Đánh giá các đặc tính kỹ thuật của tấm cách nhiệt sản xuất từ các phế phẩm nông nghiệp theo công nghệ ép nóng

Bài viết Đánh giá các đặc tính kỹ thuật của tấm cách nhiệt sản xuất từ các phế phẩm nông nghiệp theo công nghệ ép nóng giới thiệu các kết quả nghiên cứu bước đầu tấm cách nhiệt theo công nghệ ép nóng. Nhờ công nghệ mới các sản phẩm thu được có chất lượng thẩm mỹ, độ bền cao và an toàn đối với con người và môi trường.

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(84).2014, QUYỂN 15 ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA TẤM CÁCH NHIỆT SẢN XUẤT TỪ CÁC PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP THEO CÔNG NGHỆ ÉP NÓNG EVALUATING TECHNICAL FEATURES OF CEILING INSULATION SHEETS PRODUCED FROM AGRICULTURAL WASTE WITH HOT PRESSING TECHNOLOGY Võ Chí Chính1, Nguyễn Sĩ Miên2 Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; Email: vcchinh@dut.udn.vn Học viên cao học Khóa 26, ngành Nhiệt, Đại học Đà Nẵng; Email:miensi85@gmail.com Tóm tắt - Hằng năm nước ta thải chục phế thải nông nghiệp Nguồn phế thải sử dụng ít, số cịn lại gây ô nhiễm môi trường Trong công trình công bố, giới thiệu kết nghiên cứu cách nhiệt theo công nghệ ép nguội, sử dụng loại keo thành phần ép nhiệt độ bình thường Sản phẩm thu có nhiều tính chất kỹ thuật tốt, đáp ứng tiêu chí loại vật liệu làm trần cho công trình xây dựng Trong báo này, chúng tơi giới thiệu kết nghiên cứu bước đầu cách nhiệt theo cơng nghệ ép nóng Nhờ cơng nghệ sản phẩm thu có chất lượng thẩm mỹ, độ bền cao an toàn người môi trường Công nghệ công nghệ ép nóng với nhiệt độ ép khoảng 180200oC, sử dụng keo PP Sản phẩm, ngồi cơng dụng làm trần cách nhiệt làm vách ngăn hay mục đích khác Abstract - Annually, agriculture in our country releases dozens of tons of agricultural waste Only a small amount of this waste source is used, the rest is polluting the environment In some previous publications, we introduced the results of research of insulation sheets with cold pressing technology, using glue with two components and agricultural waste in normal temperature conditions Products that we had obtained many good engineering properties, meeting the basic criteria of a ceiling material for construction In this paper, we will present the initial results of insulation sheets with hot pressing technology Thanks to new technology,new products obtained aesthetic quality, high mechanical strength properties and safety for humans and the environment The new technology is hot pressing technology with the temperature of 180-200oC, using PP adhesive Products obtained, in addition to being used for ceiling insulation, can be used as bulkheads or for other purposes Từ khóa - Phế phẩm nơng nghiệp; vật liệu làm trần; cách nhiệt; phương pháp ép; ô nhiễm môi trường Key words - agricultural waste; ceiling materials; insulation; molding/pressing methods; environmental