Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ bột gỗ và nhựa pp (polypropylen) đến tính chất nhựa composite gỗ nhựa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - NGUYỄN BẢO NGỌC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ BỘT GỖ VÀ NHỰA PP (POLYPROPYLEN) ĐẾN TÍNH CHẤT COMPOSITE GỖ - NHỰA LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nô ̣i - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN BẢO NGỌC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ BỘT GỖ VÀ NHỰA PP (POLYPROPYLEN) ĐẾN TÍNH CHẤT COMPOSITE GỖ - NHỰA Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị công nghệ gỗ, giấy Mã số: 60 52 24 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Trần Tuấn Nghĩa Hà Nô ̣i - 2010 ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghiệp chế biến gỗ Việt Nam năm gần có bước phát triển vượt bậc, kim ngạch xuất sản phẩm gỗ đứng vị trí số mặt hàng lâm sản xuất nước ta Theo thống kê cho thấy tốc độ tăng trưởng kim ngạch xuất năm sau so với năm trước đạt mức tăng xấp xỉ 500 triệu USD/năm Kim ngạch xuất sản phẩm gỗ năm 2004 1,154 triệu USD, năm 2005 1,562 triệu USD, năm 2006 tỷ USD, năm 2007 2,4 tỷ USD năm 2008 đạt 2,8 tỷ USD, sản phẩm đồ gỗ Việt Nam có mặt 120 quốc gia giới Mặc dù vậy, tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu công nghiệp chế biến gỗ Việt Nam chưa cao; hàng năm lượng phế liệu công nghiệp gỗ như: đầu mẩu, bìa bắp, phoi bào, mùn cưa…có trữ lượng lớn Lượng phế liệu phần nhỏ để sản xuất ván dăm, ván sợi, song chủ yếu làm chất đốt Tuy nhiên việc sử dụng loại phế liệu cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp chế biến gỗ nói riêng chưa trọng phát triển Về vấn đề chất dẻo phế thải: Theo thống kê, năm người Việt Nam sử dụng 25kg nhựa, nhiều so với nước vùng lãnh thổ khu vực (Thái Lan 70kg, Đài Loan 198kg, Nhật Bản 102kg) Tuy nhiên, thói quen sử dụng tùy tiện, rác thải nhựa với đặc tính bền vững mơi trường, trở thành vấn đề cấp bách Chỉ tính riêng địa bàn Hà Nội, kết điều tra cho thấy, lượng nhựa rác thải sinh hoạt chiếm từ 7-8% Nếu tính lượng rác phát sinh trung bình 1.800 tấn/ngày ngày có tới 120 nhựa phế thải cần phải xử lý Tuy nhiên, loại rác nhựa cách xử lý khác đem chơn lấp đốt bỏ Trong đó, xu hướng nước tiên tiến tận dụng, tái chế chúng thành vật liệu có ích Xuất phát từ vấn đề đó, tốn đặt nhà khoa học tìm kiếm giải pháp sử dụng hiệu thứ phế liệu công nghiệp chế biến gỗ chất dẻo phế thải; mặt nâng cao tỷ lệ lợi dụng, giá trị kinh tế, xã hội…mặt khác cịn giải pháp khắc phục vấn đề ô nhiễm môi trường chất thải Từ vấn đề tồn trên, cho phép trường Đại học Lâm nghiệp, Khoa Đào tạo Sau Đại học hướng dẫn thầy giáo, TS Trần Tuấn Nghĩa, tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ bột gỗ nhựa PP (Polypropylen) đến tính chất composite gỗ nhựa” Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Từ hàng nghìn năm trước đây, vật liệu composite có mặt đời sống người cổ đại, ngơi nhà rơm rạ trát bùn đất, bình gốm có cốt loại sợi tự nhiên , việc