Nghiên cứu chế tạo vật liệu Composite trên nền nhựa Polyethylene và mùn cưa

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN THỊ THU HẰNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA POLYETHYLENE VÀ MÙN CƯA Chuyên ngành: Công nghệ hóa học Mã số: 60.52.75 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS ĐOÀN THỊ THU LOAN Phản biện 1: TS LÊ MINH ĐỨC Phản biện 2: PGS.TS PHẠM NGỌC ANH Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại Học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vật liệu composite vật liệu tổ hợp từ hai nhiều vật liệu khác nhằm tạo vật liệu có tính ưu việt hẳn vật liệu thành phần ban đầu, có nhiều tính ưu việt có khả ứng dụng rộng rãi lĩnh vực kỹ thuật đời sống Trong năm gần đây, nhà khoa học tập trung nghiên cứu loại composite gia cường sợi tự nhiên như: sợi gỗ, trấu, sợi gai, lanh, đay, chuối Composite chế tạo từ sợi tự nhiên có ưu điểm bật nhẹ, dễ lắp đặt, có độ bền riêng modul riêng cao, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp Khi chế tạo nhiệt độ áp suất định dễ triển khai thủ pháp công nghệ, thuận lợi cho trình sản xuất, thân thiện với môi trường, có khả thay loại vật liệu truyền thống kim loại, gỗ, vật liệu composite làm từ sợi tổng hợp… Nước ta có thuận lợi hàng năm ngành Lâm nghiệp cung cấp nguồn tài nguyên gỗ vô lớn Hàng tháng lượng mùn cưa thải từ nhà máy chế biến gỗ lớn, nguồn nguyên liệu dồi để chế tạo WPC Chính chọn “Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite nhựa polyethylene mùn cưa” làm đề tài nghiên cứu luận văn Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite từ mùn cưa nhựa polyethylene tỷ trọng cao - Khảo sát ảnh hưởng điều kiện gia công đến tính chất sản phẩm composite Footer Page of 126 Header Page of 126 - Nghiên cứu cải thiện độ bám dính nhựa HDPE mùn cưa nhằm cải thiện tính vật liệu cách sử dụng chất tương hợp MAPE - Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng mùn cưa đến tính chất sản phẩm composite - Khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt mùn cưa đến tính chất sản phẩm composite - Khảo sát độ kháng nước khả chịu môi trường sản phẩm composite - Khảo sát nồng độ phụ gia ổn định nhiệt gia công tối ưu ảnh hưởng đến độ bền sản phẩm composite Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Polyethylene tỷ trọng cao, mùn cưa, phụ gia cải thiện độ tương hợp, phụ gia ổn định nhiệt gia công Phạm vi nghiên cứu: Phòng thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp gia công mẫu: Tạo hạt compound phương pháp ép đùn tạo mẫu sản phẩm nhựa gỗ phương pháp đúc tiêm - Phương pháp khảo sát tính chất cơ, lý, hóa: + Khảo sát tính chất lý composite + Khảo sát cấu trúc bề mặt bị phá hủy mẫu composite thiết bị kính hiển vi điện tử quét (SEM) + Khảo sát khả chịu nước composite Footer Page of 126 Header Page of 126 Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài - Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo vật liệu composite nhựa HDPE mùn cưa - Đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến tính vật liệu nhựa HDPE mùn cưa - Tận dụng nguồn mùn cưa phế thải - Giảm ô nhiễm môi trường hạn chế nạn phá rừng bừa bãi - Góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu