Nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu tạo và tính chất cơ lý của một số vật liệu cách nhiệt từ xơ khoáng rockwool

TỔ NG QUAN

Các nghiên c ứ u v ậ t li ệ u cách nhi ệ t t ừ xơ sợ i t ự nhiên

Áp lực về bảo vệ môi trường và sinh thái đang ảnh hưởng mạnh mẽ đến xã hội hiện đại, khiến các chuyên gia trong các nước EU tích cực tìm kiếm và tối ưu hóa việc sử dụng vật liệu phế thải.

Mục tiêu của nghiên cứu là phát triển vật liệu cách nhiệt từ nguồn nguyên liệu tự nhiên như cây gai dầu, lanh và sợi đay, tất cả đều có nguồn gốc từ nông nghiệp và chứa một tỷ lệ nhất định các mảnh vụn xơ (Zach và Hroudova 2009) Các mẫu thử nghiệm cho thấy rằng vật liệu cách nhiệt từ cây gai dầu, lanh và sợi đay có thuộc tính hoàn toàn có thể so sánh với các loại vật liệu cách nhiệt khác.

Sản phẩm phụ nông nghiệp như cọ dầu, xơ dừa và bã mía có tính chất cách nhiệt thân thiện với môi trường và dễ phân hủy sinh học, đã được nghiên cứu bởi Krishpersad Manohar để sử dụng làm vật liệu cách nhiệt trong xây dựng Đo độ dẫn nhiệt được thực hiện trên mẫu thử kích thước 51×51 mm và dày 25,4 mm theo tiêu chuẩn ASTM.

Mẫu C518 được thử nghiệm trong điều kiện dòng nhiệt một chiều ổn định Các thiết bị đo hệ số cách nhiệt có độ chính xác ± 0.2% và độ lặp lại ± 0.5%, trong khoảng từ 0.05 W/mK đến 0.35 W/mK Kết quả thực nghiệm với ba nguyên liệu khác nhau ở nhiệt độ thử nghiệm trung bình cho thấy sự thay đổi đáng kể về độ dẫn nhiệt.

TẠ THỊ THÚY DIỄM, Trang 32, KHÓA 2012B, cho thấy rằng mật độ sợi có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất dẫn nhiệt của vật liệu Cụ thể, xơ bã mía với mật độ 686 kg/m³ có hệ số dẫn nhiệt thấp nhất là 0,04610 W/mK Khi mật độ xơ của vật liệu tăng lên, hệ số dẫn nhiệt của tấm xơ cũng sẽ gia tăng.

Theo nghiên cứu của Krishpersad Manohar; Dale Ramlakhan; Gurmohan

Nghiên cứu của Kochhar và Subhas Haldar chỉ ra rằng việc sử dụng vật liệu cách nhiệt tự nhiên có khả năng phân hủy sinh học như dừa và bã mía trong xây dựng có thể giảm thiểu các vấn đề môi trường hiện nay Tính dẫn nhiệt (λ) của các vật liệu này đã được kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM C518, với mật độ từ 40 kg/m³ đến 90 kg/m³ cho dừa và 70 kg/m³ đến 120 kg/m³ cho bã mía, ở nhiệt độ từ 13.2ºC đến 21.8ºC và 18ºC đến 32ºC Các dữ liệu thực nghiệm cho thấy λ tối thiểu của dừa và bã mía lần lượt là khoảng 0,0488 W/m.K và 0,0483 W/m.K Kết quả cũng chỉ ra rằng khi khối lượng thể tích tăng từ 40 đến 70 kg/m³, hệ số dẫn nhiệt giảm, cho thấy tính khả thi của các vật liệu này trong ứng dụng cách nhiệt.

Với khối lượng thể tích 90 kg/m³, giá trị λ biến động trong khoảng 0,048 – 0,058 W/mK tại các nhiệt độ 15,6 oC, 21,8 oC và 24 oC Khi nhiệt độ tăng, giá trị λ cũng tăng, dẫn đến khả năng cách nhiệt của vật liệu giảm.

Nghiên cứu của Krishpersad Manohar và Gurmohan S Kochhar đã chỉ ra rằng không khí trong tấm vật liệu ảnh hưởng đến khả năng dẫn truyền nhiệt của vật liệu dạng sợi Khi loại bỏ không khí khỏi các lỗ rỗng, sự truyền nhiệt chỉ diễn ra qua dẫn nhiệt tiếp xúc và bức xạ Thí nghiệm trong điều kiện chân không với sợi dừa và sợi mía cho thấy độ dẫn nhiệt trung bình lần lượt là 0,0279 và 0,0231 W/mK Đối với sợi dừa, khi khối lượng thể tích tăng từ 30 – 80 kg/m³, độ dẫn nhiệt giảm, nhưng lại tăng khi khối lượng thể tích trong khoảng 85 – 115 kg/m³.

