Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật vật liệu: Khảo sát khả năng ứng dụng tro trấu làm chất độn cho nhựa Polypropylene

Composite tro trấu và nhựa PP với tỷ lệ khác nhau đượctạo bằng phương pháp trộn hai trục vít, mẫu thử được tạo bằng phương pháp đúctiêm.Với hai phương pháp xử lý nguyên liệu tro trấu như

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-HUỲNH HỮU ĐĂNG KHOA

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRO TRẤU LÀM

CHẤT ĐỘN CHO NHỰA POLYPROPYLENE

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Vật LiệuMã số: 60520309

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA-ĐHQG-HCM

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm:

1 Chủ tịch: TS La Thị Thái Hà

2 Thư ký: TS Nguyễn Thị Lê Thanh

3 Phản biện 1: PGS TS Huỳnh Đại Phú

4 Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Thị Phương Phong

5 Ủy viên: TS Cao Xuân Việt

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyênnghành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ

Ngày, tháng, năm sinh: 12/12/1981 Nơi sinh: Tiền Giang

Polypropylene

II.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

trấu đến tính chất cơ lý của composite tro trấu và nhựa PP

cơ lý của composite tro trấu và nhựa PP

III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/01/2016IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016

Lời Cảm ơn

Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ của tôi được nghiên cứu và hoàn thành tại

Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Có được kết quả này, tôi xin

chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý Thầy, Cô Bộ môn Kỹ Thuật VậtLiệu – Chuyên ngành Công Nghệ Vật Liệu Cao Phân Tử và Tổ Hợp, PhòngThí Nghiệm Trọng Điểm Vật Liệu Polymer & Compozite, Trung tâm nghiêncứu vật liệu polymer Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh

Xin chân thành cảm ơn Thầy Phó Giáo sư, Tiến sỹ Nguyễn Đắc Thành đã tận

tâm hướng dẫn, truyền thụ kiến thức khoa học quý báu và dìu dắt tôi trong suốt quá

trình nghiên cứu, xây dựng, hoàn thành đề tài “Khảo sát khả năng ứng dụng tro trấulàm chất độn cho nhựa polypropylene”

Một lần nữa, tôi xin cảm ơn và mong được sự đóng góp, phê bình của quýThầy, Cô, các nhà khoa học và các bạn

T.p HCM, tháng 12 năm 2016

Huỳnh Hữu Đăng Khoa

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nghiên cứu này nhằm tạo ra composite nhựa PP và tro trấu phế phẩm từ lò

hơi công nghiệp Tro trấu sau khi được nghiền bằng máy nghiền búa thì được sàn

qua rây 80 mesh Tro trấu sau đó được xử lý bằng hai phương pháp rửa nước hoặcnung 600⁰C trong một giờ Composite tro trấu và nhựa PP với tỷ lệ khác nhau đượctạo bằng phương pháp trộn hai trục vít, mẫu thử được tạo bằng phương pháp đúctiêm.Với hai phương pháp xử lý nguyên liệu tro trấu như rửa nước cất hoặc nung ở

bằng máy nghiền búa thì kích thước hạt vẫn còn thô chưa mịn, do đó khi độn trotrấu vào nhựa PP thì tính năng cơ lý của composite tro trấu giảm hơn so khi so sánhvới composite nhựa PP độn bột talc Với hàm lượng độn từ 20% trở lại thì cơ tính

(độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền va đập) của composite độn tro trấu vẫn ở mức chấp

nhận được Khi sử dụng 3% chất trợ tương hợp PP-g-MA thì cơ tính của compositetro trấu và nhựa PP cải thiện không đáng kể

This study aims to make composite polypropylene and rice husk ash wastefrom industrial boilers Rice husk ash was ground by hammer mill after that it wassieved by 80 mesh sieve Sieved rice husk ash was treated in two methods, cleanedby distilled water or heat it in the oven at 600⁰C for one hour Rice husk ashcomposites of different filler loadings were then compounded using a twin-screwextruder, ·and test specimens were injection-moulded With two treatments ricehusk ash as it by distilled water or heat it in the oven at 600⁰C for one hour iscapable of removing impurities is not much The rice husk ash crushed by a hammermill, its partilce size is still coarse, so mechanical properties (tensile strength,flexural strength, impact strength) of PP filled rice husk ash composite are lowerthan that of PP filled talc When rice husk ash filler does not exceed 20% incomposite PP filled rice husk ash, its mechanical properties are still acceptable.When using PP-g-MA coupling agent for composite PP filled rice husk ash, itsmechanical propeties are negligible improvement

1.4 Phương pháp gia công nhựa nhiệt dẻo 4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VẬT LIỆU COMPOSITE TRO TRẤUVÀ NHỰA PP 7

2.1 Sơ lược composite cốt hạt 7

2.2 Vật liệu composite tro trấu và nhựa Polypropylene 7

2.2.1 Nhựa Polypropylene 7

2.2.2 Thành phần vỏ trấu 10

2.2.3 Thành phần hóa học trong tro trấu 10

2.3 Những nhân tố ảnh hưởng đến cơ tính của vật liệu composite tro trấu vànhựa PP 11

2.3.1 Ảnh hưởng của tro trấu 11

2.3.2 Ảnh hưởng của chất trợ tương hợp 15

2.3.3 Ảnh hưởng của nhựa nền 17

2.3.4 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến composite tro trấu nhựa PP 18

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 20

3.1 Nguyên liệu và hóa chất 20

3.1.1 Nhựa PP Novatec FY5 20

3.4 Giải thích quy trình 23

3.4.1 Xử lý nguyên liệu tro trấu 23

3.4.2 Tạo compound bằng phương pháp ép đùn hai trục vít 24

3.4.3 Tạo mẫu tro trấu polypropylene/ bột talc polypropylene/ tro trấu vàpolypropylene có 3% PP-g-MA 25

3.5.6 Đo cơ lý kéo, uốn, va đập, độ cứng 27

3.5.7 Đo độ hút nước của vật liệu 27

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

4.1 Tính chất tro trấu trước và sau khi xử lý 28

4.1.1 Thành phần hóa học trong tro 28

b Khối lượng mất khi nung của tro trấu 29

Khối lượng mất khi nung của tro trấu đo bằng TGA cho kết quả ở bảng 4.2 294.1.2 Thành phần pha trong tro 29

4.1.3 Kích thước hạt của tro trấu 30

4.1.4 Nhận xét 32

4.2 Ảnh hưởng loại, hàm lượng tro trấu đến tính chất cơ lý, độ hút nước, khảnăng chịu nhiệt của vật liệu composite tro trấu và nhựa PP 32

4.2.1 Xác định hàm lượng chất độn trong mẫu bằng TGA 32

4.2.2 Độ bền kéo, mô đun kéo của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tronung 6000C, tro rửa nước và bột talc 33