nghiên cứu chế tạo phát triển vật liệu compsite để sử dụng rộng rãi lĩnh vực xã hội phát triển thực vào năm 40 kỉ trước Vào năm 1938, vật liệu composite sở polyeste gia cường sợi thủy tinh sử dụng lần ngành hàng không Đến năm 1950 vật liệu composite bổ sung thêm loạt nguyên liệu nhựa epoxy đời loại vật liệu gia cường sợi cacbon, sợi aramit, sợi silic…được phát đưa vào ứng dụng Kể từ đến vật liệu composite phát triển, ứng dụng rộng rãi lĩnh vực dân dụng công nghiệp từ sản phẩm thông thường hệ thống chứa đựng, bồn nuôi trồng thủy sản, chi tiết ôtô, sàn vách ngăn xây dựng,…cho đến sản phẩm công nghệ cao sử dụng ngành công nghiệp điện tử, hàng không, vũ trụ Hiện nay, vào chất chất kích thước chất cốt vật liệu composite phân loại thành 03 nhóm: Composite polyme, composite kim loại, composite tự nhiên Vật liệu composite hệ thống gồm hai hay nhiều pha chúng khác chất, khơng hịa tan vào nhau, phân cách bề mặt phân chia pha Trong pha liên tục gọi pha nền, pha phân bố gián đoạn bao bọc pha gọi pha gia cường Pha vật liệu composite loại polyme, pha gia cường loại sợi, vảy, hạt, Theo nhiều nguồn tài liệu, giới vật liệu composite từ phế liệu gỗ chất dẻo phế thải có nguồn gốc từ Polypropylen (PP), Polyetylen (PE), Polyvinylchloride (PVC) có tên gọi tiếng Anh “WPC- wood plastic composite” tạm dịch tiếng Việt vật liệu composite gỗ - nhựa Trong công nghệ sản xuất vật liệu WPC, chất dẻo phế thải có nguồn gốc từ PP, PE, PVC phân loại sau nghiền nhỏ trộn với bột gỗ, q trình nén ép bột nhựa nóng chảy nhiệt độ từ 160-1800C đóng vai trị chất kết dính, liên kết bột gỗ, sợi gỗ điều kiện có áp lực nhiệt độ định, sau sản phẩm làm nguội để tạo vật liệu composite gỗ-nhựa Những năm gần vật liệu gỗ-nhựa WPC nghiên cứu thành công, áp dụng Mỹ phát triển mạnh nhiều nước giới Nhật Bản, Mỹ, Phần Lan, Đức, Thụy Điển, Nga, Trung Quốc Năm 2004, tính riêng Mỹ vật liệu WPC sử dụng xây dựng chiếm tỷ lệ 15% 20% tổng số loại vật liệu gỗ Lĩnh vực sử dụng vật liệu composite gỗ-nhựa rộng rãi: làm ván sàn, ván ốp tường, ván phủ mặt, khung cửa sổ, cửa đi, đồ dùng trời, sàn tàu, khung cửa sổ, cửa đi, chi tiết mộc, trang trí, dụng cụ thể thao… Các kết nghiên cứu lĩnh vực vật liệu composite gỗ - nhựa cho thấy tạo sản phẩm vật liệu composite gỗ - nhựa có chiều dày khác từ 4mm đến 40mm, khối lượng thể tích từ 0.65g/cm3 đến 1.2g/cm3 có nhiều ưu điểm so với sản phẩm gỗ truyền thống Vật liệu tái tạo, bị khuyết tật, khả cách nhiệt tốt so với chất dẻo; tính giống gỗ có độ bền uốn cao tính ổn định kích thước cao gỗ; tính ổn định kích thước cao, khả hút ẩm thấp; Có khả chống nấm mốc, sinh vật hại gỗ; sản xuất với hình dạng khác nhau; khơng bị nứt tốc tách khả gia cơng tốt, thân thiện với môi trường Những lợi vật liệu composite gỗ - nhựa so với vật liệu khác ván dăm, ván sợi tạo hình dạng phức tạp khác hồn tồn tái chế sử dụng Cơng nghệ thiết bị đáp ứng yêu cầu cơng nghệ thiết bị hệ tiên tiến có chất lượng cao sử dụng hầu hết phế liệu gỗ chất dẻo phế thải Trong thành phần vật