TẠ THỊ THÚY DIỄM Trang 33 KHÓA 2012B

K ế t lu ậ n

Vật liệu cách nhiệt rất đa dạng và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Gần đây, vật liệu cách nhiệt từ xơ sợi tự nhiên thu hút sự chú ý nhờ tính thân thiện với môi trường Luận văn này tập trung nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất cơ lý của một số vật liệu cách nhiệt từ xơ sợi hữu cơ tự nhiên.

Qua điều tra thị trường, mặc dù vật liệu cách nhiệt từ nguyên liệu hữu cơ tự nhiên rất đa dạng, nhưng tại Việt Nam chỉ có thảm xơ dừa là sản phẩm duy nhất Do đó, nghiên cứu này sẽ tập trung vào thảm xơ dừa do Việt Nam sản xuất, nhằm cung cấp thông tin cần thiết cho người tiêu dùng và định hướng cho các nhà sản xuất trong việc sử dụng loại thảm này.

THỰ C NGHI Ệ M

M ục tiêu và đối tượ ng nghiên c ứ u

Vật liệu cách nhiệt dạng tấm mềm không có khả năng chịu lực, do đó thường được sử dụng kết hợp với các vật liệu khác hoặc lồng trong cấu trúc chịu lực Vì lý do này, các thông số kỹ thuật của chúng thường không đề cập đến tính chất cơ học.

Luận văn này nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số cấu tạo và tính chất lý học của tấm xơ dừa sản xuất tại Việt Nam, nhằm đánh giá khả năng dẫn nhiệt của vật liệu này trong ứng dụng cách nhiệt trong xây dựng.

N ộ i dung nghiên c ứ u

1 Phân tích đặc điểm cấu tạo của tấm xơ dừa: đặc điểm của xơ, sự phân bố các xơ trong thảm xơ.

2 Một số thông số kỹ thuật của tấm thảm xơ dừa: khối lượng thể tích, khối lượng riêng, độ rỗng và độ dày

3 Nghiên cứu quan hệ của hệ số cách nhiệt với độ dày của thảm xơ dừa

4 Nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số cách nhiệt cách nhiệt và độ dày lớp cách nhiệt của thảm xơ dừa.

Phương pháp nghiên cứ u

Nghiên cứu tài liệu lý thuyết về vật liệu cách nhiệt và cơ chế truyền nhiệt qua chúng là cần thiết để hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng cách nhiệt Việc so sánh và đánh giá khả năng cách nhiệt của các loại vật liệu dựa trên những cơ sở lý luận từ các bài báo, luận án và công trình nghiên cứu trong và ngoài nước sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về hiệu quả của từng loại vật liệu cách nhiệt.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sử dụng các tiêu chuẩn thí nghiệm về xơ sợi và vật liệu xây dựng nhằm đảm bảo quy trình thí nghiệm được thực hiện một cách hợp lý, từ đó nâng cao độ chính xác của kết quả thu được.

Chụp ảnh SEM của mẫu giúp đo tiết diện xơ, kích thước và hình dạng các lỗ rỗng, cũng như nhận định bề mặt và cấu trúc của xơ và tấm vật liệu Độ dày tấm được đo theo tiêu chuẩn ASTM C303, thực hiện trên 5 mẫu với 4 vị trí khác nhau để lấy giá trị trung bình Hệ số dẫn nhiệt λ được đo theo tiêu chuẩn GOST 30.256-94, với ba lần đo cho mỗi mẫu để tính giá trị trung bình Đo λ được thực hiện ở nhiệt độ 43 o C, gần với nhiệt độ ngoài trời mùa hè (40-50 o C), trong khi các thí nghiệm diễn ra ở phòng thí nghiệm với điều kiện nhiệt độ 25 o C và độ ẩm 65%.