4.2.3 Độ bền uốn, mô đun uốn của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tronung 6000C, tro rửa nước vàbột talc 36

4.2.4 Độ bền va đập của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung6000C, tro rửa nước và bột talc 39

4.2.5 Độ cứng của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 6000C, trorửa nước và bột talc 40

4.2.6 Độ hút nước của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 600⁰C,

tro rửa nước và bột talc 41

4.2.7 Nhiệt độ bắt đầu phân hủy (nhiệt độ onset) của composite nhựa PP vớitro chưa xử lý, tro nung 6000C, tro rửa nước và bột talc 42

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Máy ép đùn 5

Hình 1.2 Máy ép phun 6

Hình 2.1 Cấu trúc của polypropylene 8

Hình 2.2 Cấu trúc phân tử của a xít Maleic phản ứng tạo thành Maleic anhydride[34] 16

Hình 2.3 Một số cơ chế ghép có thể xảy ra khi ghép Maleic anhydride lên PP [34]16Hình 2.4 Cơ chế phản ứng của PP-g-MA với tro trấu cho thấy liên kết H lẫn cộnghóa trị [35] 17

Hình 2.5 Cơ chế liên kết của silane và bề mặt vô cơ 17

Hình 3.6 Sơ đồ quy trình nghiên cứu chế tạo mẫu tro trấu/polypropylene 23

Hình 3.7 Tro trước khi nung 24

Hình 3.8 Tro sau khi nung 24

Hình 3.9 Máy đùn hai trục vít 25

Hình 3.10 Quy trình tạo hạt compound từ máy đùn hai trục vít 25

Hình 3.11 Quy trình tạo mẫu từ máy ép phun 25

Hình 3.12 Mẫu thử tính chất cơ lý của composite tro trấu và nhựa PP 26

Hình 4.1 Hàm lượng SiO2trong 3 loại tro trấu 28

Hình 4.2 Phổ XRD tro chưa xử lý 29

Hình 4.3 Phổ XRD tro nung 600C 30

Hình 4.4 Kích thước hạt tro chưa xử lý 30

Hình 4.5 Kích thước hạt tro nung 600C 31

Hình 4.6 Kích thước hạt tro rửa nước 31

Hình 4.6 Độ bền kéo của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 6000C, trorửa nước và bột talc 33

Hình 4.7 Mô đun kéo của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 6000C,tro rửa nước và bột talc (Mpa) 34

Hình 4.8 Độ bền uốn của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 6000C, trorửa nước và bột talc 36

Hình 4.9 Mô đun uốn của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 6000C,tro rửa nước và bột talc 37Hình 4.10 Độ bền va đập của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung

rửa nước và bột talc 40

tro rửa nước và bột talc 42Hình 4.13 Nhiệt độ bắt đầu phân hủy của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro

Hình 4.14 Độ bền kéo của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và tro chưa xử lýcó 3% PP-g-MA 44Hình 4.15 Mô đun kéo của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và tro chưa xử lýcó 3% PP-g-MA 45Hình 4.16 Độ bền uốn của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và tro chưa xử lýcó 3% PP-g-MA 46Hình 4.17 Mô đun uốn của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và tro chưa xử lýcó 3% PP-g-MA 47Hình 4.18 Độ bền va đập của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và tro chưa xửlý có 3% PP-g-MA 48

rửa nước, bột talc và tro chưa xử lý có 3% PP-g-MA 49Hình 4.20 Độ hút nước của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và tro chưa xử lýcó 3% PP-g-MA 50Hình 4.21 Nhiệt độ bắt đầu phân hủy của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, và

tro chưa xử lý có 3% PP-g-MA 51

Hình 4.22 Ảnh chụp SEM của composite nhựa PP với tro chưa xử lý có hàm lượng

độn 30% tại mặt cắt của mẫu bị kéo đứt 53

Hình 4.23 Ảnh chụp SEM của composite nhựa PP có 3% PP-g-MA với tro chưa xửlý có hàm lượng độn 30% tại mặt cắt của mẫu bị kéo đứt 55

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật nhựa PP 20

Bảng 3.2 Nhiệt độ cài đặt máy trộn hai trục vít 25

Bảng 4.1 Thành phần hóa học của tro (Tỷ lệ % theo khối lượng) 28

Bảng 4.2 Khối lượng mất khi nung của tro trấu 29

Bảng 4.3 tổng hợp kích thước hạt của tro chưa xử lý, tro nung 600C, tro rửa nướcvà bột talc .31

Bảng 4.4 Hàm lượng độn trong mẫu composite sau khi đo bằng TGA 33

Bảng 4.5 Độ bền kéo của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 6000C, trorửa nước và bột talc (Mpa) 34

Bảng 4.6 Mô đun kéo của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 600⁰C,tro rửa nước và bột talc (Mpa) 35

Bảng 4.7 Độ bền uốn của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 6000C, trorửa nước và bột talc (Mpa) 37

Bảng 4.8 Mô đun uốn của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 6000C,tro rửa nước và bột talc (Mpa) 38

Bảng 4.9 Độ bền va đập của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 6000C,tro rửa nước và bột talc (mJ/mm) 39

Bảng 4.10 Độ cứng của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 6000C, trorửa nước và bột talc (Shore D) 41

Bảng 4.11 Độ hút nước của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tro nung 6000C,tro rửa nước và bột talc (%) 42

Bảng 4.12 Nhiệt độ bắt đầu phân hủy của composite nhựa PP với tro chưa xử lý, tronung 6000C, tro rửa nước và bột talc (0C) 43

Bảng 4.13 Độ bền kéo của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và tro chưa xử lýcó 3% PP-g-MA (Mpa) 44

Bảng 4.14 Mô đun kéo của composite nhựa PP với tro chưa xử lývà tro chưa xử lýcó 3% PP-g-MA (Mpa) 45

Bảng 4.15 Độ bền uốn của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và tro chưa xử lýcó 3% PP-g-MA (Mpa) 46Bảng 4.16 Mô đun uốn của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và tro chưa xử lýcó 3% PP-g-MA (Mpa) 47Bảng 4.17 Độ bền va đập của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và tro chưa xửlý có 3% PP-g-MA (mJ/mm) 48Bảng 4.18 Độ cứng của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và tro chưa xử lý có3% PP-g-MA (Shore D) 49Bảng 4.19 Độ hút nước của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và tro chưa xử lýcó 3% PP-g-MA (%) 50Bảng 4.20 Nhiệt độ bắt đầu phân hủy của composite nhựa PP với tro chưa xử lý và

tro chưa xử lý có 3% PP-g-MA (0C) 51

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTBWHA:Tro trấu đen - Black rice husk ash