liệu composite gỗnhựa bao gồm số thành phần sau: Bột gỗ nghiền từ phế liệu chế biến gỗ, chất dẻo nghiền thành mảnh nhỏ, chất tăng cường để nâng cao tính chất cơng nghệ sử dụng sản phẩm Các kết nghiên cứu cho thấy tỷ lệ thành phần hỗn hợp sau: Bột gỗ (40-70)%, nhựa chất dẻo (60-30)% Sản xuất vật liệu composite gỗ-nhựa thực phương pháp ép đùn, ép khn kín Cơng nghệ ép đùn tạo sản phẩm có hình dạng (Profile) khác dạng đặc, rỗng Hình dạng sản phẩm phụ thuộc vào khn ép trục vít máy ép đùn Công nghệ ép đùn xem loại hình cơng nghệ tiên tiến, đại việc tạo sản phẩm có nhiều ưu điểm thân thiện với mơi trường có khả thay vật liệu gỗ truyền thống Công nghệ tạo vật liệu composite khn ép kín bao gồm công đoạn: tạo bột gỗ, băm nghiền nhựa phế thải, trộn hỗn hợp, trải khuôn ép, ép khuôn kín, làm nguội Ưu điểm phương pháp công nghệ đơn giản, đầu tư thấp, hiệu cao phù hợp với điều kiện sản xuất nhỏ Nhược điểm kích thước sản phẩm bị hạn chiều dài, chiều rộng chiều dày thường mỏng Năng suất mức độ tự động hố khơng cao so với ép đùn Như vậy, công nghệ sản xuất vật liệu gỗ - nhựa từ phế liệu chế biến gỗ chất dẻo phế thải phát triển mạnh giới Sản phẩm gỗ-nhựa đa dạng ứng dụng nhiều lĩnh vực: xây dựng, nội ngoại thất, cơng trình dân dụng, giao thơng 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước Ở Việt Nam từ đầu năm 1970 công nghệ vật liệu composite phát triển, kiện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội chế tạo thành công vật liệu composite để sửa chữa đường ống dẫn dầu Năm 1986 viện Vật liệu xây dựng thực đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu lợp xi măng cốt sợi thực vật (đay, dừa, bã mía)” Hiện nay, nước ta phát triển số loại hình công nghệ tạo vật liệu composite nhựa Epoxy, Polyester, Vinyleste kết hợp với sợi thủy tinh bao gồm sợi dài, vải mạt dùng để chế tạo sản phẩm: ống dẫn có đường kính lớn, lợp lấy ánh sáng, bồn tắm, đá nhân tạo, bàn bếp, khung cửa, loại cano, thuyền cứu sinh, hộp công tơ điện, ghế ngồi sân vận động… Khoảng 98% vật liệu polyme composite bán thị trường chấp nhận có chứa loại sợi gia cường thủy tinh, cacbon aramit Trong công nghiệp chế biến gỗ nước ta thành công việc sản xuất loại ván dăm, ván ép định hình từ bột gỗ kết hợp với nhựa nhiệt rắn PF, UF ứng dụng vào thực tế sản xuất Các loại chất dẻo phế thải PP, PE, PVC chất thải khác chiếm khối lượng lớn thực tế từ đồ dùng nhựa sống tái sử dụng cách băm nghiền nhựa tạo hạt nhựa tái sinh để sử dụng công nghệ sản xuất sản phẩm nhựa Rất nhiều sở làng nghề thu gom nhựa phế thải thực việc tái chế theo hướng Một số cơng trình nghiên cứu Trung tâm Nghiên cứu vật liệu polyme đề cập đến việc sử dụng sợi thực vật (bột tre) kết hợp với ba loại nhựa nhiệt rắn có nguồn gốc polyeste khơng no, epoxy, vinyleste để tạo vật liệu composite Vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo có nguồn gốc polypropylen gia cường hệ sợi lai tạo tre, luồng - thuỷ tinh nghiên cứu thử nghiệm thành công 1.1.3 Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Hàng