấy, MFC có tác dụng giúp cho vật liệu PC tăng đáng kể độ bền mỏi Cụ thể: - Đối với phương pháp lăn ép tay: MFC có tác dụng giúp cho độ bền mỏi PC PEKN/TT tăng lên từ 10.166 chu kỳ mẫu PEKN/TT lên 23.826 chu kỳ mẫu PEKNMFC/TT (tăng 2,34 lần) - Đối với phương pháp túi chân không: Ở vật liệu PEKN gia cường mat thủy tinh, MFC có tác dụng giúp cho độ bền mỏi mẫu PEKNMFC/TT tăng cao so với mẫu PEKN/TT Cụ thể, độ bền mỏi tăng từ 14.248 chu kỳ mẫu PEKN/TT tăng lên đến 34.312 chu kỳ mẫu PEKNMFC/TT (tăng 2,41 lần) Ở vật liệu PC lai tạo, độ bền mỏi mẫu PC PEKN/TT-Tr 2.316 chu kỳ Khi có mặt MFC, độ bền mỏi tăng lên mẫu PC PEKNMFC/TT-Tr 8.468 chu kỳ (tăng 3,67 lần) Như vậy, MFC có vai trị tăng mạnh độ bền mỏi vật liệu PC, nguyên nhân chế phá hủy vật liệu PC có mặt MFC Dưới tác dụng lực phá hủy, MFC có vai trò cản trở, chuyển hướng liên tục tác nhân lực phá hủy, làm chậm phá hủy vật liệu, dẫn đến tăng mạnh độ bền mỏi, tăng tuổi thọ vật liệu 69 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu thực hiện, luận văn rút số kết luận sau: Đã khảo sát thành phần hóa học nứa phế thải nứa Hàm lượng xenlulo phế thải nứa (50,20%) lớn hàm lượng xenlulo toàn nứa (44,01%) Phế thải nứa nguồn nguyên liệu tốt để chế tạo MFC, ứng dụng ngành vật liệu PC Xây dựng quy trình chế tạo phân tán MFC vào nhựa PEKN thông qua hai giai đoạn: - Giai đoạn - nấu bột giấy P21 từ phế thải nứa - Giai đoạn - đồng thời trình chế tạo phân tán MFC vào nhựa máy nghiền bi hành tinh Kết cuối cho thấy kích thước MFC chế tạo đạt yêu cầu chế tạo vật liệu PC Việc xử lý phế thải nứa sử dụng phương pháp nấu bột giấy hoàn toàn phù hợp Đã xác định chế độ nghiền thích hợp cho q trình chế tạo phân tán MFC PEKN, máy nghiền bi hành tinh Mill ball Of Planetary Type: - Vận tốc nghiền: 450rpm Thời gian nghiền: 24h Khả phân tán sợi từ 100nm đến 1µm, kích thước tập trung chủ yếu 400nm - 500nm Đã đánh giá ưu điểm phương pháp túi chân không so với phương pháp lăn ép tay thông qua tính chất lý vật liệu PC PEKN/TT: Phương pháp túi chân không chế tạo mẫu PC PEKN/TT có hàm lượng sợi gia cường (48%) cao so với mẫu chế tạo phương pháp lăn ép tay (40%) Đồng thời, cấu trúc lớp sợi chặt chẽ mật độ sợi lớn hơn, dẫn đến tính chất lý cao Cụ thể, độ bền kéo cao 11,97%; độ bền uốn cao 18,33%; độ bền va đập cao 12,18% Đã khảo sát ảnh hưởng MFC đến tính chất lý pha loại vật liệu PC Cụ thể: 70 - Với pha PEKN: MFC làm giảm độ bền kéo 19,57%, giảm độ bền uốn 26,52%; độ bền va đập tăng lên gấp 66,83 % - Với phương pháp lăn ép tay: MFC làm cho vật liệu PEKN/TT giảm nhẹ độ bền kéo (9,1%); tăng nhẹ độ bền uốn (8,4%) độ bền va đập tăng 19,6% - Với phương pháp túi chân không: MFC có vai trị làm tăng tính chất lý vật liệu PEKN/TT Cụ thể: độ bền kéo tăng 12,21%, độ bền uốn tăng 7% độ bền va đập tăng 21,34% - Với phương pháp túi chân khơng: vật liệu PC lai tạo PEKN/TT-Tr có chứa MFC có độ bền lý cao so với khơng có MFC, cao khơng đáng kể: độ bền kéo tăng 5,34%; độ bền uốn tăng 0,1MPa; độ bền va đập tăng 14,4% Tác dụng bật MFC làm tăng độ bền mỏi PC lên đáng kể: - Đối với phương pháp lăn ép tay: MFC có tác dụng giúp cho độ bền mỏi tăng từ 10.166 chu kỳ mẫu PEKN/TT tăng lên 23.826 chu kỳ mẫu PEKNMFC/TT (tăng 2,34 lần) - Đối với phương pháp túi chân khơng: MFC có tác dụng giúp cho độ bền mỏi tăng từ 14.248 chu kỳ mẫu PEKN/TT tăng lên 34.312 chu kỳ mẫu PEKNMFC/TT (tăng 2,41 lần) - Ở vật liệu PC lai tạo, MFC có tác dụng giúp cho độ bền mỏi tăng từ 2.316 chu kỳ mẫu PC PEKN/TT-Tr tăng lên 8.468 chu kỳ mẫu PC PEKNMFC/TT-Tr (tăng 3,67 lần) 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt Trần Vĩnh Diệu, Lê Thị Phái (1998), Vật liệu compozit Các vấn đề khoa học, hướng phát triển ứng dụng, Trung tâm KHTN CNQG Trần Vĩnh Diệu Bùi Chương (2011), Nghiên cứu ứng dụng sợi thực vật nguồn nguyên liệu có khả tái tạo để bảo vệ môi trường, Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ, Hà Nội Bùi Chương (2009), Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ: Nghiên cứu phát triển vật liệu composit từ sợi tự nhiên, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Hữu Niếu (1990), Vật liệu compozit sở nhựa polyeste không no sợi thủy