WRHA:Tro trấu trắng - White rice husk ash

MA-g-HDPE: Maleic anhydride được ghép với nhựa HDPE

TGA:Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng - Thermogravimetry

HDPE:Nhựa PE tỷ trọng cao - High density polyethylene

ASTM: Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ

PP-g-MA: Maleic Anhydride được ghép với nhựa PP

MỞ ĐẦU

Nước ta với ngành nghề truyền thống là chuyên canh cây lúa nước Sảnlượng xuất khẩu gạo theo thống kê sơ bộ của Tổng cục Hải Quan, 6 tháng đầu năm

phế phẩm nông nghiệp từ quá trình sản xuất lúa gạo như vỏ trấu, rơm rạ đa số được

dùng để làm nhiên liệu cung cấp năng lượng cho các nghành công nghiệp khác như

lò hơi, lò gạch, nhiệt điện .Do đó lượng tro trấu thải ra trong quá trình đốt cháynày là rất lớn Nếu tận dụng được nguồn nguyên liệu giá rẻ này sẽ giảm thiểu đượcvấn đề ô nhiễm môi trường Tro trấu hay còn được gọi là tro silica, được xếp vàochất thải công nghiệp thu được sau khi đốt vỏ trấu, chứa khoảng 55-97% silica (tùyvào thổ nhưỡng vùng miền), một phần ở dạng tinh thể và vô định hình tùy vào điềukiện đốt, được sử dụng trong nhiều nghành công nghiệp khác nhau tùy theo độ tinhkhiết và tính chất hạt [2,3]

Silica dạng kết tủa và fumed silica được biết đến như là vật liệu cải thiện tínhchất cơ cho vật liệu polymer [4,5] Tro silica cũng tuơng tự như những silica trên làvật liệu độn gia cường tiềm năng trong nghành công nghiệp nhựa Tro silica là vậtliệu bền nhiệt, cứng, nó cũng là nguyên liệu giá rẻ, sẵn có đây là nhân tố quan trọngkhi xem xét vật liệu độn cho nhựa nhiệt dẻo.Trong nước và trên thế giới hiện naycũng có một số nghiên cứu của các nhà khoa học về việc ứng dụng tro trấu làm làmcomposite cụ thể như:

- Năm 2014 nhóm nghiên cứu Trần Anh Đăng Khoa, Thạch Sang (Đại học

Cần Thơ), đã nghiên cứu chế tạo vật liệu cơ tính cao từ tro trấu và bột đá.Nhóm nghiên cứu này sử dụng nhựa polyester, tro trấu và bột đá để tạo

composite có cường độ chịu nén tăng từ 380 (kg/cm²) đến 579 (kg/cm²) khităng khối lượng vật liệu của tro trấu từ 0% đến 30%.[39]

- Năm 2012 nhóm nghiên cứu E.P Ayswarya, K.F Vidya Francis, V.S Renju,

Eby Thomas Thachil (India), đã nghiên cứu sử dụng tro trấu làm chất độn gia

cường cho nhựa HDPE Kết quả tỷ lệ cho cơ tính tốt nhất là 1.5% tro trấu và

15% chất tương hợp MA-g-HDPE.[40]

- Năm 2006 nhóm nghiên cứu Waldir Pedro Ferro, Leonardo Gondim de

Andrade e Silva (Brazil), đã nghiên cứu sử dụng tro trấu làm chất độn choPA 6 và

- PA 6.6 Cơ tính của vật liệu khi sử dụng 30% bột talc cũng như 30% tro trấulà như nhau [41]

- Năm 1994 nhóm nghiên cứu M Y A Fuad, Z Ismail, Z A M Ishak và A.K M Omar, đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất trợ tương hợp Titanat (LICA

38), Zirconat (NZ 44) và Silane (PROSIL 2020 và PROSIL 9234) lêncomposite tro trấu và nhựa PP Trong hầu hết các trường hợp modulus uốn

tăng khi tăng hàm lượng chất độn tro trấu, trong khi độ bền kéo, độ giãn dàikhi đứt và độ bền va đập đều có khuynh hướng giảm Trong những chất này

thì PROSIL2020 cải thiện độ bền kéo nhiều nhất, độ bền va đập thì được cảithiện bởi LICA38 và PROSIL 9234 Cơ tính của composite tro trấu này đượcso sánh với composite khi độn nhựa PP với fumed silica và bột talc thươngmại [42]

- Năm 1993 nhóm nghiên cứu M Y Ahmad Fuad , Mustafah Jamaludin , Z

A Mohd Ishak & A K Mohd Omar đã nghiên cứu sử dụng tro trắng và tro

đen làm chất độn cho nhựa PP Kết quả là mặc dù không có chất gắn kết nàocơ tính của composite có chứa tro trấu không kém nhiều khi so sánh với chấtđộn là bột talc thương mại [43]

Từ những nghiên cứu trên cho thấy tro trấu có thể được sử dụng làmcomposite cũng như độn cho khá nhiều loại từ nhựa nhiệt rắn cho đến nhựa nhiệtdẻo mà tính chất cũng không kém nhiều khi so với chất độn thương mại khác

Dựa trên tình hình thực tế và các ý tưởng trên, tôi chọn đề tài: “Khảo sát khả

năng ứng dụng tro trấu làm chất độn cho nhựa polypropylene” với mục tiêu

khảo sát phân tích thành phần tro trấu với nguồn nguyên liệu tro trấu trong nước.Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tro trấu đến tính chất cơ lý của compositetro trấu và nhựa PP Khảo sát ảnh hưởng chất trợ tương hợp PP-g-MA đến cơtính của composite tro trấu và nhựa PP So sánh cơ tính của composite nhựa PP

– tro trấu và composite nhựa PP – bột talc nhằm tìm điều kiện tốt để có thể tạo

ra sản phẩm composite tro trấu nhựa PP giá thành thấp với cơ tính được cải thiện

để có thể tận dụng nguồn nguyên liệu tro trấu dồi giàu giá thành thấp đồng thời

hạn chế được phần nào ô nhiễm do tro trấu thải gây ra

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẬT LIỆU COMPOSITE

Composite là vật liệu được tổng hợp nên từ hai hay nhiều loại vật liệu khácnhau, nhằm mục đích tạo nên một vật liệu mới, ưu việt và bền hơn so với các vậtliệu ban đầu [6] Vật liệu composite bao gồm có vật liệu nền và cốt Vật liệu nền