năm ngành công nghiệp chế biến gỗ nước ta phải nhập từ 3.5 - triệu m3 gỗ tròn, lượng phế liệu cưa xẻ gỗ thường dao động từ 11-12% thể tích Lượng phế liệu sản xuất chế biến gỗ phụ thuộc vào ngun liệu, kích thước tạo sản phẩm, cơng suất thiết bị thường chiếm tỷ trọng từ 45-63% thể tích nguyên liệu Như thấy, lượng phế liệu gỗ lớn sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu, lãng phí ảnh hưởng đến tỷ lệ lợi dụng gỗ giá thành sản phẩm Vấn đề đặt làm để sử dụng hiệu lượng phế liệu gỗ để nâng cao tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu đồng thởi bảo vệ môi trường? Phế liệu chất dẻo từ loại nhựa đồ dùng sinh hoạt tất lĩnh vực đa dạng phong phú Phế liệu có nguồn gốc từ Popypropylen (PP) bao gồm vỏ ắc quy, dụng cụ y tế, túi đựng, màng công nghiệp; nguồn gốc từ Polyethylene (PE) bao gồm chai lọ, dụng cụ y tế, màng bọc, túi đựng thực phẩm, màng đóng gói; nguồn gốc Polyvinylchloride (PVC) bao gồm: ống nước, sản phẩm hình (profile), vỏ cáp điện, màng dày, lát sàn, ống mềm…Số liệu điều tra xác lượng nhựa phế thải tồn quốc chưa thực hiện, nhiên theo kết điều tra năm 2002 viện Vật liệu xây dựng cho thấy lượng nhựa phế thải rác thải sinh hoạt thành phố Hà Nội cao (từ đến 8%) Nếu tính lượng rác thải phát sinh trung bình Hà Nội 18.000 tấn/ngày ngày Hà Nội thải khoảng 120 nhựa phế thải Mặc dù lượng nhựa sử dụng phần tái chế tạo nhựa tái sinh để sản xuất sản phẩm nhựa, nhiên lượng nhựa phế thải thu gom, phân loại, xử lý, tái chế nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất khối lượng lớn vật liệu composite gỗ-nhựa dùng lĩnh vực xây dựng, nội thất, cơng trình dân dụng… Nguồn ngun liệu (phế liệu chất dẻo phế liệu gỗ) để sản xuất vật liệu composite gỗ - nhựa có tiềm lớn Các kết nghiên cứu tình hình sản xuất vật liệu composite gỗ - nhựa từ phế liệu gỗ phế liệu chất dẻo thấy rằng, sản xuất vật liệu composite gỗ-nhựa xu hướng công nghệ đại, thân thiện mơi trường, có ý nghĩa mặt xã hội sử dụng hiệu nguồn tài nguyên Công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ - nhựa từ phế liệu gỗ chất dẻo phế thải xu hướng mới, đại nhiều nước giới Nhật Bản, Mỹ, Canada xác định hướng nghiên cứu ưu tiên lĩnh vực công nghệ vật liệu Sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa nhựa nhiệt dẻo phương pháp ép phẳng, ép đùn, ép phun Công nghệ áp dụng chủ yếu công nghệ ép đùn để tạo sản phẩm composite có profile khác Tuy nhiên, giá thành đầu tư dây chuyền công nghệ thiết bị sản xuất vật liệu composite gỗ-nhựa phương pháp ép đùn cao trị giá từ 400.000 USD đến 1.500.000 USD phụ thuộc vào công suất dây chuyền (công suất từ 50 kg/h – 650 kg/h) Tại Nga, Đức phát triển công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ-nhựa phương pháp ép khuôn, sản phẩm chủ yếu phẳng có chiều dày khơng lớn từ 3-20 mm dùng để làm vách ngăn, ván phủ, chi tiết đồ mộc Sản phẩm composite gỗ - nhựa có chiều dày khác từ 4mm đến 40 mm, khối lượng thể tích đạt tới 1140 kg/m3 có nhiều ưu điểm như: tính ổn định kích