tinh, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Nguyễn Châu Giang (2012), Nghiên cứu chế tạo vi sợi xenlulo từ luồng ứng dụng vật liệu compozit, Luận án Tiến sĩ hóa học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Mạc Văn Phúc (2008), Nghiên cứu chế tạo polyme-compozit lai tạo sở nhựa polyeste không no sợi nứa/sợi thủy tinh, Luận văn cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Vũ Thị Duyên (2010), Nghiên cứu ứng dụng vi sợi xenlulo chế tạo vật liệu polyme compozit polyeste không no cốt sợi thủy tinh, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Thanh Tùng (2010), Công nghệ gia công vật liệu composite phương pháp Vacuum Bag, Luận văn tốt nghiệp Đại học Trường Đại học Cần Thơ Phạm Thị Huyền (2011), Nghiên cứu chế tạo vi sợi xenlulo đông khô cho chế tạo vật liệu Polyme Compozit polyeste không no, Luận văn tốt nghiệp Đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 72 10 Cao Xuân Cường (2012), Chế tạo xác định tính chất đặc trưng vi sợi xenlulo từ lùng phế thải Nghệ An, Luận văn cao học Trường Đại học Vinh, Nghệ An Tài liệu Tiếng Anh 11 Bui Chuong, Ta Thi Phuong Hoa, Nguyen Huy Tung, Nguyen Chau Giang, Nguyen Thi Thuy and Nguyen Pham Duy Linh (2009), Properties of hybrid composite based on glass and jute fibers, Proceedings of JSPS AA Seminar Series 5, 46-54 12 Ta Thi Phuong Hoa, Nguyen Chau Giang, Nguyen Huy Tung, Bui Chuong (20-23/7/2009), Materials based on micro fiber extracted from bamboo; I Exploratation on processing of microfibrillated cellulose from bamboo fiber, Proceedings of JSPS Asia-Africa Science Plattform on Neo-Fiber Technology- Seminar Series 5- Development of Intelligent and Humanoriented FiberTechnology utilizing Suitainable Natural Resources, Hanoi, pp 78-82 13 Nguyen Chau Giang, Ta Thi Phuong Hoa, Nguyen Huy Tung, Bui Chuong (2009), Materials based on micro fibers extracted from bamboo: Exploration on processing of microfibrillated cellulose from bamboo fiber, Proceedings of JSPS AA Seminar Series 5, 78 – 80 14 Sanjay K.Mazumdar, Ph D (2002); Composites manufacturing Materials, Product, and Process Engineering, CRC Press, Boca Raton, London, New York, Washington D.C 15 Pau F Bruins (1978), Unsaturated Polyeste Technology, Polytechnic Institite of New York, Gordon and Breach Pulisher 16 D.Nabi Saheb and J P Jog (1999), Natural Fiber Polymer Composites: A review Advances in Polymer Technology, Vol 18, No.4, 351- 363 17 Tanja Zimmermann, Evelyn Pohler, Thomas Geiger (2004), Cellulose fibrils for polymer reinforcement, Advance engineering materials, 6, No.9 73 18 A Bhatnagar and M.Sain (2005), Processing Of Cellulose NanofiberReinforced Composites, Journal of Reinforced Plastic and Composites, Vol.24, No 12, pp 1259-1268 19 Alain Durfresne, Jean-Yves Cavaillé, Michel R.Vignon (1997), Mechanical behavior of sheets prepared from sugar beet cellulose microfibrils, John Wiley & Sons, Inc 20 A.Bhatnagar and M.Sain Processing Of Cellulose Nanofiber- Reinforced Composites (2005), Journal of Reinforced Plastic and Composites, Vol.24, No 12, pp 1259-1268 21 Mikael Ankerfors, Tom Lindstron (2007), On The Manufacture And Use Of Nanocellulose, 9th International conference on wood and biofiber plastic composites 22 Mikael Ankerfors (2006), The manufactured of microfibrillated cellulose its application, STFI- Pack forsk AB Nanostructured cellulose and new cellulose derivatives seminar 23 Ton Peijs, Fabiola vilaseca (2004), Cellulose-based composites, Queen Mary, University of Luondon, UK 74 ... Polyeste khơng no (PEKN) gia cường sợi tự nhiên có bổ sung vi sợi (MFC) từ nguồn phế thải tre? ?? nhằm mục đích nghiên cứu số tích pha nhựa PEKN gia cường sợi thủy tinh, lai tạo sợi thiên nhiên có mặt MFC... thải tre tương đối lớn Do đó, để tiết kiệm nguồn nguyên liệu chế tạo vật liệu PC, đặt vấn đề tận dụng nguyên liệu từ nguồn phế thải Luận văn ? ?Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit sở nhựa Polyeste. .. túi chân không Polyme compozit từ hỗn hợp nhựa polyeste không no MFC, gia cường mat thủy tinh, gia công phương pháp lăn ép tay Polyme compozit từ hỗn hợp nhựa polyeste không no MFC, gia cường mat