pollution Đặt vấn đề Hằng năm nông nghiệp nước ta thải bỏ môi trường chục triệu phế phẩm nông nghiệp khác như: rơm rạ, trấu, xơ dừa, bã mía, thân ngơ, vỏ đậu v.v…[1] Ngoài ra, lâm nghiệp loại thân, cành nhiều loại khai thác chưa có giải pháp ứng dụng tốt Đại phận nguồn nguyên liệu lâu bị thải bỏ lãnh phí gây nhiễm mơi trường Đặc biệt, nhiều loại phế phẩm nông nghiệp, sau khai thác bị đem đốt gây nhiễm khói diện rộng Có nhiều giải pháp sử dụng nguồn nguyên liệu này, tỷ lệ sử dụng chưa cao [2] Chúng tôi, nghiên cứu đề xuất sử dụng làm loại vật liệu làm trần cách nhiệt cho cơng trình xây dựng Dưới các kết nghiên cứu ban đầu theo hướng 2.2 Máy đùn nguyên liệu Để ép đùn nguyên liệu, sử dụng máy Rheomex CEW100 QC, Haake - Đức, (Hình 1) thuộc khoa Hóa trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng [3] Công dụng máy đùn để pha trộn nguyên liệu phụ gia kết dính, tạo viên nén nhỏ đồng kích thước thành phần gia nhiệt sơ để chuyển cho máy ép Công nghệ ép nóng 2.1 Nguyên liệu Nguyên liệu sử dụng chế tạo vật liệu cách nhiệt theo phương pháp ép nóng gồm: - Phế phẩm nơng nghiệp chủ yếu như: rơm rạ, trấu, bã mía, xơ dừa, vỏ loại đậu vv phơi khô xay nhỏ theo kích cỡ cố định hợp lý tùy theo loại nguyên liệu khác - Nhựa kết dính Polypropylene - Chất tương hợp Ngồi sử dụng loại nhựa khác nhựa bao nilon chẳng hạn kết dính tốt Hình Thiết bị ép đùn Rheomex CEW100 QC, Haake, Đức Võ Chí Chính, Nguyễn Sĩ Miên 16 Cấu tạo máy ép gồm ba vùng: Vùng vận chuyển nguyên liệu, vùng gia nhiệt vùng bơm Việc gia nhiệt cho nguyên liệu thực điện trở bố trí bao bên ngồi xy lanh Khi gia nhiệt nhựa nóng chảy, tạo điện kiện phối trộn với nguyên liệu Máy đùn gồm thiết bị là: trục vít, xy lanh, thiết bị truyền động, thiết bị gia nhiệt Xy lanh bao ngồi trục vít có độ cứng tương đối cao, bên ngồi có gắn gia nhiệt điều khiển tự động Đầu định hình lắp phía xuất liệu trục vít gia nhiệt điện Hệ thống truyền động gồm có động điện, giảm tốc thiết bị điều khiển Nhiệt độ nóng chảy nhựa PP khoảng 160-170oC nên nhiệt độ máy đùn phải khoảng 180-200oC Khi nhiệt độ thấp nhựa nóng chảy khơng đều, nhiệt độ q cao làm tăng phản ứng phân hủy nhựa phế phẩm nông nghiệp Điều thấy rõ nghiên cứu thử nghiệm độ bền vật liệu sau Hỗn hợp đầu máy đùn có dạng sợi với đường kính 2mm làm nguội cắt tạo viên nén nhỏ (Hình 2) cho vào túi kín trước gia công tạo mẫu 2.3 Máy ép panel Gồm có phần như: hệ thống khung, hệ truyền động, hệ thống điều khiển gia nhiệt Khi làm việc, ép chuyển động lên xuống nhờ áp lực dầu tạo từ hệ thống bơm với áp lực 13,8-20,7 MPa Bộ gia nhiệt điện trở gắn trực tiếp vào ép ép để gia nhiệt sản phẩm hai mặt Nhiệt độ điều chỉnh nhờ cảm biến Máy ép làm việc theo hai chế độ: tự động tay Ở chế độ tự động, nhấn nút khởi động dầu thủy lực điều khiển vào phía xy lanh đẩy piston chuyển động lên, đến gần cuối trình thực việc ép nguyên liệu, đến áp suất định dừng chuyển sang