vật liệu nhựa gỗ nhựa nhiệt dẻo (HDPE) độn cellulose (mùn cưa) vật liệu thay vật liệu nhựa, gỗ chế tạo sản phẩm loại cửa, vách ngăn, sản phẩm lót sàn, hàng rào phục vụ xây dựng trang trí nội thất Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục luận văn gồm có chương sau : Chương : TỔNG QUAN Chương : NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Chương : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ COMPOSITE 1.1.1 Khái niệm vật liệu composite Vật liệu composite vật liệu tổ hợp (mức độ vĩ mô) hai hay nhiều vật liệu thành phần nhằm tạo vật liệu có tính chất trội tính chất vật liệu thành phần 1.1.2 Đặc điểm, tính chất vật liệu composite Những đặc điểm vật liệu composite gồm: * Là vật liệu nhiều pha * Trong vật liệu composite có tỉ lệ, hình dạng, kích thước phân bố cốt tuân theo qui định thiết kế trước * Tính chất pha thành phần kết hợp để tạo nên tính chất chung composite Tuy nhiên tính chất composite không bao gồm tất tính chất pha thành phần chúng đứng riêng lẻ mà lựa chọn tính chất tốt phát huy thêm 1.1.3 Thành phần vật liệu composite * Gồm thành phần chính: Vật liệu (pha liên tục) vật liệu gia cường (pha gián đoạn) a) Vật liệu b) Vật liệu gia cường Footer Page of 126 Header Page of 126 1.2 VẬT LIỆU COMPOSITE TỪ ĐỘN MÙN CƯA VÀ NHỰA POLYETHYLENE 1.2.1 Polyethylene (PE) a) Phân loại polyethylene Dựa vào tỷ trọng ta có loại PE sau :VLDPE (tỉ trọng thấp), LDPE (tỉ trọng thấp), MDPE (tỉ trọng trung bình), HDPE (tỉ trọng cao) b) Cấu tạo Phân tử Polyethylene có cấu tạo mạch thẳng dài gồm mắc xích sở ethylene, có mạch nhánh PE polymer không phân cực, moment lưỡng cực 0 c) Tính chất d) Ứng dụng 1.2.2 Mùn cưa a) Giới thiệu Đối với cở sở sản xuất gỗ xẻ, ván, đồ mộc… thải lượng chất thải rắn lớn, bao gồm vỏ cây, cành ngọn, mùn cưa, phoi bào, bụi gỗ mịn số lượng mùn cưa sử dụng hạn chế, lượng lớn mùn cưa thải chưa xử lý gây ô nhiêm môi trường nghiêm trọng b) Gỗ keo tràm Keo tràm cho hiệu kinh tế cao, thời gian trồng ngắn, giá trị gỗ không thua so với loại gỗ khác, sử dụng phổ biến sở chế biến làm ván sàn, gỗ dán, đồ nội thất, giấy Footer Page of 126 Header Page of 126 Hàng năm, diện tích rừng trồng Keo tràm tăng khoảng 10000 tới 15000 Keo tràm trồng nhiều hầu hết tỉnh, miền Trung Đông nam cho suất chất lượng cao c) Thành phần hóa học mùn cưa - Cellulose - Hemicellulose - Lignin - Các chất trích ly - Chất vô 1.2.3 Cơ sở lý thuyết biến tính chất tương hợp MAPE Đối với hệ composite độn mùn cưa nhựa HDPE, kết dính vùng tiếp xúc nhựa không phân cực HDPE mùn cưa phân cực thường không tốt, dẫn đến tính vật liệu không cao Để tăng cường tính composite thường phải biến tính bề mặt độn mùn cưa biến tính nhựa a) Phương pháp biến tính vật lý b) Phương pháp biến tính hóa học Trong nghiên cứu sử dụng phương pháp biến tính nhựa cách sử dụng chất tương hợp MAPE để tăng tính tương hợp nhựa HDPE mùn cưa 1.2.4 Các phương pháp gia công a) Gia công áp suất thường - Phương pháp lăn ướt - Phương pháp phun Footer Page of 126 Header Page of 126 - Phương pháp túi chân không - Phương pháp đúc chuyển nhựa - Phương pháp đúc chuyển nhựa có trợ giúp chân không (VARTM) - Quấn sợi (filament winding) - Ly tâm b) Gia công áp suất - Phương pháp ép đùn - Phương pháp đúc tiêm - Phương pháp đúc tiêm nhựa (Resin injection moulding) - Phương pháp đúc ép (Press moulding) - Các phương pháp gia công khác 1.2.5 Ứng dụng vật liệu nhựa gỗ - Trong xây dựng, composite sợi tự nhiên sử dụng làm panel xây dựng; lót sàn nhà, sân vườn, hồ bơi; profile cửa, hàng rào, lan can, cổng - Trong ngành xe hơi: Nội thất ô tô - Đồ dùng gia đình: Bàn ghế, giường, tủ 1.3 CÁC PHỤ GIA VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA COMPOSITE 1.3.1 Phân hủy nhiệt chế ổn định phụ gia ổn định nhiệt a) Phân hủy nhiệt mùn cưa Gỗ vật liệu dễ bị phân hủy nhiệt Khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, thành phần khác gỗ bị phân hủy, điều ảnh hưởng đến đặc tính gỗ Mức độ phân Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 hủy phụ thuộc vào nhiệt độ thời gian tiếp xúc loại gỗ độ ẩm gỗ Các liên kết hóa học gỗ trở nên yếu nhiệt độ lớn o 100 C Tại 110oC, thành phần lignin bắt đầu bị phân hủy với tốc độ chậm tăng nhiệt độ tăng cao Dưới 190oC cellulose giữ tính chất nó, nhiên độ bền giảm 10% tiếp xúc với nhiệt độ cao (200oC) mười phút Trong khoảng nhiệt độ 100oC đến 200oC, xảy khử nước chất trích ly tạo nên nước hợp chất hữu bay gây nên trọng lượng gỗ Các thành phần khác hemicellulose bị phân hủy nhiệt độ vượt 200ºC Sự phân hủy nhiệt thành phần gỗ ảnh hưởng đến đặc tính gỗ, mặt khác có mặt composite, phân hủy tạo độ rỗng, nguyên nhân gây giảm độ bền composite b) Phân hủy nhiệt HDPE Hydrocacbon bão hòa vật liệu ổn định nhiệt, ví dụ như, hexadecane ổn định lên đến 390 °C khí trơ Tuy nhiên, polyolefin bắt đầu phân hủy nhiệt độ thấp có mặt vị trí liên kết yếu nhóm không no, điểm phân nhánh…làm giảm lượng phân ly liên kết C – C Polyolefin bị phân hủy nhiệt trình gia công, sản xuất, sử dụng làm tính chất lý, hình dạng bên Ngoài nhiệt độ, ứng suất, dư lượng chất xúc tác, ôxy bị theo, loại tạp chất đóng vai trò định việc thúc đẩy phân hủy nhiệt polymer Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 10 CHƯƠNG NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1.1 Nguyên liệu a) Nhựa polyethylene b) Mùn cưa c) Chất tương hợp MAPE d) Phụ gia ổn định nhiệt songnox 1010 2.1.2 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm Thiết bị ép đùn, thiết bị đúc tiêm,thiết bị đo độ bền kéo uốn, thiết bị đo độ bền va đập, máy cắt mẫu, sàng rung, cân kỹ thuật, tủ sấy, lò nung, dụng cụ, thiết bị khác 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.2.1 Quy trình nghiên cứu Mùn cưa Phụ gia Tạo hạt Ép đùn Nhựa polyethylene Ép phun -Đo lý -Chụp SEM -Khảo sát khả chịu môi trường Hình 2.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu Footer Page 12 of 126 Mẫu Header Page 13 of 126 11 2.2.2 Khảo sát nhiệt độ gia công a) Khảo sát nhiệt độ ép đùn Nguyên liệu gồm nhựa HDPE, mùn cưa với hàm lượng độn 50% trọng lượng trộn máy đùn với nhiệt độ ép đùn (vùng trộn) khác (150oC, 160oC, 170oC 180oC) Mẫu tạo thành phương pháp đúc tiêm thiết bị đúc tiêm Hỗn hợp làm nóng chảy xylanh nhiệt độ 180oC tiêm vào khuôn với áp lực 800 bar Các mẫu đo tính chất kéo, uốn, va đập nhằm xác định nhiệt độ ép đùn tối ưu b) Khảo sát nhiệt độ đúc tiêm