Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ ép đùn đến chất lượng composite nhựa – vỏ cây

Bài viết Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ ép đùn đến chất lượng composite nhựa – vỏ cây trình bày xác định được mức độ và xu thế ảnh hưởng của nhiệt độ đầu đùn và tốc độ quay trục vít đến từng chỉ tiêu chất lượng sản phẩm như: Độ hút nước, độ bền kéo, độ bền uốn tĩnh.

Cơng nghiệp rừng NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CƠNG NGHỆ ÉP ĐÙN ĐẾN CHẤT LƯỢNG COMPOSITE NHỰA – VỎ CÂY Cao Quốc An1, Triệu Văn Hải2, Vũ Mạnh Tường3, Lê Văn Tung4 PGS.TS Trường Đại học Lâm nghiệp NCS Trường Đại học Lâm nghiệp TS Trường Đại học Lâm nghiệp ThS Trường Đại học Lâm nghiệp TĨM TẮT Trong cơng nghệ sản xuất vật liệu WPC phương pháp ép đùn giai đoạn nhiệt độ đầu đùn tốc độ quay trục vít coi yếu tố công nghệ quan trọng định đến chất lượng sản phẩm WPC tạo thành Nghiên cứu xác định mức độ xu ảnh hưởng nhiệt độ đầu đùn tốc độ quay trục vít đến tiêu chất lượng sản phẩm như: độ hút nước, độ bền kéo, độ bền uốn tĩnh… Kết cho thấy, nhiệt độ đầu đùn có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm WPC, nhiệt độ tăng từ 120oC lên 160oC độ hút nước sản phẩm giảm từ 1,35% xuống 1,02%, tiêu cường độ WPC tăng nhiệt độ thay đổi từ 120oC đến 140oC, nhiệt độ tiếp tục tăng tiêu cường độ lại có xu hướng giảm xuống Khi tốc độ quay trục vít tăng từ 10 vịng/phút lên 30 vịng/phút độ hút nước sản phẩm giảm từ 1,80% xuống 1,30%, tiêu cường độ sản phẩm tăng dần tốc độ quay trục vít tăng Từ khóa: Bột vỏ cây, composite gỗ nhựa, ép đùn, nhiệt độ đầu đùn I ĐẶT VẤN ĐỀ Trong công nghệ sản xuất vật liệu WPC thường sử dụng phương pháp, phương pháp ép đùn phương pháp phun Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng nó, phương pháp phun dễ dàng việc tạo sản phẩm có hình dạng cong đặc thù mong muốn, nhiên phương pháp lại gặp khó khăn việc tạo sản phẩm có kích thước lớn Trong phương pháp ép đùn lại thuận tiện việc tạo sản phẩm có kích thước lớn, sản phẩm định hình dùng xây dựng,… nghiên cứu sử dụng phương pháp ép đùn để tạo sản phẩm WPC từ vỏ Phương pháp ép đùn lại phân thành hình thức, là: Ép đùn giai đoạn ép 86 đùn giai đoạn Ép đùn giai đoạn (còn gọi ép đùn trực tiếp) đồng thời bột gỗ nguyên liệu, nhựa chất trợ tương hợp đưa vào thiết bị nhau, sau thơng qua trục trộn đùn sản phẩm Ép đùn giai đoạn thông qua giai đoạn tạo hạt gỗ nhựa, sau từ hạt gỗ nhựa qua giai đoạn đùn sản phẩm Trong nghiên cứu sử dụng phương pháp ép đùn giai đoạn Có nhiều yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm WPC ép đùn, như: Nhiệt độ, tốc độ đùn (tốc độ quay trục vít), tỷ lệ hỗn hợp bột gỗ nhựa, tỷ lệ chất trợ tương hợp sử dụng,… Chính vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến chất lượng sản phẩm WPC quan trọng, làm cho việc xác định xác trị số công nghệ hợp lý để nâng cao chất lượng sản phẩm WPC TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 Cơng nghiệp rừng II.NGUYÊNLIỆU, PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 2.1 Nguyên liệu + Bột gỗ bột vỏ gỗ Keo tai tượng + Vật liệu nền: Polyetylen khối lượng thể tích