đảm bảo việc liên kết các cốt lại với nhau, tạo cho vật liệu gồm nhiều thành phần có

tính nguyên khối, liên tục, đảm bảo cho composite độ bền nhiệt, bền hoá và khả

năng chịu đựng khi vật liệu có khuyết tật Vật liệu nền của composite có thể là

polyme, các kim loại và hợp kim, gốm hoặc các bon.Vật liệu cốt đảm bảo cho

composite có các mođun đàn hồi và độ bền cơ học cao Các cốt của composite có

thể là các hạt ngắn, bột, hoặc các sợi cốt như sơi thuỷ tinh, sợi polyme, sợi gốm, sợikim loại và sợi các bon

1.2Yếu tố ảnh hưởng đến tính chất composite

Cơ tính của composite phụ thuộc vào:

- Cơ tính của các vật liệu thành phần

hay có định hướng, phân bố đồng điều hay không đồng điều, hình thái

kiến trúc của tổ hợp vật liệu cốt,…)

1.3Phân loại

Có hai cách phân loại vật liệu composite chính: theo bản chất vật liệu nềnhoặc theo hình dạng vật liệu cốt [6]

Phân loại theo vật liệu nền, ta có các loại sau:

khoáng hoặc sợi kim loại

thường là sợi kim loại hoặc sợi khoáng như Bo, C, SiC…

kim loại hoặc cũng có thể là hạt gốm

Phân loại theo vật liệu cốt, ta có các loại sau:

cường có thể ở dạng sợi dài liên tục hay sợi ngắn gián đoạn

muốn : độ cứng, cách điện, tính cách nhiệt, bền hoá chất… ngoài ra cốthạt còn có tác dụng như chất độn, giúp giảm giá thành sản phẩm Vật liệucomposite cốt hạt cũng dễ gia công hơn composite cốt sợi

chất cơ - lý composite, bởi gia cường bằng dạng hạt thì độ bền nén cao hơndạng sợi nhưng độ bền uốn lại kém hơn

1.4Phương pháp gia công nhựa nhiệt dẻoa.Phương pháp đùn

Máy đùn trục vít là phương pháp gia công chủ yếu cho nhựa nhiệt dẻo, các

loại vật liệu có độ đàn hồi cao như cao su, đôi khi cũng gia công cho nhựa nhiệt rắn,vật liệu được đẩy liên tục qua một khe hở có tiết diện không đổi gọi là đầu tạo hình.Sản phẩm được định hình theo hai chiều (những sản phẩm có chiều dài liên tục), độchính xác của sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chế độ gia công (nhiệt độ, ápsuất), sau khi ra khỏi đầu tạo hình kéo căng định hình hay có bộ phận tiếp nhận hoặc kết hợp với nhiều bộ phận xử lý phôi đùn khác

Máy đùn dùng để sản xuất những mặt hàng như: màng mỏng (film), tấm

(sheet), sợi, thanh, ống, bọc cáp điện, các sản phẩm rỗng v.v

Máy đùn trục vít có thể phân thành nhiều loại:

nguyên liệu

vít, các vít có thể quay cùng chiều hay ngược chiều nhau do cơ cấu truyền

động Máy đùn nhiều trục vít thông thường không dùng để định hình màdùng để trộn vật liệu

Hình 1.1 Máy ép đùn

Ép phun (đúc dưới áp suất hay đúc tiêm) là phương pháp gia công chủ yếu

trong công nghiệp gia công polymer, các nhựa nhiệt dẻo thường được gia công bằng

Vật liệu chảy vào khuôn qua các rãnh, cửa tiết diện nhỏ.Khi vùng tạo hình của khuôn đã được lấp đầy nguyên liệu thì khuôn mới chịutác dụng của lực ép

Ưu điểm: năng suất cao, chu kỳ ngắn, gia công bằng phương pháp ép phun

tiết kiệm được nhiều nguyên liệu, ít tốn công hoàn tất

Nhược điểm: Quá trình ép phun không ổn định về nhiệt độ và áp suất Đây là

một đặc điểm không thuận lợi của phương pháp và chất lượng sản phẩm chịu ảnh

hưởng rất lớn của đặc điểm này

Hình 1.2 Máy ép phun

Ngoài các phương pháp phổ biến kể trên, còn rất nhiều phương pháp gia

công composite khác như phương pháp đúc áp suất, đúc ly tâm, phương pháp trộn,

phương pháp pultrusion, quấn sợi…

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VẬT LIỆU COMPOSITE TRO

TRẤU VÀ NHỰA PP

Composite gia cường hạt là composite được gia cường bởi các hạt có dạng

(hình cầu, que, vảy…) những nguyên liệu có thể làm cốt như bột gỗ, than đen, bột

talc, cao lanh, mica…

Các vật liệu gia cường có kích cỡ macro, micro hoặc nano và thường có độcứng cao hơn vật liệu nền Một số vật liệu gia cường dạng hạt có thể cải thiện cáctính chất composite như giảm độ co ngót, kháng mài mòn, chịu nhiệt…Tuy nhiên,khả năng cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu gia cường dạng hạt thường bé hơn rấtnhiều so với vật liệu gia cường dạng sợi và phụ thuộc rất nhiều vào sự liên kết giữabề mặt phân chia pha Chính vì vậy vật liệu composite cốt hạt thường được dùngtrong các ứng dụng yêu cầu về độ bền không cao Trong nhiều trường hợp các hạt

được sử dụng nhằm mục đích làm giảm giá thành và tăng độ cứng sản phẩm

2.2Vật liệu composite tro trấu và nhựa Polypropylene2.2.1 Nhựa Polypropylene

a.Giới thiệu

Nhựa PP một trong những polyme nhiệt dẻo thông dụng, do PP có giá thànhthấp, có thể tái sinh được, độ bền cao, độ ổn định nhiệt cao và được dùng làm phanền cho một số loại composite, đặc biệt là composite thân thiện với môi trường[33]

Công thức phân tử

Cấu trúc: PP tồn tại ba cấu trúc không gian cơ bản là Syndiotactic,

Isotactic, Atactic Trong đó syndiotactic, isotactic là cấu trúc kết tinh (d = 0.91

Hình 2.1 Cấu trúc của polypropylene

b.Một số đặc tính quan trọng của polypropylene

Kháng hóa chất: bazơ và a xít loãng khó phản ứng với polypropylene, do đónó là lựa chọn tốt cho các thùng chứa chất lỏng như vậy, chẳng hạn như chất tẩyrửa, sản phẩm sơ cấp cứu…

Tính đàn hồi và dai: Polypropylene thể hiện tính đàn hồi trong một phạm vi

nhất định (giống như tất cả các chất liệu khác), nhưng nó cũng sẽ trải qua biến dạngdẻo rất sớm trong quá trình biến dạng, vì vậy nó thường được coi là vật liệu"dai" Dẻo dai là một thuật ngữ kỹ thuật được định nghĩa là khả năng của vật liệubiến dạng (dẻo, không phải đàn hồi) mà không bị phá vỡ

Tính kháng mỏi: Polypropylene giữ hình dạng của nó sau khi bị xoắn, uốn,bẻ cong Do tính chất đặc biệt có gia trị này polypropylene có thể được dùng làmkhớp nối

Cách điện: polypropylene có khả năng kháng điện cao, do đó nó có thể được

dùng làm vỏ bọc dây cáp điện

Khả năng truyền qua của ánh sáng:Mặc dù Polypropylene có thể làm ở dạngtrong suốt, nhưng nó thường được tạo ra có màu đục tự nhiên Polypropylene có

thể được sử dụng cho các ứng dụng trong đó sự truyền ánh sáng là quan trọng hoặccần độ thẩm mỹ Nếu yêu cầu độ truyền qua cao thì Acrylic hoặc Polycarbonate làsự lựa chọn tốt hơn.