vị trí trung gian để trì áp suất thời gian định lập trình trước Sau thời gian ép, dầu điều kiển lên phía xy lanh đẩy piston xuống, hồn thành q trình ép lấy sản phẩm Hình Máy ép 2.5 Tấm cách nhiệt từ phế phẩm nơng nghiệp theo cơng nghệ ép nóng Chúng chế tạo nhiều mẩu cách nhiệt, đạt chất lượng làm trần cách nhiệt tốt, ngồi sản phẩm dùng làm vách cách nhiệt cho cơng trình xây dựng Trên Hình mẩu sản phẩm từ trấu mùn cưa Có thể nhận thấy chất lượng thẩm mỹ tính sản phẩm tốt hẳn phương pháp ép nguội Trong tương lai, cần nghiên cứu loại keo cho phù hợp, tỷ lệ hòa trộn, lực ép để vật liệu đạt tính phù hợp có độ xốp rỗng cần thiết để giảm khối lượng tăng hệ số dẫn nhiệt Đối với chế độ làm việc tay, giai đoạn thực nút bấm 2.4 Qui trình sản xuất Qua q trình nghiên cứu, chúng tơi xây dựng quy trình ép panel theo cơng nghệ ép nóng sau: - Làm khn Hình Sản phẩm trần cách nhiệt - Chống dính khn sáp Đánh giá ảnh hưởng số nhân tố - Cho viên nén vào khuôn dầm chặt 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ - Cài đặt nhiệt độ 180oCvà 170oC gia nhiệt, nhiệt độ đạt u đặt khn ngun liệu vào ép, tiếp xúc dừng lại, trì 15 phút để viên nén nóng chảy để bọt khí Sau tiếp tục ép đến độ dày sản phẩm đạt yêu cầu dừng lại, áp lực nén đạt 160 kG/cm2, khoảng 20 phút Thiết bị đo độ bền kéo độ bề uốn AG-X plus, Shimadzu, Nhật việc đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ISO 527 Đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO 178 Mẫu tạo phương pháp đúc tiêm có dạng hình kích thước (dài x rộng x dày: 80mm x 10mm x 4mm) Phương pháp chọn phương pháp đo uốn điểm - Ngừng gia nhiệt làm lạnh nước đến nhiệt độ 40oC hạ xuống lấy sản phẩm Độ bền va đập đo thiết bị đo độ bền va đập HIT 50P, Zwick/Roell, Đức ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(84).2014, QUYỂN Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ nén Đại lượng Độ bền kéo, Mpa Độ bền uốn, Mpa Độ bền va đập, KJ/m2 180oC 31.2 22 1.54 Nhiệt độ ép 190oC 200oC 34.1 31.7 26.9 23.3 1.61 1.49 dạng sợi cắt thành hạt có kích thước nhỏ ≤ 5mm Sau đem tạo mẫu thiết bị đúc tiêm nhiệt độ tương ứng 190oC áp suất 40 bar, 50 bar, 60 bar 70 bar Bảng Ảnh hưởng áp suất nén Độ bền Độ bền kéo Độ bền uốn Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ bền sản phẩm 17 Panel 40 bar 50 bar 60 bar 70 bar Trấu 28.8 36 38.7 40.5 Mùn cưa 29.1 34.6 36.7 37.4 Trấu 22.6 26.9 28.6 30 Mùn cưa 15.9 23.4 25.4 26.4 Các đặc tính kỹ thuật vật liệu 4.1 Khả cách nhiệt Khả cách nhiệt sản phẩm đánh giá hệ số dẫn nhiệt vật liệu  (W/m.K) Để xác định hệ số dẫn nhiệt tiến hành xác định thực nghiệm, thơng qua thiết bị Hình Bên khối hộp lập phương đặt 01 bóng đèn điện cơng suất 200W, nhiệt tỏa làm nóng bề mặt bên khối hộp Khi nhiệt độ ổn định, tiến hành nhiệt độ trung bình bên mặt nhiệt độ bên ngồi Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ bền va đập Từ kết xác định độ bền vật liệu cho