Thi ế t b ị thí nghi ệ m

 Thước cặp đồng hồ 505-683 Mitutoyo – Nhật

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là thiết bị quang học tiên tiến, cho phép tạo ra hình ảnh bề mặt mẫu vật với độ phân giải cao thông qua việc sử dụng chùm điện tử hẹp Thiết bị bao gồm các thành phần như súng điện tử, tụ kính, buồng tiêu bản, hệ thống đầu dò điện tử, và hệ thống khuếch đại kết nối với máy tính và màn hình để quan sát Chùm điện tử từ súng điện tử đi qua tụ kính và vật kính, sau đó quét toàn bộ bề mặt mẫu, tạo ra các tia khác nhau như điện tử thứ cấp, điện tử tán xạ ngược, và tia X đặc trưng, nhờ vào sự tương tác giữa chùm điện tử và bề mặt mẫu.

Mẫu vật được ghi nhận và phân tích thông qua việc đo lường các bức xạ phát ra từ sự tương tác của chùm điện tử với bề mặt của nó.

 Cân điện tử Sartorius - Đức

- Khả năng cân tối đa: 220g

- Điều chỉnh thời gian từ 0 – 99h59

- Điều chỉnh nhiệt độ từ nhiệt độ phòng tới 220 o C

- Độ chính xác nhiệt đô: 0,5 o C

 Bình tỷ trọng: Dung tích: 100 ml

 Thiết bịđo độ dẫn nhiệt МИТ-1 (RUSSIAN)

Hình 2.6 Thiết bịđo độ dẫn nhiệt МИТ-1

Thiết bị đo hệ số dẫn nhiệt λ là thiết bị kỹ thuật số chuyên dụng model МИТ-1 (Liên Bang Nga) sản xuất năm 2014, phạm vi đo: 0,03 ÷ 0,2 ± 7% (W/m.K).

Nguyên li ệ u thí nghi ệ m

Tấm xơ dừa được nghiên cứu do của Công ty cổ phần Trà Bắc sản xuất, có dạng cuộn khổ 1m

Quy trình chu ẩ n b ị thí nghi ệ m

2.6.1.Chụp Ảnh SEM cấu trúc của xơ dưa và thảm mẫu

− Mẫu SEM (Scanning Electron Microscope) được chụp tại phòng thí nghiệm công nghệ Nano, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh

− Chuẩn bị mẫu vật liệu có kích thước: Dài 1cm x Rộng 1cm x Dày 1cm

− Mẫu được cắt cẩn thận để bề mặt mẫu không có vết xước hay biến dạng

− Sau đó, mẫu được phủ 1 lớp Platin và đưa vào máy chụp

2.6.2.Đo kích thước tấm thảm xơ dừa

Tấm xơ dừa sản xuất tại Việt Nam có độ đồng đều chưa cao do công nghệ sản xuất không tiên tiến Do đó, việc lấy mẫu từ nhiều vị trí là cần thiết để đảm bảo tính đại diện cho sản phẩm.

Sử dụng 2 tấm kim loại mỏng, phẳng đặt lên 2 bề mặt của tấm mẫu đã cắt (200x100 mm) Dùng thước kẹp đo ở vị trí 4 góc của mẫu:

Hình 2.7 Vịtrí đo độ dày mẫu

Dùng thước kẹp đo bề dày 2 tổng cộng 2 tấm kim loại: dkl = 1,53 mm

Ta xác định được độ dày trung bình của tấm vât liệu

2.6.3.Đo khối lượng riêngcủa xơ dừa

Qua nghiên cứu phương pháp xác định khối lượng riêng cho cát và vật liệu dạng hạt mịn theo ASTM 128-88, học viên đã áp dụng phương pháp bình tỷ trọng để xây dựng quy trình thí nghiệm khối lượng riêng của tấm xơ dừa.

• Dùng kéo cắt nhỏ mẫu, sao cho các xơ ngắn 1-2 mm

• Bình tỷ trọng có vạch chuẩn

• Cân kỹ thuật có độchính xác đến ± 0,0001g

• Đem sấy mẫu ở nhiệt độ khoảng 105 o C trong 8 giờđể vật liệu khô hoàn toàn

• Bình tỷ trọng được rửa sạch, sấy khô rồi đem cân để xác định khối lượng khô của bình mb

• Bỏ mẫu vào bình tỷ trọng, đem cân đểxác định khối lượng mb+m

• Cho nước vào cho đến khi vật liệu hoàn toàn ngập trong nước

Lắc đều và xoay bình để loại bỏ bọt khí, sau đó để bình yên trong 24 giờ giúp vật liệu ngấm nước hoàn toàn và lấp đầy mọi khe hở.

• Tiếp tục cho thêm nước vào bình đến vạch định mức, cân được khối lượng (m2)

Để chuẩn bị bình chứa nước, đầu tiên, hãy đổ toàn bộ vật liệu và nước ra ngoài, sau đó rửa sạch và sấy khô bình Tiếp theo, cho nước vào bình đến vạch định mức và cân để xác định khối lượng của bình chứa nước, ký hiệu là m1.