thước cao, khả chống sinh vật hại tốt, bề mặt mịn, dễ gia cơng, tạo màu sắc thích hợp ứng dụng nhiều lĩnh vực: ván sàn, cầu thang, cửa, nhà ở, đồ gỗ nội thất, vật liệu trang trí…Mặt khác dây chuyền sản xuất composite gỗ - nhựa phù hợp với sản xuất quy mô nhỏ, vốn đầu tư thấp, sử dụng nguyên liệu phế liệu công nghiệp gỗ công nghệ chất dẻo Các kết nghiên cứu nước cho thấy vật liệu composite nói chung 52 - Bột gỗ Bột gỗ Keo tai tượng có kích thước 0.3 - 0.45 mm Hình 3.17 Bột gỗ 3.1.3 Xây dựng tỷ lệ bột gỗ nhựa PP cho composite gỗ - nhựa Căn vào sở lý thuyết, tài liệu liên quan điều kiện thiết bị tạo vật liệu, chọn thông số tạo vật liệu sau: - Kích thước sản phẩm sau ép phẳng khuôn: 200x150x4, mm - Độ ẩm bột gỗ sau sấy 3-5% - Vật liệu thí nghiệm với mức tỷ lệ (theo khối lượng) sau: PPG2-5/5 = 50% nhựa PP, 50% gỗ PPG2-4/6 = 40% nhựa PP, 60% gỗ PPG2-3/7 = 30% nhựa PP, 70% gỗ 3.2 Phương pháp xác định tính chất Composite gỗ - nhựa Các mẫu thí nghiệm gia công theo tiêu chuẩn ISO xác định tính chất vật lý, học composite Kích thước tiêu chuẩn thử trình bày bảng 53 Bảng 3.1 Kích thước tiêu chuẩn mẫu xác định tính chất Kích thước mẫu, mm Tính chất Dài Rộng Dày Tiêu chuẩn thử Tỷ trọng Kích thước phù hợp thiết bị Độ bền kéo 150 10 ISO 527 - 1993 Độ bền va đập Charpy 120 10 ISO 179 - 1993 Độ bền uốn tĩnh 100 10 ISO 178 - 1993 ASTM D570 Độ hấp thụ nước D = 51 ASTM D792 3.2.1 Tỷ trọng vật liệu Đo theo tiêu chuẩn: ASTM D792; Số lượng mẫu: 10 mẫu Dụng cụ: cân thủy tĩnh Precisa với trợ giúp gá hai chén cân Quy trình xác định tỷ trọng: + Khởi động cân, chọn phương pháp đo, chọn điều kiện ban đầu: nhiệt độ 250C, độ ẩm 75% + Chọn dung mơi (Acetone) sử dụng q trình đo, tỷ trọng dung môi 0,79g/cm3 đưa vào thông số ban đầu cân + Đặt mẫu vào gá, lúc đầu vào chén cân (trong khơng khí), lưu giá trị nhận vào máy, chuyển xuống chén cân (trong dung môi), lưu giá trị nhận được, máy tự tính tỷ trọng mẫu cần xác định Hình 3.18 Thiết bị tính tỷ trọng vật liệu 54 3.2.2 Độ bền kéo Mẫu hình mái chèo, độ bền kéo đo theo tiêu chuẩn ISO 527 – 1993 máy INSTRON 5582 – 100KN Mỹ Khoảng cách làm việc mẫu 65mm, với điều kiện đo nhiệt độ 250C, độ ẩm 75%, tốc độ kéo mẫu 5mm/phút Nguyên tắc đo kéo dọc theo chiều dài mẫu với tốc độ kéo không đổi xuất vết nứt mẫu ứng suất hay độ dãn dài đạt tới giá trị cực đại Ghi lại giá trị độ bền kéo Số lượng mẫu đo 10 mẫu sau lấy giá trị trung bình Độ bền kéo đứt xác định theo cơng thức: σk = F∕ (b.h) Trong đó: + σk: độ bền kéo, MPa + F: lực tác dụng, N + b: Bề rộng phần eo, mm + h: Chiều dày mẫu, mm Kết đo hiển thị máy tính 3.2.3 Độ bền va đập Charpy Độ bền va đập Charpy xác định theo tiêu chuẩn ISO 179 - 1993 thực máy RADMANA Tốc độ va đập 3,5m/s Nhiệt độ 250C, độ ẩm 75% Độ bền va đập Charpy xác định theo công thức: A = W∕ (b.h) Trong đó: + A: Độ bền va đập Charpy, KJ/ m2 + W: Năng lượng phá hủy mẫu, mJ + b: Chiều rộng mẫu, mm 55 + h: Chiều dày mẫu, mm - Số lượng mẫu đo 10 mẫu sau lấy giá trị trung bình Kết đo hiển thị máy tính Hình 