cao (HDPE) + Chất trợ tương hợp: MAPE + Thiết bị sử dụng: Máy ép đùn trục vít + Cơng nghệ ép: Sử dụng công nghệ ép đùn giai đoạn + Địa điểm thí nghiệm: Phịng thí nghiệm Trường Đại học Lâm nghiệp Nam Kinh – TQ - Thay đổi nhiệt độ đầu đùn (oC): 120, 130, 140, 150, 160 - Cố định tỉ lệ hỗn hợp sản phẩm: (Bột gỗ + bột vỏ cây): HDPE : MAPE = 50 : 47 : Trong tỉ lệ bột gỗ bột vỏ 70 : 30 - Cố định tốc độ quay trục vít 20 vịng/phút 2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ quay trục vít đến chất lượng WPC Trong thí nghiệm sử dụng thiết bị ép đùn hai trục vít để sản xuất WPC, áp suất ép tạo sản phẩm phụ thuộc vào nhân tố chính: kích thước miệng đùn, tốc độ quay trục vít tốc độ đùn tính theo chiều dài sản phẩm đơn vị thời gian Trong thí nghiệm lựa chọn sản phẩm có kích thước (tiết diện ngang) cố định để nghiên cứu, nhân tố lại tốc độ đùn tốc độ quay trục vít Vì tốc độ quay trục vít khống chế cách ổn Vỏ keo tai tượng dùng nghiên cứu định, xác nên nghiên cứu lựa chọn tốc độ quay trục vít làm nhân tố thay đổi để nghiên cứu 2.2 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành xác định ảnh 2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ép hưởng yếu tố tốc độ quay trục vít ép (nhiệt độ đầu đùn) đến chất lượng WPC đến tiêu chất lượng sản phẩm Nhằm xác định ảnh hưởng nhiệt gồm: độ hút nước, độ bền kéo, độ bền uốn, độ đầu đùn đến chất lượng WPC, đồng mô đun đàn hồi uốn theo tiêu chuẩn thời làm sở cho việc lựa chọn vùng biến GB/T1463 – 2005 thiên để tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng đa yếu tố thông số công nghệ ép đến chất lượng sản phẩm, nghiên cứu tiến hành xác định ảnh hưởng nhiệt độ đầu đùn đến tiêu chất lượng sản phẩm gồm: độ hút nước, độ bền kéo, độ bền uốn, mô đun đàn hồi uốn - Thay đổi tốc độ quay trục vít (vịng/phút): 10, 15, 20, 25, 30 - Cố định tỉ lệ hỗn hợp sản phẩm: (Bột gỗ + bột vỏ cây): HDPE: MAPE = 50 : 47 : Trong tỉ lệ bột gỗ bột vỏ 70 : 30 Các thơng số thí nghiệm bố trí sau: Các thơng số thí nghiệm bố trí sau: - Nhiệt độ đầu đùn: 140oC TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 87 Công nghiệp rừng III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đầu đùn đến 3.1 Kết xác định ảnh hưởng nhiệt độ hút nước độ đầu đùn đến chất lượng WPC Hình 01 Độ hút nước WPC nhiệt độ đầu đùn thay đổi Kết xác định độ hút nước WPC Hình 02 Độ bền kéo WPC nhiệt độ đầu đùn thay đổi đùn khoảng 140 - 150oC thể hình 01 Từ hình vẽ ta thấy, 3.1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đầu đùn đến nhiệt độ đầu đùn tăng độ hút nước độ bền uốn tĩnh mô đun đàn hồi uốn tĩnh sản phẩm giảm xuống đáng kể (từ khoảng Tương tự độ bền kéo, độ bền uốn tĩnh 1,5% xuống đến 0,9%), độ hút nước đạt đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh WPC tạo với giá trị nhỏ nhiệt độ đầu đùn đạt nhiệt độ đầu đùn khác có quy luật khoảng 150 - 160oC thay đổi rõ rệt Khi nhiệt độ tăng lên Kết cho thấy, xét đến chi phí độ bền uốn mô đun đàn hồi uốn tĩnh tăng lượng trình sản xuất, để sản lên sau có xu hướng giảm xuống Điều phẩm có độ hút nước thấp mà chi phí khơng quan sát rõ hình 03 cao chọn nhiệt độ đầu