• Sự chênh lệch khối lượng giữa (G+m1) và m2 chính là khối lượng vật liệu chiếm chỗ trong bình

• Lần lượt làm thí nghiệm tương tự với 2 mẫu còn lại

[g/cm 3 ] (2.1) Trong đó: G = mb+m - mb: khối lượng của mẫu sau khi sấy khô, g

Tạ Thị Thúy Diễm, Khóa 2012B, đã nghiên cứu khối lượng của bình tỷ trọng chứa nước và mẫu vật liệu Khối lượng của bình chỉ chứa nước là m1 (g), trong khi khối lượng của bình chứa mẫu và nước là m2 (g) Khối lượng riêng của nước được xác định là γn = 1 g/cm³, và khối lượng riêng của dừa được tính bằng g/cm³.

2.6.4.Đo khối lượng thể tích của thảm xơdừa

Chuẩn bị 5 mẫu thí nghiệm (đã cắt ở phần đo độ dày tấm vật liệu), kích thước:

• Cân kỹ thuật có độchính xác đến ± 0,0001g

• Lấy mẫu đem sấy ở nhiệt độ khoảng 105 o C trong 8 giờ

• Lần lượt làm thí nghiệm tương tự với 2 mẫu còn lại

 Tính toán khối lượng thể tích o

Trong đó: V o =20 10× ×δ, thể tích tự nhiên của mẫu, cm 3

G: Khối lượng của vật liệu sau khi sấy khô, g γ: Khối lượng thể tích của vật liệu, g/cm 3 δ: là độ dày của từng mẫu, cm

Để xác định độ rỗng của tấm xơ dừa, cần tính toán khối lượng riêng và khối lượng thể tích của vật liệu Công thức tính độ rỗng sẽ giúp đánh giá chính xác tính chất vật lý của tấm xơ dừa.

Khối lượng thể tích của tấm vật liệu mẫu (γ o) được xác định thông qua thí nghiệm ở mục 2.6.4, trong khi khối lượng riêng của tấm vật liệu mẫu (γ a) được xác định qua thí nghiệm ở mục 2.6.3.

2.6.6 Thí nghiệm đohệ số dẫnnhiệt ( λ )

Tấm xơ dừa sản xuất tại Việt Nam có độ đàn hồi theo chiều dày thấp do được sản xuất bằng phương pháp xuyên kim, với chỉ một loại duy nhất Việc nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay đổi khối lượng thể tích đến hệ số dẫn nhiệt λ gặp khó khăn vì không có mẫu để thử nghiệm, và không thể nén giảm chiều cao như với các loại tấm cách nhiệt từ bông thủy tinh hay bông khoáng Điều này là do các xơ dừa đã được trải lớp và ép sát vào nhau qua phương pháp liên kết xuyên kim, cùng với việc phun keo cán nóng.

Luận văn này sẽ nghiên cứu tác động của độ dày đến hệ số dẫn nhiệt (λ) và hệ số cách nhiệt (R) của tấm xơ dừa Việt Nam.

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu được đo theo tiêu chuẩn GOST 30.256-94, được thực hiện tại phòng thí nghiệm với nhiệt độ 25 o C, độẩm 65%.

Chuẩn bị 10 mẫu có kích thước:

Hình 2.8 Mẫu thí nghiệm đo độ dẫn nhiệt

Thiết bị đo hệ số dẫn nhiệt λ là thiết bị kỹ thuật số chuyên dụng model МИТ-1 (Liên Bang Nga) sản xuất năm 2014, phạm vi đo: 0,03 ÷ 0,2 ± 7% (W/m.K)

• Đo độ dẫn nhiệt của 1 tấm độ dày 1 lớp

Sau khi chập 2, 3, 4 tấm lại với nhau, cần tác dụng một lực ép đủ mạnh để các tấm tiếp xúc hoàn toàn, tạo thành một khối đồng nhất Việc này nhằm đo độ dẫn nhiệt cho các phương án với độ dày 2 lớp, 3 lớp và 4 lớp.