3.19 Máy đo độ bền va đập RADMANA ITR 2000 3.2.4 Đo độ bền uốn Mẫu có hình thanh, độ bền uốn xác định theo tiêu chuẩn ISO 1781993 máy INSTRON 5582 – 100KN Mỹ Với điều kiện đo nhiệt độ 250C, độ ẩm 75 %, khoảng cách gối đỡ 80mm, tốc độ uốn mẫu 5mm/phút Nguyên tắc đo, di chuyển đầu nén mẫu với tốc độ không đổi mẫu bị phá hủy Ghi lại giá trị độ bền uốn modun đàn uốn hiển thị máy tính, số lượng mẫu đo 10 mẫu sau lấy giá trị trung bình Độ bền uốn xác theo cơng thức: σu = 3FL/(2b.h2) Trong đó: +σu : độ bền uốn, MPa + F: lực tác dụng, N 56 + b: Bề rộng mẫu, mm + h: Chiều dày mẫu, mm + L: khoảng cách hai gối đỡ, mm Kết đo hiển thị máy tính Hình 3.20 Máy đo độ bền kéo uốn INSTRON 5582 - Mỹ 3.2.5 Phương pháp đo độ hấp thụ nước Mẫu đo độ hấp thụ nước có kích thước: dài x rộng x dày; 80x10x4 mm; bề mặt mẫu phẳng nhẵn Mẫu sấy khô 800C đến khối lượng khơng đổi, sau làm nguội bình hút ẩm xác định khối lượng mẫu cân phân tích có sai số 10-4 g Ngâm mẫu vào nước để điều kiện thường Sau thời gian định 1, 3, 7, 15, 30 ngày, mẫu lấy lau khô vải giấy thấm, đem cân Độ hấp thụ nước mẫu xác định theo công thức: W= ( mt  m0 ).100 m0 ,% 57 Trong đó: + W: độ hấp thụ nước sau thời gian t, % + mt, m0 khối lượng mẫu sau thời gian t ngâm mẫu nước mẫu ban đầu, g 3.3 Kết đánh giá kết nghiên cứu 3.3.1 Kết đánh tỷ trọng vật liệu Đây tính chất vật lý quan trọng, ảnh hưởng đến tính chất lý vật liệu Kết đánh giá tỷ trọng composite gỗ - nhựa PP với cấp tỷ lệ gỗ - nhựa trình bày phụ biểu 03 xử lý thống kê tổng hợp bảng 3.2 Bảng 3.2 Kết tính tốn tỷ trọng tỷ lệ bột gỗ nhựa Tỷ lệ (PP/G2) 50/50 40/60 30/70 Min Max TB, g/cm3 P, % 0.93 1.02 1.09 1.13 1.15 1.24 1.04 1.08 1.15 1.92 1.35 1.44 Tỷ trọng, g/cm3 1.15 1.08 1.04 PPG2-3/7 PPG2-4/6 PPG2-5/5 Hình 3.21 Biểu đồ thể tỷ trọng vật liệu theo tỷ lệ bột gỗ nhựa 58 Nhận xét: Qua bảng số liệu 3.2 hình vẽ 3.21 cho thấy hàm lượng bột gỗ tăng tức tỷ lệ gỗ nhiều nhựa tỷ trọng vật liệu tăng Điều giải thích sau: Ở điều kiện biên thơng số chế độ ép, loại nhựa, kích thước bột gỗ, mặt khác tỷ trọng bột gỗ cao tỷ trọng nhựa phế thải tỷ trọng vật liệu lúc phụ thuộc vào hàm lượng bột gỗ WPC nhiều hay 3.3.2 Kết độ bền kéo Kết đánh giá độ bền kéo composite gỗ - nhựa PP với cấp tỷ lệ gỗ - nhựa trình bày phụ biểu 07 đến phụ biểu 09 xử lý thống kê tổng hợp bảng 3.3 Bảng 3.3 Kết tính tốn độ bền kéo vng góc tỷ lệ bột gỗ nhựa Tỷ lệ Min Max TB, MPa P, % 50/50 16.03 16.77 16.32 0.52 40/60 14.26 15.90 15.21 0.99 30/70 13.01 13.92 13.38 0.82 (PP/G2) 20 18 16 14 12 10 σk, MPa 15.21 16.32 13.38 PPG2-3/7 PPG2-4/6 PPG2-5/5 Hình 3.22 Biểu đồ thể độ bền kéo vng góc tỷ lệ bột gỗ nhựa 59 Nhận xét: Bảng 3.3 hình vẽ 3.22 thể ảnh hưởng tỷ lệ bột gỗ - nhựa đến tính chất độ bền kéo WPC Khi hàm lượng bột gỗ tăng độ bền kéo WPC giảm Điều giải thích sau: Khả liên kết bột gỗ nhựa trường hợp phụ thuộc vào hàm lượng bột gỗ nhiều hay Khi hàm lượng bột gỗ thấp phân tán bột gỗ vào nhựa đồng hơn, khả bám dính, bao bọc bột gỗ nhựa tăng ngược lại hàm lượng bột gỗ lớn