Các hạt compound tạo thành điều kiện gia công tối ưu dùng để khảo sát chế độ nhiệt phương pháp đúc tiêm tạo mẫu composite Các hạt compound cho vào xylanh làm nóng chảy nhiệt độ 160oC, 170oC, 180oC, 190oC tiêm vào khuôn với áp lực 800 bar Các mẫu đo tính chất lý xác định nhiệt độ đúc tiêm tối ưu 2.2.3 Khảo sát tính chất mẫu composite a) Khảo sát tính lý mẫu composite - Ðo độ bền uốn: theo tiêu chuẩn ISO 178 - Ðo độ bền kéo: theo tiêu chuẩn ISO 527 - Ðo độ bền va đập: theo tiêu chuẩn ISO 180 b) Khảo sát khả chịu môi trường mẫu composite c) Khảo sát cấu trúc bề mặt phá hủy mẫu composite Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 12 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 KHẢO SÁT NHIỆT ĐỘ GIA CÔNG COMPOSITE 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ ép đùn Hỗn hợp nguyên liệu gồm HDPE mùn cưa với hàm lượng độn 50% trọng lượng đùn nhiệt độ vùng trộn khác (150oC, 160oC, 170oC 180oC), tốc độ quay trục vít 50 vòng/phút Các compound tạo thành dùng để gia công mẫu composite thiết bị đúc tiêm với nhiệt độ 180oC áp suất 800 bar Hình Ảnh hưởng nhiệt độ ép đùn Hình 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đúc tiêm đến độ bền kéo độ bền uốn composite đến độ bền kéo độ bền uốn composite Nhận xét: Từ Hình cho thấy tăng nhiệt độ ép đùn độ bền kéo uốn mẫu composite mùn cưa tăng nhẹ Điều giải thích nhiệt độ ép đùn thấp (150oC) độ nhớt nhựa nóng chảy cao nên thấm ướt lên bề mặt độn làm độ bền kết dính nhựa độn độ bền kéo, uốn mẫu composite thấp Khi Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 13 nhiệt độ tăng lên 160oC độ nhớt giảm xuống, thấm ướt nhựa lên bề mặt độn tăng làm độ bền tăng lên Tuy nhiên, nhiệt độ đùn cao (170oC) độ bền không tăng chí giảm (ở 180oC) phân hủy số thành phần mùn cưa xảy lignin, hemicellulose…đồng thời thúc đẩy phân hủy oxy hóa nhựa trình gia công Chính vậy, nhiệt độ ép đùn tối ưu 160oC composite mùn cưa tốc độ quay trục vít 50 vòng/phút 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đúc tiêm Các compound tạo thành điều kiện gia công tối ưu nhiệt độ ép đùn 160oC, tốc độ quay trục vít 50 vòng/phút sau tạo hạt đem đúc tiêm tạo mẫu composite nhiệt độ xylanh khác 160oC, 170oC, 180oC 190oC Nhận xét Từ hình 3.2 ta thấy thời gian áp suất đúc tiêm định tính chất lý mẫu tăng nhiệt độ đúc tiêm tăng từ 160oC đến 180 oC Tuy nhiên, nhiệt độ đúc tiêm vượt 180 o C độ bền lại giảm Điều phân hủy thành phần composite xảy đáng kể Chính vậy, nhiệt độ đúc tiêm xem tối ưu 180oC 3.2 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG ĐỘN ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA COMPOSITE Độn mùn cưa có kích thước mm chọn để tạo mẫu với hàm lượng 30%, 40%, 50% 60% trọng lượng để khảo sát hàm lượng tối ưu qua tính chất lý Kết quả: Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 Hình 3.3 Ảnh hưởng hàm lượng độn đến độ bền kéo độ bền uốn composite 14 Hình Ảnh hưởng hàm lượng độn đến độ bền va đập composite Khi hàm lượng độn tăng lên, độ bền kéo, uốn va đập giảm dần Điều giải thích tăng hàm lượng độn lên, bề mặt tiếp xúc liên kết yếu độn nhựa tăng lên độ bền có khuynh hướng giảm Hình 3.5 Ảnh hưởng hàm lượng độn đến module uốn composite Tuy