thấy, độ bền phụ thuộc nhiệt độ ép có độ bền cao nhiệt độ định Nhiệt độ thấp hay cao không tốt, phù hợp khoảng 190oC 3.2 Ảnh hưởng áp suất Hình Thiết bị thí nghiệm Hệ số dẫn nhiệt mẩu đo xác định thí nghiệm là: Q. = 6.F (t1 − t2 ) Trong đó: Q – Công suất nguồn điện: Q=U.I, W; X- Độ bền kéo panel mùn cưa - Độ bền kéo Panel trấu - Độ bền uốn Panel trấu ◆- Độ bền uốn Panel mùn cưa Hình Ảnh hưởng áp suất nén đến độ bền vật liệu Trấu (mùn cưa/ bã mía) kích thước ≤ 0.85mm đem trộn với nhựa PP với hàm lượng 70% khối lượng máy ép đùn nhiệt độ 190oC Sản phẩm khỏi máy ép đùn - Chiều dày mẩu: =0,017m; F- Diện tích mặt cắt ngang mẩu: F=0,6 x 0,6 =0,036 m2; t1 – Nhiệt độ bề mặt nóng bên trong, oC; t2 – Nhiệt độ bề mặt bên ngoài, oC Việc thực nghiệm tiến hành với 03 mẫu nhóm thử gồm: mẩu thử làm từ trấu, bã mía mùn cưa Đối với mẫu tiến hành nhiều lần đo đạc lấy giá trị trung bình để đảm bảo tính xác phép đo Thời gian để ổn định nhiệt 30 phút Kết tính tốn trình bày Bảng Kết xác định hệ số dẫn nhiệt tiến hành thực nghiệm đo đạc khối hộp lập phương để làm đối chứng Từ kết thực nghiệm cho thấy, hệ số dẫn nhiệt vật liệu tạo có hệ số dẫn nhiệt kém, tương đương hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt styrofor polyurethan Võ Chí Chính, Nguyễn Sĩ Miên 18 Bảng Kết thí nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt Tên gọi Điện áp đốt, V Dòng điện đốt, A Nhiệt độ bề mặt nóng thanh, oC Nhiệt độ bề mặt lạnh thanh, oC Hệ số dẫn nhiệt phần trung gian, W/m.K Trấu 0,49 0,14 Kết Bã mía 0,49 0,14 98,75 35,9 93,85 35,3 83,75 29,7 29,25 30,15 29,55 30,35 29,65 0,124 0,127 0,14 0,147 0,168 0,171 Mùn cưa 0,49 0,14 34,6 4.2 Khả thấm nước Tuy sử dụng nguyên liệu phế phẩm nơng nghiệp có tính hút nước, thành phần có trộn nhựa PP khơng hút nước nên khả hút nước vật liệu giảm hẳn so với loại vật liệu trước Mặt khác sản phẩm hồn thiện ln có lớp nhựa mỏng bao phủ bề mặt nên khả chống thấm tốt Để kiểm tra tính chất này, chúng tơi tiến hành ngâm mẫu panel nước ngày, sau đem kiểm tra chúng xác định tỷ lệ phần trăm khối lượng thay đổi theo thời gian, phương pháp cân Kết thí nghiệm loại panel khác cho Bảng Bảng Sự thay đổi khối lượng panel, % khối lượng Loại vật liệu Panel trấu Panel mùn cưa Panel bã mía Số ngày ngâm 0,325 0,662 0,848 0,925 1,000 0,400 0,749 0,882 0,977 1,035 0,482 0,800 0,932 1,010 1,077 - Panel mía; - Panel mùn cưa; ◆- Panel trấu Hình Tỷ lệ khối lượng tăng thêm ngâm nước Kết thí nghiệm cho thấy: - Panel có tính hút nước nhỏ, sau ngày ngâm nước, tỷ lệ hút nước thấp khoảng 1% coi khơng thấm nước - Panel giữ độ cứng cần thiết, không bị uốn võng - Khi phơi khô panel trở lại trạng thái ban đầu, nhẹ cứng 4.3 Kiểm tra tính chất khác 4.3.1 Độ bền màu Vật liệu thành phẩm sản xuất từ phế phẩm nơng nghiệp có màu sắc đẹp, tự nhiên vấn đề bền màu theo thời gian quan trọng Chúng thử nghiệm mẩu điều kiện thời tiết khác vòng năm Kết cho