• Dùng công thức tính hệ số cách nhiệt R để xác định mối quan hệ giữa hệ số cách nhiệt và độ dày của tấm vật liệu

Bảng 2.1 Phương án thí nghiệm

Các đại lượng Các mẫu xơ dừa

Số lớp 1 2 3 4 Độ dày h (mm) 11,95 23,9 35,85 47,8

2.6.7 Xây dựng mối quan hệ giữa cấu tạo và khả năng cách nhiệt của các tấm xơ dừa:

Dựa trên kết quả đo hệ số dẫn nhiệt λ của các mẫu, chúng tôi tính toán hệ số cách nhiệt R và sử dụng phần mềm Excel để vẽ biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa hệ số cách nhiệt và độ dày Qua đó, chúng tôi khám phá quy luật biến thiên của hệ số cách nhiệt theo độ dày và xác định khoảng cách nhiệt tối ưu cho vật liệu.

KẾ T QU Ả NGHIÊN C Ứ U VÀ BÀN LU Ậ N

Đặc điể m c ấ u t ạ o c ủ a t ấm xơ dừ a

3.1.1.Đặc điểm của xơ Đường kính xơ thể hiện kích thước ngang của xơ Trong mỗi loại vật liệu đường kính xơ có thể có nhiều kích cỡ khác nhau Do tiết diện các xơ không đồng nhất nên đường kính xơ không đo theo phương pháp trực tiếp mà suy luận từ ảnh chụp SEM của nó trên mẫu a-Đường kính xơ đơn trong mẫu tấm xơ dừa b-Ảnh tiết diện ngang của xơ dừa [9]

Hình 3.1 Đường kính xơ dừa Qua ảnh chụp (a) mẫu thử nghiệm cho thấy các xơ có đường kính nằm trong khoảng 100-200 àm

Mặt cắt ngang của xơ dừa có hình bầu dục với các khoang không khí nhỏ bên trong, và ống rỗng lớn gần trung tâm sợi Cấu trúc này không chỉ tăng không gian chứa không khí mà còn giảm khối lượng thể tích của xơ dừa, cho thấy nó là một vật liệu có hệ số dẫn nhiệt thấp và khả năng cách nhiệt cao.

Chiều dài xơ: là khoảng cách lớn nhất giữa hai đầu xơ ở trạng thái kéo căng

Phân tích và đo chiều dài xơ từ tấm cách nhiệt gặp nhiều khó khăn do sự đứt gãy của nhiều xơ trong quá trình gia công Do đó, việc xác định chiều dài xơ phải được thực hiện một cách tương đối.

TẠ THỊ THÚY DIỄM Trang 47 KHÓA 2012B đối bằng cách gỡ cẩn thận 10 xơ và lấy giá trị trung bình Kết quảđo chiều dài được đưa ra trong bảng 3.1

Hình 3.2 Ảnh chụp trạng thái 10 xơ đơn được gỡ ra từ tấm xơ dừa

B ảng 3.1: Kết quả chiều dài xơ trong thảm xơ dừa

TT mẫu Chiều dài xơ L (mm) Sai lệch với L TB (%)

Kết quả khảo sát cho thấy chiều dài xơ dừa trên thảm mẫu dao động từ 10,8 đến 17,5 mm Trong số 10 xơ được phân tích, sự chênh lệch chiều dài so với chiều dài trung bình nằm trong khoảng -20,58 đến 28,67%, chỉ ra rằng độ đồng đều của xơ dừa là khá thấp.

3.1.2 Sự phân bố các xơ trong thảm xơ

Sự phân bố của xơ trong vật liệu là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Trong tấm vật liệu, xơ có thể được sắp xếp song song hoặc ngẫu nhiên tùy thuộc vào công nghệ và nguyên liệu sản xuất Theo thông tin từ nhà cung cấp, tấm xơ dừa được sản xuất theo công nghệ tương tự như sản xuất vải không dệt, sử dụng phương pháp liên kết xuyên kim kết hợp với phun keo bề mặt Phương pháp này không chỉ tạo liên kết chặt chẽ giữa các lớp mà còn giúp các xơ trên bề mặt dính kết, làm cho kết cấu tấm xơ trở nên chắc chắn hơn.

Hình 3.3 Bề mặt tấm thảm xơ dừa

Bề mặt tấm thảm xơ dừa có đặc điểm nổi bật với các xơ dài, đặc biệt là ở lớp ngoài cùng, tạo thành các đoạn nổi Nếu không có keo liên kết, các xơ này dễ bị tách rời khi chịu tác động ngoại lực Tuy nhiên, nhà sản xuất đã khắc phục vấn đề này bằng cách phun keo lên bề mặt, giúp liên kết các đoạn nổi dài với các lớp xơ bên dưới, tăng cường độ bền cho sản phẩm.