đùn khoảng hình 04 o 140 - 150 C Từ số liệu thí nghiệm cho thấy, trị số độ 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đầu đùn đến bền uốn tĩnh mô đun đàn hồi uốn tĩnh độ bền kéo WPC tăng dần nhiệt độ tăng từ 120oC Độ bền kéo WPC với nhiệt độ đầu đến 140oC Tuy nhiên, nhiệt độ ép tiếp tục đùn khác thể biểu đồ tăng lên trị số độ bền uốn tĩnh mô hình 02 đun đàn hồi uốn tĩnh lại có xu hướng giảm Kết thí nghiệm cho thấy, với nhiệt độ xuống, điều nhiệt độ tăng đầu đùn lựa chọn từ 120oC đến 160oC, sản cao làm cho liên kết bên vật liệu phẩm WPC có độ bền kéo thay đổi rõ ràng WPC bị giịn, làm cho cường độ đạt giá trị lớn ép với nhiệt độ đầu giảm xuống 88 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 Cơng nghiệp rừng Hình 03 Độ bền uốn tĩnh WPC nhiệt độ đầu đùn thay đổi Hình 04 Mơ đun đàn hồi uốn tĩnh WPC nhiệt độ đầu đùn thay đổi 3.2 Kết xác định ảnh hưởng tốc độ cần lựa chọn tốc độ quay trục vít vào quay trục vít đến chất lượng WPC khoảng 20 vòng/phút 3.2.1 Ảnh hưởng đến độ hút nước 3.2.2 Ảnh hưởng đến độ bền kéo Từ thí nghiệm thiết kế, với tốc độ quay Trong công nghệ ép đùn, trục vít trục vít ép đùn khác tiến hành chi tiết tạo áp lực ép cho sản phẩm, đó, đánh giá độ hút nước sau ngày ngâm nước tốc độ quay trục vít thay đổi áp suất ép nhiệt độ thường Kết hình 05 thay đổi Vì vậy, theo lý thuyết tốc độ quay trục vít gây ảnh hưởng định đến tính chất học WPC nói chung, độ bền kéo nói riêng Độ bền kéo WPC chịu ảnh hưởng tốc độ quay trục vít khác xác định trình bày hình 06 Hình 05 Độ hút nước WPC tốc độ quay trục vít thay đổi Biểu đồ hình cho thấy, tốc độ quay trục vít tăng lên, độ hút nước sản phẩm giảm từ 1,8% xuống đến khoảng 1,3% Hơn nữa, giá trị độ hút nước đạt khoảng 1,3% có xu hướng khơng giảm tiếp tốc độ quay trục vít tiếp tục thay đổi Từ cho thấy, lựa chọn tốc độ quay Hình 06 Độ bền kéo WPC tốc độ quay trục vít thay đổi trục vít, xem xét đến độ hút nước TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 89 Công nghiệp rừng Từ kết nghiên cứu cho thấy, tốc độ Tương tự độ bền kéo, độ bền uốn tĩnh quay trục vít tăng lên, độ bền kéo WPC mơ đun đàn hồi uốn tĩnh sản phẩm tăng theo, tốc độ quay trục vít tăng từ 10 tiêu chất lượng WPC Khi đến 20 vịng/phút độ bền kéo WPC tăng tốc độ quay trục vít thay đổi, độ bền uốn tĩnh lên nhanh, tộc độ quay trục vít tiếp tục tăng giá trị độ bền kéo WPC có xu hướng ổn định 3.2.3 Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh mô đun đàn hồi uốn tĩnh Hình 07 Độ bền uốn tĩnh WPC tốc độ quay trục vít thay đổi mơ đun đàn hồi uốn tĩnh sản phẩm WPC tạo từ bột vỏ cây, bột gỗ Keo tai tượng nhựa HDPE thay đổi theo Quy luật thay đổi hình vẽ 07 08 Hình 08 Mơ đun đàn hồi uốn tĩnh WPC tốc độ quay trục vít thay đổi Từ số liệu thí nghiệm cho thấy, tốc độ đầu đùn từ 120oC đến 160oC, độ hút nước sau quay trục vít tăng lên độ bền uốn tĩnh ngày ngâm giảm từ 1,53% xuống 1,02%, độ mô đun đàn hồi uốn tĩnh WPC tăng bền kéo tăng từ 13,4 MPa lên 19,3 MPa sau lên tương ứng Tuy nhiên, mức độ tăng giảm xuống, độ bền uốn tĩnh tăng từ 24,29 giai đoạn không giống Khi tốc độ MPa lên 26,86 MPa sau giảm xuống, mơ quay trục vít tăng từ 10 vịng/phút lên 20 đun đàn hồi uốn tĩnh tăng từ 0,96 GPa lên vịng/phút trị số độ bền uốn tĩnh 1,495 GPa sau giảm xuống mơ đun đàn hồi uốn tĩnh tăng lên nhanh, - Tốc độ quay trục vít tăng lên ảnh nhiên tốc độ quay trục vít tiếp tục tăng hưởng đến chất lượng WPC, cụ thể tăng lên trị số tăng lên không đáng kể tốc độ quay từ 10 vòng/phút lên 30 vòng/phút, IV KẾT LUẬN độ hút nước sau ngày ngâm giảm từ 1, 8% Từ kết nghiên cứu, rút số kết luận sau: - Nhiệt độ đầu đùn có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng WPC, cụ thể tăng nhiệt độ 90 xuống 1,3%, độ bền kéo tăng từ 13,45 MPa lên 19,26 MPa, độ bền uốn tĩnh tăng từ 23,8 MPa lên 25,61 MPa, mô đun đàn hồi uốn tĩnh tăng từ 1,16 GPa lên 1,2 GPa TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 Công nghiệp rừng Wiley - interscience A John Wiley& Sons, INC, Publication TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Vĩnh Diệu, Bùi Chương (2010) Nghiên cứu ứng dụng sợi thực vật - nguồn nguyên liệu có khả tái tạo để bảo vệ mơi trường Nhà xuất khoa B Mohebby, A R Ghotbifar, and S Kazemi-Najafi (2011) Influence of Maleic-Anhydride-Polypropylene (MAPP) on Wettability of Polypropylene/Wood Flour/Glass Fiber Hybrid Composites J Agr Sci Tech, Vol 13, 877-884 học tự nhiên công nghệ Anatole Klyosov (2005) Wood plastic composites STUDY ON EFFECT OF EXTRUDING TECHNOLOGY TO QUANLITY OF WPC FROM BARK Cao Quoc An, Trieu Van Hai, Vu Manh Tuong, Le Van Tung SUMMARY In manufacturing WPC by a stage extruding technology, die temperature and rotation speed of the screw are the most important technology factors deciding the quality of WPC This study determinant affect of temperature and screw rotation speed to properties of product such as water absorption, MOR, MOE, The results show that, temperature has a strong influence on the quality of WPC, when the temperature increase from 120°C to 160oC, the water absorption decrease from 1.35% to 1.02%, but if temperatures continue to rise, then strength will decrease When the screw rotation speed increases from 10 r/min to 30 r/min, the water absorption decrease from 1.80% to 1.30%, but the strength of WPC will increase Keywords: Amin acids, bamboo caterpillar, chemical composition fatty acids, omphisia fuscidentalis Người phản biện : GS.TS Phạm Văn Chương Ngày nhận : 15/10/2015 Ngày phản biện : 20/11/2015 Ngày định đăng : 25/11/2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 91 ... để nghiên cứu 2.2 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành xác định ảnh 2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ép hưởng yếu tố tốc độ quay trục vít ép (nhiệt độ đầu đùn) đến chất lượng WPC đến. .. GB/T1463 – 2005 thiên để tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng đa yếu tố thông số công nghệ ép đến chất lượng sản phẩm, nghiên cứu tiến hành xác định ảnh hưởng nhiệt độ đầu đùn đến tiêu chất lượng sản... vít đến chất lượng WPC khoảng 20 vòng/phút 3.2.1 Ảnh hưởng đến độ hút nước 3.2.2 Ảnh hưởng đến độ bền kéo Từ thí nghiệm thiết kế, với tốc độ quay Trong cơng nghệ ép đùn, trục vít trục vít ép đùn