thấy, màu sắc panel so với màu nguyên thủy không thay đổi 4.3.2 Về khả bắt lửa Do ép với áp lực cao nên độ nén chặt vật liệu tốt Chúng thử nghiệm việc bắt lửa vật liệu nhận thấy khó bắt lửa, điều kiện riêng biệt, việc cháy diễn âm ỉ khó thành lửa 4.3.3 Ảnh hưởng đến môi trường Do sử dụng loại nguyên liệu phế phẩm nông nghiệp nhựa PP nên sản phẩm chúng tơi nói thân thiện với mơi trường Trong q trình sản xuất không gây ô nhiễm môi trường khâu Phương pháp ép nguội với keo hai thành phần, có thành phần axit ảnh hưởng nhiều đến mơi trường sức khỏe người q trình sản xuất Kết luận Từ kết sản xuất thử nghiệm ban đầu rút kết luận sau đây: - Có thể sản xuất cách nhiệt từ phế phẩm nông nghiệp hai phương pháp khác (ép nóng ép nguội), phương pháp có ưu nhược điểm phạm vi sử dụng khác - Tấm cách nhiệt từ phế phẩm nông nghiệp chúng tơi tạo theo phương pháp ép nóng đáp ứng tiêu chí loại vật liệu làm trần cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt bé tương đương loại vật liệu cách nhiệt truyền thống, có màu sắc đẹp bền, độ bền tính tốt - Khi nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến độ bền ta thấy, độ bền đạt cực đại khoảng nhiệt độ 190oC, lớn hay nhỏ nhiệt độ không tốt Sở dĩ nhiệt độ thấp nhựa nóng chảy khơng đều, nhiệt độ q cao làm tăng phản ứng phân hủy nhựa phế phẩm nông nghiệp - Khi tăng áp suất nén độ bền tính tăng, hệ số dẫn nhiệt giảm độ xốp giảm - So với vật liệu sản xuất phương pháp ép nguội, phương pháp ép nóng có nhiều ưu điểm thẩm mỹ, sản xuất sử dụng không gây ô nhiễm môi trường đặc biệt vật liệu có độ bền tính tốt hẳn, đáp ứng nhu cầu làm trần tường cách nhiệt mà không sợ bị uốn võng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Mậu Dũng - Ước tính lượng khí thải đốt rơm rạ ngồi đồng ruộng đồng sơng Hồng - Tạp chí Khoa học phát triển năm 2012, tập 10, số 1, trang 190-198 [2] Trần Thị Mil, Phạm Nguyễn Minh Trang, Võ Thị Giang - Hiệu xử lý rơm rạ phân hữu cải thiện độ phì nhiêu đât suất lúa Châu Thành - Hậu Giang - Tạp chí Khoa học 2012, Trường ĐH Cần Thơ, trang 253-260 [3] Đoàn Thị Thu Loan - Nghiên cứu chế tạo vật liệu nhựa gỗ từ trấu mùn cưa sở nhựa polyethylene – Đề tài NCKH cấp Đại học Đà Nẵng - Mã số: Đ2012-02-35 (BBT nhận bài: 09/11/2014, phản biện xong: 19/11/2014) ... trình ép lấy sản phẩm Hình Máy ép 2.5 Tấm cách nhiệt từ phế phẩm nông nghiệp theo công nghệ ép nóng Chúng tơi chế tạo nhiều mẩu cách nhiệt, đạt chất lượng làm trần cách nhiệt tốt, ngồi sản phẩm. .. dụng khác - Tấm cách nhiệt từ phế phẩm nông nghiệp tạo theo phương pháp ép nóng đáp ứng tiêu chí loại vật liệu làm trần cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt bé tương đương loại vật liệu cách nhiệt truyền... người trình sản xuất Kết luận Từ kết sản xuất thử nghiệm ban đầu chúng tơi rút kết luận sau đây: - Có thể sản xuất cách nhiệt từ phế phẩm nông nghiệp hai phương pháp khác (ép nóng ép nguội), phương