TẠ THỊ THÚY DIỄM, KHÓA 2012B, đã nghiên cứu về liên kết hình học trong cấu trúc thảm Sau khi phun keo, thảm xơ được cán nóng để đóng rắn keo và làm chắc các mối liên kết của lớp xơ bề mặt Hình ảnh SEM trong hình 3.4 và 3.5 cho thấy keo thừa và một số điểm có liên kết keo vẫn còn nhận diện được.

Hình 3.4 Cấu trúc bề mặt tấm thảm xơ dừa

Công nghệ sản xuất hiện đại giúp tăng cường độ chặt chẽ của kết cấu tấm thảm, nhưng đồng thời cũng làm giảm đáng kể tính đàn hồi theo chiều dày của sản phẩm.

Công nghệ sản xuất xuyên kim kết hợp cán keo giúp phân bố ngẫu nhiên các xơ trong thảm xơ dừa, tạo ra sự đồng nhất theo cả chiều dọc và ngang Sự phân bố này tạo ra nhiều khoảng trống trong cấu trúc thảm, với đặc điểm của các lỗ rỗng được thể hiện trong hình 3.4 và 3.5.

Hình 3.5 L ỗ rỗng trong cấu trúc của thảm xơ dừa mẫu

Phân tích kết quả chụp SEM cho thấy tấm vật liệu xơ dừa có cấu trúc rỗng xốp với các sợi phân bố ngẫu nhiên và kích thước không đồng đều Cấu trúc này sẽ được nghiên cứu về tính dẫn nhiệt trong phần tiếp theo.

Thông s ố k ỹ thu ậ t c ủ a t ấ m th ảm xơ dừ a

3.2.1.Độ dày của tấm thảm xơ dừa Độ dày của tấm vật liệu được thực hiện trên 5 mẫu, mỗi mẫu đo ở 4 vị trí khác nhau theo tiêu chuẩn (ASTM C303-10)

Dùng 2 tấm kim loại mỏng đặt trên 2 bề mặt của tấm vật liệu, sử dụng thước kẹp đểđo chiều dày giữa 2 tấm kim loại sau đó trừđi độ dày của 2 tấm kim loại (dkl= 1,53 mm) ta có độ dày của tấm vật liệu như bảng sau:

B ảng 3.2 Thông số đo độ dày các mẫu

Vị trí đo Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5

4 12,67 11,77 11,27 12,11 11,69 Độ dày trung bình (mm)

Sai lệch % so vớigiá trị TB

Độ dày trung bình của tấm xơ dừa là 11,95 mm, với độ đồng đều về độ dày nằm trong khoảng -5,46% đến 9,58% Điều này cho thấy sản phẩm có độ đồng nhất tương đối cao.

3.2.2.Khối lượng thể tích của tấm thảm xơ dừa

Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích của vật liệu như bảng bên dưới:

Bảng 3.3.Thông số khối lượng thể tích

Khối lượng thể tích của tấm xơ dừa nằm ở nửa sau của dải khối lượng thể tích các tấm vật liệu cách nhiệt phổ biến tại Việt Nam, như bông thủy tinh và bông khoáng, với khối lượng từ 40-120 kg/m³.

3.2.3.Khối lượng riêng của xơ dừa

Phương pháp PICNOMETR đã được áp dụng để xác định các tham số khối lượng trung gian, từ đó tính toán khối lượng riêng trung bình của xơ dừa, như được trình bày trong bảng 3.2.

Bảng 3.4 Thông số khối lượng riêng

G = mk= mb+m - mb 6,6533 4,7426 5,2133 m2 =mb+n+m 153,1126 151,4297 151,9862 m1=mb+n 151,2025 150,1369 150,4267

Bảng nghiên cứu cho thấy xơ dừa có khối lượng riêng đạt 1,4014 g/cm³ Độ sai lệch của các mẫu so với giá trị trung bình dưới 1,81% cho thấy cấu trúc của mẫu khá đồng đều.

3.2.4 Độ rỗng của tấm xơ dừa

Dựa vào khối lượng riêng và khối lượng thểtích đã biết của vật liệu ta tính được độ rỗng của tấm xơ dừa như bảng sau:

Sai lệch so với rTB (%) -0.32 0.05 0.26

Kết quả tính toán độ rỗng cho thấy tấm xơ dừa có độ rỗng cao, đặc biệt mẫu có khối lượng thể tích 95,726 kg/m³ đạt độ rỗng 93,17% Giá trị độ rỗng tỷ lệ nghịch với khối lượng thể tích, và độ sai lệch độ rỗng giữa các mẫu với giá trị trung bình dưới 0,32% cho thấy cấu trúc của mẫu khá đồng đều.