Tính chất nhiệt: Polypropylene là loại nhựa bán kết tinh có nhiệt độ chảy

lỏng, PP chuyển sang trạng thái mềm cao Khi giảm từ nhiệt độ nóng chảy về

Tính chất hóa học: ở nhiệt độ thường, PP không tan trong các dung môi hữu

cơ, trương trong hydrocacbon thơm và clo hóa, khi nhiệt độ lớn hơn 800C thì PP bắt

đầu tan trong hai loại dung môi trên

Các tính chất khác: tính chất cơ học PP phụ thuộc vào khối lượng phân tửtrung bình, độ đồng đều và hàm lượng polymer atactic Nếu hàm lượng polymeratactic giảm và khối lượng phân tử trung bình tăng thì tính chất của polymer tăng

c.Một vài ứng dụng của polypropylene

Dùng làm bao bì một lớp chứa đựng bảo quản thực phẩm, không yêu cầuchống oxy hóa một cách nghiêm ngặt

Tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực, ngũ cốc có số lượng lớn PPcũng được sản xuất dạng màng phủ ngoài đối với màng nhiều lớp để tăng tínhchống thấm khí, hơi nước, tạo khả năng in ấn cao, và dễ xé rách để mở bao bì (docó tạo sẵn một vết đứt) và tạo độ bóng cao cho bao bì

Dùng làm chai đựng nước, bình sữa cho bé, hộp bảo quản thực phẩm

Một số sản phẩm làm từ nhựa PP có khả năng chịu nhiệt tốt dùng được tronglò vi sóng

d.Một vài nhà sản xuất nhựa PP trên thế giới

Bảng 2.1 Một số nhà sản xuất polypropylene trên thế giới [44]

 Polypropylen tuy có nhiều ưu điểm nhưng độ cứng không cao, khả năng

chịu nhiệt chỉ ở mức độ vừa phải Tro trấu có hàm lượng silica khá cao do

đó có thể sử dụng làm chất độn cho nhựa PP để tăng cường độ cứng, khảnăng chịu nhiệt, giảm độ co rút, tăng mô đun kéo, mô đun uốn, đồng thời

giảm giá thành sản phẩm, giải quyết phần nào đó về ô nhiễm môi trường

2.2.2 Thành phần vỏ trấu

Thành phần hóa học của vỏ trấu thay đổi theo loại thóc, mùa vụ canh tác,thổ nhưỡng của từng vùng miền Nhưng hầu hết trong vỏ trấu chứa trên 75% chấthữu cơ dễ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro

oxit, đây là thành phần được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực

Vỏ trấu hiện nay thường được gia công thành viên nén trấu, hoặc củi trấu đểnâng cao hiệu suất đốt cũng như dễ vận chuyển Những loại này khi dùng cho lò hơicông nghiệp sẽ cho năng lượng nhiều hơn trấu rời nhưng đồng thời do bị nén chặtkhông khí bên ngoài khó len lỏi vào bên trong dẫn đến quá trình đốt sẽ cho ra tro

đen nhiều hơn, tro này có hàm lượng silica không cao so với tro khi đốt bằng trấu

rời Trong luận văn này sử dụng tro được đốt từ vỏ trấu rời là phế phẩm sau khi đốtlò hơi tầng sôi

2.2.3 Thành phần hóa học trong tro trấu

Vỏ trấu sau khi cháy các thành phần hữu cơ sẽ chuyển hóa thành tro chứa cácthành phần oxit kim loại Silic oxit là chất có tỷ lệ phần trăm về khối lượng cao nhất

trong tro chiếm khoảng 80-90%, và chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào giống cây

lúa, điều kiện khí hậu, đất đai của từng vùng miền

Vỏ trấu khi đốt ở ngoài môi trường bình thường sẽ sinh ra hai loại tro: tro

đen (Black Rice Husk Ash) và tro trắng (White Rice Husk Ash) đều có thể sử dụng

làm chất độn Bảng 2.3 cho thấy thành phần hóa học và tính chất vật lý của tro trắng

và tro đen Silica có trong tro trắng chiếm đến 92.2 % trong khi đó chỉ có 53.88 %

Silica trong tro đen [38].Bảng 2.3 Thành phần hóa học và tính chất vật lý của tro trấu (Rice Husk Ash) [38]

a.Kích thước hạt và sự phân bố hạt

Kích thước hạt và phân bố hạt đóng vai trò quan trọng đến tính chất của

composite Có sự tương tác mạnh mẽ giữa cơ tính composite và diện tích bề mặtcủa hạt cũng như kích thước hạt

Chất độn có số nhóm chức và diện tích bề mặt lớn sẽ có sự tương tác mạnhgiữa các hạt với nhau điều này dẫn đến khuynh hướng kết tụ lại làm giảm khả năngphân tán trong mạng lưới polymer [8-10] Cần có sự cân bằng giữa hai yếu tố diệntích bề mặt và khuynh hướng kết tụ để đạt được cơ tính tối ưu

Ảnh hưởng của kích thước hạt và phân bố hạt đã được nghiên cứu cho nhiều

loại hạt độn ở kích cỡ trong vùng micron và gần đây trong vùng nano Trong nghiêncứu gần đây Friedrich và cộng sự đã nghiên cứu sự ảnh hưởng kích thước hạt đếnsự phân bố và phân tán trong mạng lưới polymer bằng TEM của các hạt SiO2 hìnhcầu có kích thước từ vài nanomet đến micromet, qua đó xem ảnh hưởng của nó tác