nhiên, mùn cưa làm tăng độ cứng composite nên module uốn composite tăng hàm lượng độn tăng Đối với composite độn mùn cưa, hàm lượng mùn cưa tăng lên 60% trọng lượng độ nhớt compound nóng chảy tăng lên nhiều Ở điều kiện gia công compound không điền đầy khuôn, mẫu composite tạo thành bị biến dạng Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 15 3.3 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG CHẤT TƯƠNG HỢP ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA COMPOSITE Ở CÁC HÀM LƯỢNG ĐỘN KHÁC NHAU Khảo sát hàm lượng chất tương hợp tối ưu với đơn có hàm lượng MAPE 0%, 2%, 4%, 6%, hàm lượng mùn cưa 30%, 40%, 50% Hình 3.7 Ảnh hưởng hàm lượng MAPE Hình Ảnh hưởng hàm lượng MAPE đến độ bền kéo composite mùn cưa đến độ bền uốn composite mùn cưa Khi tăng hàm lượng chất tương hợp MAPE từ 0% đến 4% trọng lượng,độ bền kéo, uốn va đập tăng đáng kể,nhưng hàm lượng MAPE tăng đến 6% trọng lượng bền tăng không đáng kể Hình Ảnh hưởng hàm lượng MAPE đến độ bền va đập composite mùn cưa Footer Page 17 of 126 độ Header Page 18 of 126 16 Điều giải thích: MAPE đóng vai trò chất trung gian tăng cường liên kết nhựa không phân cực HDPE mùn cưa phân cực Chính vậy, vùng ranh giới phân chia pha nhựa/mùn cưa trở nên bền vững, giúp tăng độ bền học Do vậy, tăng hàm lượng MAPE, độ bền kéo, uốn va đập tăng lên đáng kể Tuy nhiên, hàm lượng MAPE lớn (6% khối lượng), lớp trung gian trở nên dày, mạch phân tử MAPE không tiếp xúc trực tiếp với bề mặt mùn cưa không đóng vai trò làm tăng khả tương hợp không làm tăng hiệu tăng cường tính MAPE, mặt khác giá thành sản phẩm tăng lên giá phụ gia tương hợp thường cao nhiều so với giá nhựa HDPE Từ kết cho thấy mẫu composite với hàm lượng mùn cưa 50% trọng lượng hàm lượng MAPE 4% trọng lượng có độ bền kéo uốn cao mẫu khác nên chọn mẫu tối ưu 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC HẠT MÙN CƯA ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA COMPOSITE Mùn cưa sau phân loại sàng với phân đoạn kích thước: 0.18-0.35 mm, 0.35-0.5 mm, 0.5-0.85 mm 0.851mm kết sau: Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 17 Hình 3.10 Phân bố kích thước hạt mùn cưa Từ đồ thị hình 3.10 cho thấy mùn cưa lấy từ xưởng gỗ có kích thước chủ yếu từ 0.18mm đến 0.85mm, phân đoạn kích thước 0.85mm chiếm tỉ lệ bé Mẫu tạo thành từ nhựa HDPE, mùn cưa có hàm lượng 50% trọng lượng với kích thước hạt mùn cưa với phân đoạn: 0.18-0.35 mm, 0.35-0.5 mm, 0.5-0.85 mm 0.85-1mm, hàm lượng chất tương hợp 4% trọng lượng, điều kiện ép đùn đúc tiêm tối ưu Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 18 Đ ộ bền (M P a) 50 40 30 Kéo Uốn 20 10 0.18-0.35 0.35-0.5 0.5-0.85 0.85-1 Kích thước hạt mùn cưa (mm) Hình 3.11 Ảnh hưởng kích thước mùn cưa đến độ bền composite Ta thấy kích thước mùn cưa tăng độ bền uốn, độ bền kéo tăng nhẹ độ bền giảm kích thước vượt 0.5 mm Điều giải thích sau: hạt mùn cưa có kích thước nhỏ nên trình phối trộn đồng đều, mùn cưa phân tán vào nhựa tốt, nhựa thấm ướt tốt mùn cưa sản phẩm bị khuyết tật dẫn đến độ bền lý cao Ở kích thước mùn cưa nhỏ 0.35 mm, mùn cưa phân tán đồng nhựa HDPE tỉ lệ L/D thấp nên phân tán ứng suât dẫn đến độ bền giảm Khi kích thước tăng 0.35mm-0.5mm, L/D