khả liên kết, bao bọc nhựa vào gỗ đi, tức phân tán bột gỗ nhựa không đồng đều, xuất điểm tập trung ứng suất tích tụ bột gỗ nên mẫu dễ bị phá hủy sớm 3.3.3 Kết độ bền va đập charpy Bảng 3.4 Kết tính tốn độ bền va đập charpy tỷ lệ bột gỗ nhựa Tỷ lệ Min Max TB, P, % 50/50 5.57 6.92 6.50 2.06 40/60 6.04 6.67 6.26 1.00 30/70 5.08 6.04 5.39 1.56 (PP/G2) 10 A, KJ/m2 6.26 6.50 PPG2-4/6 PPG2-5/5 5.39 PPG2-3/7 Hình 3.23 Biểu đồ thể độ bền va đập charpy tỷ lệ bột gỗ nhựa 60 Nhận xét: Từ bảng 3.4 hình vẽ 3.23 cho thấy hàm lượng bột gỗ lớn độ bền va đập giảm Điều giải thích sau: Va đập tượng phá hủy tốc độ cao bị ảnh hưởng cấu tử thành phần Hàm lượng bột gỗ thấp phân tán dán dính, bao bọc nhựa vào bột gỗ lớn, lúc hình thành mạng đều, liên tục Khi hàm lượng bột gỗ lớn nhựa trộn hợp gỗ - nhựa không đều, liên kết lỏng lẻo khơng tập trung Dó hàm lượng bột gỗ lớn độ bền va đập giảm 3.3.4 Kết độ bền uốn tĩnh Bảng 3.5 Kết tính tốn độ bền uốn tĩnh tỷ lệ bột gỗ nhựa Tỷ lệ Min Max TB, P, % 50/50 17.38 19.02 18.32 1.05 40/60 17.59 18.66 18.27 0.64 30/70 18.00 18.44 18.21 0.29 (PP/G2) 20 18 16 14 12 10 u, MPa 18.21 18.27 18.32 PPG2-3/7 PPG2-4/6 PPG2-5/5 Hình 3.24 Biểu đồ thể độ bền uốn tĩnh tỷ lệ bột gỗ nhựa 61 Nhận xét: Từ bảng 3.5 hình vẽ 3.24 cho thấy ảnh hưởng tỷ lệ bột gỗ - nhựa đến tính chất độ bền uốn tĩnh WPC Khi hàm lượng bột gỗ tăng độ bền uốn WPC giảm Điều giải thích sau: Khi hàm lượng bột gỗ tăng phân tán bột gỗ nhựa khơng đồng đều, lúc xuất điểm tập trung ứng suất tích tụ bột gỗ Vì mẫu bị phá hủy sớm Ngược lại, hàm lượng bột gỗ khả trộn hợp đồng liên kết (dán dính, bao bọc) nhựa – gỗ tốt nên mẫu bị phá hủy chậm 3.3.5 Kết độ hấp thụ nước Bảng 3.6 Kết tính tốn độ hấp thụ nước tỷ lệ bột gỗ nhựa Tỷ lệ (PP/G2) ngày 50/50 2.07 3.94 5.33 6.40 6.58 40/60 2.40 5.03 6.82 7.27 7.41 30/70 4.13 7.21 8.25 8.38 8.52 15 ngày 25 ngày Khả hút nước WPC PP-bột gỗ Độ hút nước, % 10 W, % PPG2-3/7 PPG2-4/6 PPG2-5/5 15 Thời gian ngâm nước, ngày 25 30 Hình 3.25 Biểu đồ thể độ hấp thụ nước tỷ lệ bột gỗ nhựa 62 Nhận xét: Từ bảng 3.6 hình vẽ 3.25 cho thấy hàm lượng bột gỗ tăng độ hút nước composite gỗ - nhựa tăng Điều giải thích sau: thành phần composite gỗ nhựa gỗ pha phân tán pha ổn định nhựa, hai thành phần vật liệu hai pha khác Gỗ vật liệu xốp, rỗng, mao dẫn nên có tính ưa nước; cịn nhựa hút nước ít, thường trơ với nước Do vậy, độ hút nước vật liệu phụ thuộc vào chất pha phân tán bột gỗ phụ thuộc vào hàm lượng bột gỗ Hình vẽ thể rõ giai đoạn từ – ngày đầu độ hút nước composite loại tỷ lệ gỗ - nhựa nhanh, sau từ đến ngày hút nước có chậm từ đến 15 ngày tượng hút nước xảy giảm xuống nhiều, tỷ lệ PPG2-3/7 PPG2-4/6 tốc độ hút nước chậm so với tỷ lệ PPG2-5/5 Điều tỷ lệ PPG2-5/5 khả dán dính bao bọc nhựa vào gỗ lớn tỷ lệ khả thẩm thấu nước vào vật liệu chậm Tuy nhiên từ ngày thứ 15 trở vật liệu cấp tỷ lệ hút nước có xu hướng bão hịa 3.4 Phân tích đánh giá kết nghiên cứu Tổng hợp kết nghiên cứu ảnh hưởng cấp tỷ lệ bột gỗ (mesh 40) nhựa tái chế PP đến số tính chất