động đến tính chất cơ học của vật liệu composite như thế nào Tác giả kết luận rằng

trên cơ sở cùng một thể tích hạt có kích thước nhỏ hơn sẽ phân bố và phân tán tốt,phối trộn tốt hơn, do diện tích bề mặt lớn do đó cơ tính sẽ tốt hơn [11] Chaudharynghiên cứu composite PP và RHA với hai loại kích thước hạt khác nhau là 22µm và47µm Tác giả kết luận rằng cùng tỷ lệ khối lượng hạt có kích thước nhỏ hơn chokết quả tốt hơn ở độ bền kéo và độ bền va đập [12] Nakamura và cộng sự nghiêncứu ảnh hưởng của kích thước hạt đến độ bền kéo và tính đứt gãy của vật liệu

composite expoxy độn silica Hạt silica được sử dụng có kích thước trong khoảng2µm đến 50µm Ông cũng thấy rằng hạt có kích thước nhỏ và phân bố kích thước

hẹp sẽ cho cơ tính tốt hơn [13,14] Những nghiên cứu trên cho thấy hạt có kích

thước nhỏ sẽ phân bố tốt hơn đồng thời cải thiện tính chất composite

b.Hình dáng chất độn

Hình dáng chất độn đóng vai trò quan trọng trong composite, dù là độn dùng

để giảm giá thành hay gia cường Hình dạng khác nhau cho thấy sự khác nhau về

tính chất cơ và lưu biến trong composite Dạng kim hoặc dạng sợi như sợi thủy tinhsẽ cho cơ tính tốt hơn đặc biệt là độ bền kéo khi so sánh với dạng hình cầu Do hệsố tỷ lệ của nó lớn (được định nghĩa là tỷ số giữa chiều dài và đường kính L/D)[15] Chất độn có hình dáng không đồng đều dẫn đến kém ổn định về hướng, dòngchảy [16] Nakamura và cộng sự đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của hình dáng của

độn silica đến độ bền kéo và đứt gãy của composite expoxy qua hai nghiên cứu

riêng biệt Hạt sử dụng là silica có hình dáng không đồng đều được nghiền từ thạchanh và silica có hình cầu sản xuất bằng phương pháp thủy phân Kết quả từ hainghiên cứu này cho thấy silica với hình dáng không đồng đều dẫn đến ứng suất gãyvỡ được truyền đi cao hơn đối với silica có bề mặt nhẵn [13,14] Hình dạng chất

độn cũng ảnh hưởng đến tính ma sát chất độn và polymer Vi cấu hình và tính chất

ma sát của bề mặt chất độn đóng một vai trò quan trọng trong sự tương tác polymervả độn [17] Ma sát hàm ý sự hiện diện của một lực nén bình thường đến liên diện.Chất độn có hình dáng trơn nhẵn sẽ không có cơ chế khóa như chất độn có hình

dáng không trơn nhẵn do đó ma sát của nó sẽ thấp hơn [18] Tuy nhiên bề mặt nhẵn

sẽ thấm polymer tốt hơn, do đó có khuynh hướng tăng ma sát [16]

c.Diện tích bề mặt và độ xốp

Diện tích bề mặt và độ xốp của chất độn là rất quan trọng trong việc xác định hiệuquả của các chất độn trong composite Diện tích bề mặt phụ thuộc vào kích thước hạt.Hạt có kích thước càng nhỏ thì diện tích bề mặt càng lớn Do đó, ảnh hưởng của diện tíchbề mặt thường tương quan với ảnh hưởng của hạt [9,10, 14, 19]

Diện tích bề mặt đóng một vai trò quan trọng trong khả năng thấm ướtpolymer của độn Khả năng thấm ướt của độn là khả năng hấp thụ / hấp thụ (tạo liênkết) với các phân tử khác như các phân tử polymer và các tác nhân xử lý bề mặt nhưSilanes và chất hoạt tính bề mặt Khả năng tiếp xúc bề mặt càng lớn thì khả năngthấm ướt càng tốt [20]

Độ rỗng của độn đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý độn Một lỗ xốp

của độn chứa không khí: oxy, N2 và CO2 và hơi ẩm Các phân tử xử lý bề mặt nhỏcó thể được hấp thụ vào lỗ xốp Các phân tử polymer không thể xâm nhập vào cáclỗ xốp do cản trở về không gian của chuỗi polymer dài [21] Như vậy hiệu quả củachất xử lý bề mặt bị giảm và cần nhiều tác nhân xử lý bề mặt hơn để tối ưu hóa tínhchất composite, do đó sẽ làm tăng chi phí

Quá trình đốt vỏ trấu để cho ra tro trấu là không có kiểm soát do đó có sựbiến đổi lớn về tính chất vật lý của tro trấu

d.Thành phần của tro trấu

Quá trình hình thành tro silica là rất quan trọng về mặt cấu trúc cuối cùng củanó cũng như độ tinh khiết Nhiệt độ đốt và thời gian tiếp xúc với nhiệt độ đóng một

vai trò quan trọng Việc đốt vỏ trấu trong không khí dẫn đến sự hình thành của trosilica có nhiều mức độ tinh khiết khác nhau, tạp chất chủ yếu là cac bon chưa cháyhết Quá trình đốt trong thời gian ngắn ở nhiệt độ cao cho kết quả là cấu trúc vô

định hình (vì không đủ thời gian cho sự sắp xếp, định hướng để hình thành cấu trúcđược gọi là "kết tinh") với cacbon chưa cháy hết bị mắc kẹt trong cấu trúc Điều này

là do do bề mặt nóng chảy của silica có sự hiện diện của tạp chất KO Do đó tạpchất chính tìm thấy trong tro dưới dạng cac bon [22, 23] Tro có hàm lượng cac boncao (~13%) có màu từ đen xám đến đen, tro có hàm lượng cac bon thấp (~3%) cómàu xám nhạt [24]

De Souza và cộng sự đã nghiên cứu điều kiện đốt của vỏ trấu đến sự hình

thành tro Tro thay đổi từ màu xám (carbon thấp) phía trên cùng của lò tiếp xúc với

không khí nhiều hơn và tro carbon cao nằm trong lõi của lò do nguồn cung cấp oxyhạn chế và nhiệt độ cao [25, 26] Trong nghiên cứu của Foletto và cộng sự, tro trấu

được dùng để sản xuất thủy tinh lỏng Ba cấp độ khác nhau của tro trấu được dùng

với nhiều thành phần tạp chất cac bon như, cac bon mức độ cao, cac bon mức độvừa và không có cac bon có màu sắc tương ứng đen, xám, trắng hồng Nghiên cứunày cho thấy có sự phù hợp với những nghiên cứu khác [23, 24, 25] nghiên cứu nàycho rằng tro trấu đen là kết quả của thời gian đốt thấp, nhiệt độ đốt trung bình do đócó sự hiện diện của cac bon chưa cháy hết, tro xám thì được đốt ở nhiệt độ trungbình nhưng thời gian đốt dài hơn và tro trắng hồng thì được đốt ở nhiệt độ cao hơn

De Souza cũng nghiên cứu khi xử lý vỏ trấu bằng a xít trước khi đốt sẽ thu

được silica có độ tinh khiết rất cao (99%) và diện tích bề mặt (<250 m2/g) [25,26]