M ố i quan h ệ c ủ a h ệ s ố cách nhi ệ t v ới độ dày c ủ a th ả m xơ dừ a

Hệ số dẫn nhiệt của tấm xơ dừa được đo với 4 phương án độ dày từ 1 lớp đến 4 lớp, tương ứng với độ dày từ 12 đến 48 mm Kết quả đo được trình bày trong bảng 3.6.

Bảng 3.6 Độ dẫn nhiệt của các mẫu có độ dày khác nhau mẫu tại 43 o C

Số lớp Độ dày (mm) λ (W/mK)

Lần đo 1 Lần 2 Lần 3 TB của 3 lần đo

Hệ số dẫn nhiệt trung bình của cả 4 phương án độ dày λ tb (W/mK) 0,0556

Kết quả đo cho thấy hệ số dẫn nhiệt λ không có sự biến động đáng kể khi độ dày của tấm mẫu thay đổi từ 2 đến 4 lần, với giá trị nằm trong khoảng 0,0550÷0,0564 (W/mK) Các phương án đều chỉ khác nhau ở phần vạn, và so với vật liệu cách nhiệt khác như tấm cách nhiệt xơ gỗ (0,04-0,09 W/mK) và bông khoáng (0.036 W/mK), hệ số dẫn nhiệt của mẫu này cao hơn 1,55 lần Sự sai khác tương đối giữa các phương án so với giá trị trung bình λtb = 0,0556 (W/mK) đều nhỏ hơn ±2,7%, cho thấy độ chính xác trong phép đo Điều này có thể giải thích bởi cấu trúc của các mẫu không bị thay đổi, giữ khối lượng thể tích ổn định.

TẠ THỊ THÚY DIỄM, Trang 55, KHÓA 2012B cho thấy rằng chế độ truyền nhiệt trong các mẫu không có sự thay đổi đáng kể, với sự khác biệt chỉ ≤ 2,7% Điều này có thể một phần là do sự không đồng nhất của vật liệu được chế tạo ở các vị trí khác nhau trong mẫu.

Dựa trên các lập luận đã nêu, có thể kết luận rằng việc thay đổi độ dày của mẫu đo cách nhiệt không ảnh hưởng đáng kể đến hệ số dẫn nhiệt của nó.

3.4.Hệ số cách nhiệtcủa thảm xơ dừa

Hệ số cách nhiệt (R) của tấm vật liệu cách nhiệt thể hiện khả năng cản trở truyền nhiệt, và giá trị này phụ thuộc vào độ dày cùng với hệ số dẫn nhiệt của vật liệu.

Hệ số cách nhiệt của tấm xơ dừa mẫu tính toán được giới thiệu trong bảng 3.7

Bảng 3.7 Hệ số cách nhiệt của tấm xơ dừa mẫu có chiều dày khác nhau

Mối quan hệ giữa hệ số cách nhiệt và độ dày tấm vật liệu

Hình 3.6 Quan h ệ giữa hệ số cách nhiệt và độ dày của tấm xơ dừa

Hệ số cách nhiệt của các tấm mẫu đồng nhất tỷ lệ thuận với độ dày của tấm cách nhiệt Khi hệ số dẫn nhiệt λ không thay đổi, mối quan hệ giữa nó và độ dày là tuyến tính, như thể hiện trong biểu đồ hình 3.6 So với tấm cách nhiệt từ bông khoáng có hệ số λ = 0,036, tấm cách nhiệt xơ dừa cần có độ dày lớn hơn 1.55 lần để đạt được cùng một hệ số cách nhiệt.

Vật liệu xơ dừa được nghiên cứu có dạng tấm với kích thước rộng 1m và chiều dài theo yêu cầu đặt hàng, được cung cấp dưới dạng cuộn Sản phẩm này do Công ty cổ phần Trà Bắc tại Việt Nam sản xuất, có khối lượng thể tích là 99,13 kg/m³ và khối lượng riêng đạt 1,4014 g/cm³ Độ dày hình học của vật liệu là 12 mm, trong khi chiều dài xơ trung bình dao động từ 10,8 đến 17,5 mm, và đường kính xơ trung bình nằm trong khoảng 100-200 μm.