tăng nhẹ, làm cho khả truyền ứng suất từ nhựa tới mùn cưa tăng lên đảm bảo phân bố đồng mùn cưa độ bền tăng nhẹ Tuy nhiên kích thước mùn cưa vượt 0.5mm, khả phối trộn máy ép đùn giảm xuống, mùn cưa khó phân tán đồng nhựa, nên khuyết tật xuất nhiều bề mặt liên tiếp xúc mùn cưa nhựa Chính độ bền giảm nhẹ Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 19 3.5 KHẢO SÁT BỀ MẶT PHÁ HỦY CỦA COMPOSITE BẰNG KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT Bề mặt phá hủy mẫu composite mùn cưa/HDPE có MAPE (4% trọng lượng) với hàm lượng mùn cưa 50% trọng lượng sau đo độ bền kéo đứt chụp SEM kết thể hình 3.12, 3.13 Hình 3.12 Ảnh SEM bề mặt phá hủy mẫu composite mùn cưa MAPE Hình 3.13 Ảnh SEM bề mặt phá hủy mẫu composite mùn cưa có MAPE Nhận xét: Khi mặt MAPE, nhựa bề mặt sợi xuất nhiều khe hở lớn (Hình 3.12) Điều chứng tỏ độ tương hợp nhựa không phân cực bề mặt sợi phân cực Khi có mặt tác nhân tương hợp MAPE, số lượng kích thước khe hở bề mặt sợi nhựa giảm xuống đáng kể ( Hình 3.13) Như vậy, chứng tỏ MAPE cải thiện đáng kể độ tương hợp nhựa HDPE mùn cưa 3.6 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU MÔI TRƯỜNG CỦA COMPOSITE MÙN CƯA Các mẫu composite mùn cưa ngâm môi trường nước để khảo sát độ thay đổi trọng lượng độ bền Độ thay đổi trọng lượng composite mùn cưa với 50% trọng lượng độn, có MAPE (4% trọng lượng) Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 20 Hình 3.14 Độ tăng trọng lượng composite ngâm môi trường nước Khi có mặt MAPE, độ hút nước composite giảm đáng kể Với hàm lượng độn 50% trọng lượng hàm lượng chất tương hợp 4% trọng lượng, độ tăng trọng lượng composite trạng thái bão là: 2.25% (mẫu MAPE tăng 5.45%) Độ hút nước giảm xuống rõ rệt chứng tỏ độ tương hợp MAPE mùn cưa tăng lên đáng kể có mặt tác nhân tương hợp MAPE 3.7 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA Ổ ĐỊNH NHIỆT TRONG QUÁ TÌNH GIA CÔNG COMPOSITE HDPEMÙN CƯA - Phụ gia ổn định nhiệt Mẫu tạo thành từ đơn phối liệu tối ưu: 50% mùn cưa, 4% MAPE, HDPE hàm lượng phụ gia songnox 1010 0.3, 0.5, 0.7(% trọng lượng) Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 21 Hình 3.15 Ảnh hưởng phụ gia ổn định nhiệt đến độ bền kéo composite Hình 3.16 Ảnh hưởng phụ gia ổn định nhiệt đến độ bền uốn composite Từ kết ta thấy độ bền kéo uốn hầu hết mẫu công thức phối liệu khác lần đùn thứ tăng so với lần 1, điều giải thích hiệu trộn hợp lần thứ làm cho phân tán trấu nhựa đồng lần thứ đồng thời phân hủy mạch phân tử Hình 3.17 Ảnh hưởng phụ gia ổn định nhiệt nhựa, mùn cưa chưa xảy đến module uốn composite mãnh liệt, mặt khác qua lần đùn độ ẩm mùn cưa loại bỏ hoàn độ bền lý tăng lên Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 22 Khi có mặt phụ gia ổn định nhiệt, độ bền kéo uốn modulus kéo uốn composite cao so với mẫu phụ gia Điều phụ gia có tác dụng ngăn cản trình phân hủy oxi hóa nhiệt từ lần đùn nên độ bền composite cải thiện đáng kể Ở lần đùn thứ trở sau, độ bền kéo uốn, modulus kéo uốn mẫu giảm, điều thể rõ mẫu phụ gia, mẫu có phụ gia giảm không đáng kể, trình oxi hóa gây cắt mạch làm giảm khối lượng phân tử polyetylene Sự có mặt phụ gia làm giảm đáng kể trình cắt mạch phân tử phân hủy oxi hóa nhiệt