Thông thường khi thêm hàm lượng độn vào sẽ làm tăng mô đun kéo củacomposite đồng thời giảm độ bền kéo và độ bền va đập [17, 27, 28, 29]

Han-Seung và cộng sự cũng như Chaudhary và cộng sự đã nghiên cứu ảnh

hưởng của hàm lượng độn (từ 10 đến 40% theo khối lượng) của vỏ bột mì và tro

trấu với kích thước hạt trong vùng 10-50µm đến cơ tính khi độn với nhựa PP Kếtquả cho thấy mô đun kéo cải thiện khi tăng hàm lượng độn Tuy nhiên độ bền kéo

và độ bền va đập giảm Sự tăng của mô đun kéo do sự có mặt của thành phần độn

cứng trong mạng lưới polymer, độ bển kéo và độ bền va đập giảm là do sự truyền

ứng suất giữa các pha giảm Chaudhary cũng nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượngđộn và kích thước hạt đến cơ tính của composite Khi tăng hàm lượng độn từ 20-

40% thì mô đun kéo tăng 46% Kích thước hạt nghiên cứu là 47µm và 22µm.Nghiên cứu này cho kết quả kích thước hạt nhỏ sẽ dễ phân tán và phân phối tốt hơnvào trong mạng lưới polymer, báo cáo cho rằng không có sự kết tụ do tương tácgiữa các hạt [30 31]

Một nghiên cứu khác của Chun và đồng nghiệp đã xem xét ảnh hưởng củaviệc sử dụng nano silica không xốp như chất độn trong PP lên các tính chất cơ họccủa composite Kết quả độ bền kéo chỉ ra rằng các hạt nano đồng thời tăng cường

độ cứng, độ dai mặc dù hàm lượng độn thấp (0.5 đến 5%) hiệu quả cao này là dokích thước ở vùng nano làm nâng cao khả năng tiếp xúc bề mặt của hạt silica và

nhựa [32]

Có thể kết luận rằng thêm chất độn vào mạng lưới polymer sẽ làm tăng mô

đun, giảm độ bền của vật liệu, trong khi một số chất độn có khả năng làm tăng độ

cứng lẫn độ bền của composite Tính chất độn như hình dạng hạt, kích thước hạt,

hàm lượng độn và tương tác của nó với mạng lưới polymer đóng vai trò quan trọngảnh hưởng đến cơ tính của vật liệu composite

Cơ tính kém của vật liệu composite đôi khi có sự góp mặt của sự kém tương

thích giữa chất độn và mạng lưới polymer dẫn đến sự gián đoạn của các pha

2.3.2 Ảnh hưởng của chất trợ tương hợp

Nhựa PP và tro trấu liên kết với nhau kém [43] Để tăng cường khả năng kếtdính của hai vật liệu trên ta phải sử dụng chất trợ tương hợp để tạo cầu nối giữa trotrấu và nhựa PP Có nhiều chất trợ tương hợp có khả năng tạo liên kết giữa hai loạinguyên liệu này như: silane, PP-g-MA, titanat, zirconate…

Hình 2.2 Cấu trúc phân tử của a xít Maleic phản ứng tạo thành Maleic anhydride

[34]

Hình 2.3 Một số cơ chế ghép có thể xảy ra khi ghép Maleic anhydride lên PP [34]Sự hiện diện của nhóm Maleic anhydride thúc đẩy sự thu hút phân tử giữaPP-g-MA và RHA Cơ chế liên kết giữa độn và PP-g-MA (như hình 2.4) là do liênkết hydro giữa các nguyên tử oxy trong nhóm anhydride và các nguyên tử hydro cómặt trong nhóm -OH của chất độn [35, 36] Liên kết giữa PP-g-MA và polymer là

do tương tác giữa các phân tử với nhau và vướng mắc vào nhau

Hình 2.4 Cơ chế phản ứng của PP-g-MA với tro trấu cho thấy liên kết H lẫn cộng

hóa trị [35]

b.Chất trợ tương hợp silane

Chất trợ tương hợp silane là những hóa chất nền silicone chứa hai gốc phản

ứng vô cơ và hữu cơ trên cùng một phân tử có cấu trúc chung điển hình là

Trong đó RO là nhóm có thể thủy phân như methoxy, ethoxy hay acetoxy, và

X là nhóm chức hữu cơ như amino, methacryloxy, epoxy v.v

Chất trợ tương hợp silane sẽ tương tác tại giao diện giữa mộtchất vô cơ (

như thủy tinh , kim loại , khoáng sản ) và mộtchất hữu cơ ( như một polymer hữu cơ, sơn hoặckeo ) để liên kết , hai vật liệu khác nhau

Cơ chế này được thể hiện một cách đơn giản hóa như hình bên dưới

Hình 2.5 Cơ chế liên kết của silane và bề mặt vô cơ

2.3.3 Ảnh hưởng của nhựa nền

Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa nền: nếu nhựa nền quá ít thì hàm lượng độn nhiềudo đó không bao bọc hết cốt và dẫn đến hiện tượng liên kết giữa pha cốt-nền không

liên tục làm cho tính chất của vật liệu giảm Ngược lại nếu nhựa nền quá nhiều thì

độn ít, pha nền bao bọc được toàn bộ cốt, nhưng nếu tỷ lệ cốt ít thì độ bền không

cao và giá thành sản phẩm cao; Nếu chọn được tỷ lệ nhựa nền PP và cốt phù hợp thìliên kết cốt nền sẽ tốt nhất, giảm giá thành sản phẩm

2.3.4 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến composite tro trấu nhựa PP

Ảnh hưởng của nhiệt độ ép: khi nhiệt độ gia công quá cao (vượt quá giới

hạn trên) thì nhựa có khả năng nóng chảy tốt, tuy nhiên lại ảnh hưởng xấu tới tínhchất của tro trấu và nhựa Nhựa dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao làm giảm tính chất cơlý và làm thay đổi màu sắc của sản phẩm Nếu nhiệt độ thấp (dưới giới hạn dưới) thìsản phẩm có kết cấu không chặt chẽ do nhựa chưa chảy hoàn toàn nên ảnh hưởng