Tấm xơ dừa có hệ số dẫn nhiệt thấp, dưới 0,1 W/mK, làm cho nó trở thành vật liệu cách nhiệt lý tưởng Khi đo ở nhiệt độ 43 o C, tấm xơ dừa dày 12mm có λ = 0,0564 W/mK, dày 24mm có λ = 0,0551 W/mK, dày 36mm có λ = 0,0558 W/mK và dày 48mm có λ = 0,0550 W/mK Điều này cho thấy tấm xơ dừa có khả năng cách nhiệt tương đương với các tấm cách nhiệt phổ biến làm từ xơ gỗ, có hệ số dẫn nhiệt từ 0,04 đến 0,09 W/mK.

Nghiên cứu cho thấy hệ số dẫn nhiệt không bị ảnh hưởng bởi độ dày của tấm vật liệu, miễn là cấu trúc của nó được giữ nguyên.

Sự khác biệt ởđây chỉ là ≤ 2,7%

Tấm xơ dừa sản xuất tại Việt Nam có độ dày nhỏ hơn tiêu chuẩn (50mm) do hạn chế trong công nghệ sản xuất Tuy nhiên, việc chập nhiều lớp xơ dừa lại với nhau có thể tạo ra tấm vật liệu cách nhiệt đồng nhất, đạt độ dày và hệ số cách nhiệt (R) phù hợp cho nhiều ứng dụng trong xây dựng.

 Xơ dừa là loại xơ tự nhiên, sẵn có và rẻ tiền ở Việt Nam Thảm xơ dừa do

Việt Nam sản xuất các vật liệu cách nhiệt có khả năng cách nhiệt tương đương với những sản phẩm tiêu chuẩn khác, giúp giảm sự phụ thuộc vào các tấm cách nhiệt từ nguyên liệu vô cơ không thân thiện với môi trường và thường phải nhập khẩu.

 Luận văn đã tìm ta được mối quan hệ giữa hệ số dẫn nhiệt và hệ số cách nhiệt với độ dày của tấm vật liệu

 Kết quả của luận văn là một tài liệu tham khảo cho người sử dụng và nhà sản xuất tấm xơ dừa dùng làm vật liệu cách nhiệt

 Luận văn đã đóng góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu tính cách nhiệt của vật liệu nói chung và tấm xơ dừa của Việt Nam nói riêng

Hướng Nghiên cứu tiếp theo

Học viên sẽ nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số dẫn nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng như khối lượng riêng và độ rỗng của vật liệu trong tương lai.

1 Ayugi Gertrude; Thermal properties of selected materials for thermal insulation available in Uganda; Department of Physics; Makerere University; Reg.no: 2009/HD13/15595U

2 IHS BRE Press, November 2011; Willoughby Road, Bracknell RG12 8FB; ISBN 978-1-84806-224-5

3 Jiří Zach, Jiří Brožovský, Jitka Hroudová; Research and development of thermal-insulating materials based on natural fibres; 2010

4 Krishpersad Manohar;Experimental Investigation of Building Thermal Insulation from Agricultural By-products; Dept of Mechanical and Manufacturing; The University of the West Indies; 2012

5 Krishpersad Manohar; Dale Ramlakhan; Gurmohan Kochhar; Subhas Haldar; Biodegradable fibrous thermal insulation; Dept of Mechanical and Manufacturing; The University of the West Indies; ISSN 1678-5878 vol.28 no.1 2006

6 Quelle: ECOBIS 2000 - ệkologisches Baustoffinformationszentrum des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungs-wesens und der Bayerischen Architektenkammer/

7 Robert R Franck; Bast and other plant fibres; Woodhead Publishing Limited in association with The Textile Institute Abington Hall, Abington Cambridge CB16AH England, 2005

8 Nguyễn Bốn; Hoàng Ngọc Đồng; Giáo trình “Kỹ thuật nhiệt”; Nhà xuất bản giáo dục –1999

9 Tạ Bá Hưng, Phùng Minh Lai (2006) Tiêu thụ năng lượng đến năm

2050 Trung tâm thông tin khoa học và công nghệ quốc gia

10 Phan Quốc Phú; Nghiên cứu tái sử dụng lignin từ dịch đen nhà máy giấy chế tạo vật liệu composit; Đại học Bách Khoa HCM; 2011

Tiêu đề	Nghiên Cứu Mối Quan Hệ Giữa Cấu Tạo Và Tính Chất Cơ Lý Của Một Số Vật Liệu Cách Nhiệt Từ Xơ Sợi Hữu Cơ Tự Nhiên
Tác giả	Tạ Thị Thúy Diễm
Người hướng dẫn	TS. Lê Phúc Bình
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Công Nghệ Vật Liệu Dệt May
Thể loại	luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	70
Dung lượng	1,92 MB