composite gỗ - nhựa thể bảng 3.7 63 Bảng 3.7 Tổng hợp tính chất lý WPC làm từ nhựa tái chế PP gỗ phế liệu cấp tỷ lệ gỗ - nhựa Tính chất Tỷ trọng, g/cm3 Sản phẩm PPG2-5/5 PPG2-4/6 PPG2-3/7 1.04 1.08 1.15 Độ bền uốn, MPa 18.32 18.27 18.21 Độ bền kéo, MPa 16.32 15.21 13.38 Độ bền va đập, KJ/m2 6.50 6.26 5.39 Độ hấp thụ nước sau ngày, % 2.07 2.40 4.13 Độ hấp thụ nước sau 30 ngày, % 6.58 7.41 8.52 Qua bảng tổng hợp cho thấy hàm lượng bột gỗ thay đổi tính chất composite gỗ - nhựa thay đổi Khi hàm lượng bột gỗ tăng tính chất vật lý WPC tỷ trọng độ hấp thụ nước tăng cịn tính chất học độ bền uốn, độ bền va đập độ bền kéo giảm Hàm lượng gỗ nhựa có ảnh hưởng lớn đến tính chất vật lý học vật liệu composite gỗ-nhựa Khi hàm lượng gỗ/nhựa thay đổi tính chất lý sản phẩm thay đổi sau: + Tỷ trọng sản phẩm đạt giá trị cao 1,15 g/cm3 hàm lượng gỗ/nhựa 70/30 + Độ bền kéo sản phẩm đạt giá trị cao 16,32 MPa hàm lượng gỗ/nhựa 50/50 + Độ bền uốn sản phẩm đạt giá trị cao 18,32 MPa hàm lượng gỗ/nhựa 50/50 + Độ bền va đập sản phẩm đạt giá trị cao 6,50 MPa hàm lượng gỗ/nhựa 50/50 64 + Độ hấp thụ nước sau 30 ngày sản phẩm đạt giá trị thấp 6.58% hàm lượng gỗ/nhựa 50/50 Đề tài đề xuất chọn hàm lượng bột gỗ/nhựa 50/50 tỷ lệ tối ưu để áp dụng thực tế sản xuất 65 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Qua trình nghiên cứu, thực nghiệm tạo composite gỗ - nhựa xác định số tính chất chủ yếu sản phẩm đề tài, đưa số kết luận sau: - Thực nghiệm tạo hạt gỗ - nhựa từ nhựa tái chế PP bột gỗ ba tỷ lệ gỗ - nhựa 70/30, 60/40 50/50 Điều góp phần nâng cao hiệu sử dụng phế liệu gỗ, nhựa phế thải bảo vệ môi trường - XĐ ảnh hưởng tỷ lệ bột gỗ - nhựa đến số tính chất composite gỗ-nhựa PP Tuy nhiên ảnh hưởng chưa có khác biệt lớn - Độ bền học WPC sản xuất từ nhựa phế thải phế liệu gỗ tương đối cao, độ hút nước, độ dãn nở thấp nên đáp ứng yêu cầu vật liệu composite sử dụng xây dựng, đồ ngoại thất để làm chi tiết, kết cấu yêu cầu tỷ trọng thấp, cường độ chịu lực không cao, khả chống chịu mơi trường tốt tái sử dụng 4.2 Một số tồn đề tài Trong q trình thực đề tài, có nhiều cố gắng hạn chế mặt chuyên môn thời gian điều kiện nghiên cứu có hạn nên đề tài cịn tồn số hạn chế sau: + Đề tài kiểm tra số tính chất sản phẩm composite gỗ - nhựa kiểm tra tính chất dạng profile + Trong sản xuất, kinh doanh giá trị kinh tế mục tiêu hàng đầu Tuy nhiên đề tài chưa xác định chi phí cho sản xuất giá thành sản phẩm 66 + Chưa đánh giá số lần tái chế, lượng tạp chất nhựa sử dụng đề tài 4.3 Kiến nghị - Tiếp tục nghiên cứu với tỷ lệ bột gỗ loại nhựa khác để tìm thơng số tối ưu trình sản xuất composite gỗ nhựa nhằm đa dạng sản phẩm - Mở rộng nghiên cứu với loại gỗ khác cấp kích thước bột gỗ khác nhằm tận dụng phế liệu công nghiệp chế biến gỗ - Nghiên cứu giải pháp gia công, trang sức để sản phẩm phù hợp với công sử dụng điều kiện môi trường khác - Xây dựng tiêu chuẩn kiểm tra tính chất học vật lý vật liệu composite gỗ-nhựa sản xuất Việt Nam - Tính toán hiệu kinh tế phương án sản xuất