đến sự trộn đều và khả năng liên kết giữa nhựa và tro trấu Ngoài ra chúng còn tạo

ra pha tro trấu, pha nhựa riêng lẻ và gián đoạn nên tính chất cơ lý giảm

Ảnh hưởng của áp suất phun: đóng vai trò tạo sự tiếp xúc giữa tro trấu và

nhựa, điều chỉnh áp suất phun không tốt sẽ dẫn đến chất lượng sản phẩm không cao

Khi ép không nên để áp suất cao vì khi đó nhựa có thể chảy ra ngoài, nên mức độ

hòa trộn giữa tro trấu và nhựa không đồng đều dẫn đến không đều về tính chất củavật liệu trên cùng một sản phẩm Nếu áp suất phun nhỏ thì không đảm bảo tính chấtvật lý, cơ học của sản phẩm Ngoài ra áp suất phun cũng ảnh hưởng đến tỷ trọngcủa sản phẩm, song sự ảnh hưởng này cũng nằm trong giới hạn nhất định Nếu ápsuất tăng thì tỷ trọng cũng tăng, nếu áp suất tăng quá cao vượt quá giới hạn đàn hồicủa vật liệu thì tỷ trọng không tăng nữa Nếu tiếp tục tăng áp suất thì kết cấu của vậtliệu sẽ bị phá hủy, làm giảm chất lượng sản phẩm

Ảnh hưởng của thời gian ép:Thời gian ép phải được lựa chọn hợp lý trên cả

3 giai đoạn ép (ép định hình, ép sản phẩm và làm nguội) Nếu thời gian ép định

hình quá ngắn làm cho nhựa không chảy hết và thấm ướt đều lên bề mặt tro trấu làmgiảm mức độ hòa trộn giữa tro trấu và nhựa dẫn đến tính chất của vật liệu không

đảm bảo Nếu thời gian ép định hình quá dài thì năng suất của máy sẽ thấp, thời

gian gia nhiệt dài dẫn đến tính chất của nhựa giảm và ảnh hưởng xấu đến màu sắccủa sản phẩm.Thời gian làm nguội là thời gian đóng rắn của vật liệu, nó phụ thuộcvào vận tốc đóng rắn của hỗn hợp nhựa-tro trấu, thông thường phụ thuộc vào chiều

dày sản phẩm Nếu thời gian làm nguội ngắn thì không đủ thời gian nhựa đóng rắndẫn đến tính chất của sản phẩm không đảm bảo Nếu thời gian làm nguội dài thì sẽlàm giảm năng suất của máy Vì vậy để đảm bảo tính chất của vật liệu khi gia côngphải chọn thời gian ép ở cả 3 giai đoạn một cách hợp lý.

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM

3.1Nguyên liệu và hóa chất

Để khảo sát khả năng ứng dụng của tro trấu làm chất độn cho nhựa PP trongđề tài này cần những nguyên liệu sau

3.1.1 Nhựa PP Novatec FY5

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật nhựa PP

thử nghiệm

Ứng suất biến dạng dẻo ISO 527-1 MPa 34

Độ bền va đập Charpy (23°C) ISO 179 kJ/m² 5.0Nhiệt độ biến dạng khi chịu

Hình 3.2 Máy đùn hai truc vít

Hình 3.3 Máy ép phun

Hình 3.4 Máy nghiền búa

Hình 3.5 Lò nung Nabertherm

3.3Quy trình nghiên cứu

Hình 3.6 Sơ đồ quy trình nghiên cứu chế tạo mẫu tro trấu/polypropylene

3.4Giải thích quy trình3.4.1 Xử lý nguyên liệu tro trấu

Tro đem nghiền bằng máy nghiền búa, sau đó rây bằng rây 80 mesh sau đó

xử lý bằng các phương pháp như:

cho nước cất vào nung nóng đến nhiệt độ khoảng 80C và khuấy đều để tăng

khả năng hòa tan vào nước của những chất kềm trong tro, dùng giấy quỳ đểkiểm tra độ pH trong hỗn hợp tro và nước cất Để tro lắng lại, gạn bớt nướctrên bề mặt sau đó dùng giấy lọc để lọc tro loại bỏ phần nước đã hòa tan kềm

sau đó ta lại thêm nước cất mới vào lập lại những công đoạn trên cho đến khi

giấy quỳ chỉ thị pH bằng 7 thì dừng Sấy khô, sau đó rây bằng rây 80 mesh.- Tro đã nghiền đem nung 600C trong 1 giờ, sau đó rây bằng rây 80 mesh

Hình 3.7 Tro trước khi nung

Hình 3.8 Tro sau khi nung

3.4.2 Tạo compound bằng phương pháp ép đùn hai trục vít

Tro trấu sau khi xử lý đầu vào, đem sấy ở 80° trong 8 giờ để loại bỏ độ ẩm.Compound tro trấu và nhựa PP được tạo bằng thiết bị ép đùn hai trục vít với tỷ lệ10%, 20%, 30%, 40% theo khối lượng của tro trong nhựa Đối với compound bộttalc ta cũng thực hiện giống vậy

Máy trộn hai trục vít có nhiệt độ cài đặt như bảng 3.2

Bảng 3.2 Nhiệt độ cài đặt máy trộn hai trục vít

Hình 3.9 Máy đùn hai trục vít

Bộ phận cấpliệu chính

Bộ phận cấpliệu phụ

Bộ phận đùnTạo hạtNhựa PP

Tro trấu,bột talcPP-g-MA

Hình 3.10 Quy trình tạo hạt compound từ máy đùn hai trục vít

3.4.3 Tạo mẫu tro trấu polypropylene/ bột talc polypropylene/ tro trấu vàpolypropylene có 3% PP-g-MA

được cho vào thiết bị ép phun để tạo hình

đến 195 ⁰C, thời gian làm mát 17 giây

Hình 3.11 Quy trình tạo mẫu từ máy ép phun

Hình 3.12 Mẫu thử tính chất cơ lý của composite tro trấu và nhựa PP

3.5.1 Phổ phát xạ nguyên tử (AES)

Phân tích thành phần hóa học của tro trấu

Đo trên máy Agilent 7700xLC-ICP-MS tại Trung tâm Dịch vụ Phân tích Thí

nghiệm TP.HCM

3.5.2 Nhiễu xạ tia X

Phân tích thành phần pha của tro trấu

Đo trên máy D8 ADVANCE tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Vật liệuPolymer và Composite Đại học Bách Khoa TP.HCM

3.5.3 Tán xạ laser

Đo kích thước hạt trung bình của tro trấu.Đo trên máy HORIBA LA-920 tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Vật liệuPolymer và Composite Đại học Bách Khoa TP.HCM

3.5.4 Phương pháp TG

Đo mức mất khi nung của tro trấu, tỷ lệ tro trấu trong mẫu composite PP và

tro trấu, ảnh hưởng của tro trấu đến sự phân hủy do nhiệt

Đo tại Trung tâm Kỹ thuật Nhựa, Cao su và Đào tạo Quản lý Năng lượng

TP.HCM trên máy Q500, TA Instruments

3.5.5 SEM

Khảo sát sự phân tán của tro trấu và liên kêt của nó với PP bằng SEM

Đo trên máy FE SEM S4800 tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Nano Đại học

Quốc gia TP.HCM