nên modulus giảm so với mẫu phụ gia Composite hàm lượng Songnox 0.3 % tăng cường hiệu ổn định nhiệt cho vật liệu lượng phụ gia chưa đủ để dập tắt gốc tự tạo thành trình oxi hóa Ngược lại, hàm lượng Songnox lớn 0.7 % Songnox composite, phần phụ gia dư thừa gây cản trở tương hợp nhựa mùn cưa làm giảm hiệu ổn định, giảm tính chất composite Như vậy, với hàm lượng 0.5 % tối ưu với hiệu ổn định cao mà không gây ảnh hưởng đến liên kết composite 3.8 SO SÁNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA COMPOSITE HDPE/ MÙN CƯA VỚI MỘT SỐ VẬT LIỆU KHÁC Mẫu composite 4% MAPE, HDPE / mùn cưa tỷ lệ khối lượng 50/50 dùng để so sánh với mẫu composite 4%MAPE, HDPE / trấu tỷ lệ khối lượng 50/50 (nghiên cứu năm 2011 trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng), nhựa HDPE nguyên chất, gỗ thông mẫu ván sàn thị trường Kết theo bảng 3.4 Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 23 Bảng 3.4 So sánh tính chất composite HDPE/mùn cưa với số vật liệu khác Độ bền Độ bền Module uốn Độ hút uốn (MPa) (MPa) nước (%) 26.17 41.00 2039 1.67 42.87 45.10 2644 2.25 Mẫu ván sàn Janmi 9.26 16.95 1509 - Mẫu gỗ thông 46.71 76.54 5477 60 Nhựa HDPE 28.00 20 1300 0.01 Tên mẫu kéo (MPa) Mẫu composite HDPE/trấu Mẫu composite HDPE/mùn cưa Dựa vào kết bảng 3.4 ta thấy: - Composite có độ bền kéo, độ bền uốn module uốn thấp so với gỗ thông lại cao so với mẫu ván sàn thị trường - Composite có module cao nhựa HDPE - Composite có khả kháng nước tốt gỗ - Độ bền lý mẫu composite HDPE/mùn cưa cao so với mẫu composite HDPE/trấu Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 24 KẾT LUẬN - Đã chế tạo thành công composite nhựa HDPE độn trấu, mùn cưa phương pháp tạo compound thiết bị ép đùn hai trục vít tạo mẫu composite thiết bị đúc tiêm Nhiệt độ ép đùn (vùng trộn) tối ưu 160oC với tốc độ quay trục vít 50 vòng/phút Nhiệt độ đúc tiêm tối ưu 180oC áp suất 800 bar - Sử dụng chất tương hợp MAPE cải thiện độ tương hợp nhựa trấu, mùn cưa từ cải thiện tính chất lý composite trấu, mùn cưa độ bền kéo, độ bền uốn độ bền va đập độ kháng nước - Mức độ cải thiện tính chất nhiều 4% MAPE hàm lượng độn 50% 60% trấu Mẫu composite nhựa HDPE chứa 4%MAPE, 50% trọng lượng đảm bảo độ bền hầu hết tính chất khảo sát nên xem mẫu tối ưu - Kích thước độn giới hạn khảo sát không ảnh hưởng đáng kể đến tính lý composite Các độ bền giảm nhẹ kích thước độn bé (0.85mm mùn cưa) - Sử dụng phụ gia ổn định nhiệt (songnox 1010) để ngăn cản oxi hóa trình gia công Hàm lượng phụ gia tối ưu 0.5% Footer Page 26 of 126 ... tháng lượng mùn cưa thải từ nhà máy chế biến gỗ lớn, nguồn nguyên liệu dồi để chế tạo WPC Chính chọn Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite nhựa polyethylene mùn cưa làm đề tài nghiên cứu luận... công nghệ chế tạo vật liệu composite nhựa HDPE mùn cưa - Đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến tính vật liệu nhựa HDPE mùn cưa - Tận dụng nguồn mùn cưa phế thải - Giảm ô nhiễm môi trường hạn chế nạn phá... chế nạn phá rừng bừa bãi - Góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu vật liệu nhựa gỗ nhựa nhiệt dẻo (HDPE) độn cellulose (mùn cưa) vật liệu thay vật liệu nhựa, gỗ chế tạo sản phẩm loại cửa, vách ngăn,