LUẬN văn CÔNG NGHỆ hóa ẢNH HƯỞNG của xử lý sợi xơ dừa đến cơ TÍNH của COMPOSITE nền NHỰA POLYETHYLENE được GIA CƯỜNG BẰNG sợi xơ dừa ngô thị bảo trân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ẢNH HƢỞNG CỦA XỬ LÝ SỢI XƠ DỪA ĐẾN CƠ TÍNH CỦA COMPOSITE NỀN NHỰA POLYETHYLENE ĐƢỢC GIA CƢỜNG BẰNG SỢI XƠ DỪA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: Ts Trƣơng Chí Thành Ngơ Thị Bảo Trân MSSV: 2082201 Ngành: Cơng Nghệ Hóa Học Khóa 34 Tháng 5/2012 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Cán hƣớng dẫn NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Cán phản biện LỜI CẢM ƠN Khoảng thời gian thực luận văn tốt nghiệp khoảng thời gian bận rộn khó khăn khơng thân em mà cịn bạn sinh viên khác Luận văn tốt nghiệp nhƣ làm cột mốc đánh dấu cho hoàn thành chƣơng trình đại học chúng em chuẩn bị bƣớc sang ngƣỡng cửa đời Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy Trƣơng Chí Thành, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn em suốt trình thực đề tài Thầy tận tâm bảo, truyền đạt kiến thức nhƣ kinh nghiệm quý báu cho chúng em Không thế, thầy cịn ln tạo điều kiện tốt vật chất nhƣ tinh thần để chúng em hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Lê Quân Ngọc Thầy giành chút thời gian quý báu để đƣa dẫn, định hƣớng thiết thực để em thực tốt đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến cô Cao Lƣu Ngọc Hạnh Cơ có dẫn, đóng góp ý kiến thiết thực để giúp em hồn thành tốt đề tài Thật khó khăn bỡ ngỡ em khơng có giúp đỡ anh Trƣơng Minh Châu vừa bắt tay vào thực đề tài Anh không ngần ngại giành chút thời gian để truyền đạt kinh nghiệm quý báu cho chúng em Xin chân thành cảm ơn anh Em xin gửi lời biết ơn đến thầy cô giáo dạy bảo, truyền đạt kiến thức quý giá cho em suốt bốn năm học vừa qua Chắc chắn em thực đƣợc đề tài nhƣ không nhận đƣợc kiến thức quý báu thầy Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời cảm ơn đến bạn lớp Cơng nghệ Hóa học K34 gắn bó tơi có giúp đỡ cho suốt khoảng thời gian học đại học Cuối cùng, xin cảm ơn cha mẹ bên con, động viên giúp đỡ để có đủ nghị lực, cố gắng học tập tốt Con xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình khơng động viên mặt tinh thần mà quan trọng hỗ trợ vật chất thiết thực để đƣợc học hoàn thành bậc đại học Trong trình thực đề tài, chúng em chắn khó tránh khỏi thiếu sót Kính mong q thầy thơng cảm đóng góp ý kiến Ngơ Thị Bảo Trân Ngơ Thị Bảo Trân ii TĨM TẮT Vật liệu composite gia cƣờng sợi tự nhiên nhựa nhiệt dẻo thu hút đƣợc quan tâm nhà khoa học nƣớc nhƣ nƣớc Đây loại vật liệu với tính ƣu việt nhƣ nhẹ, tính chấp nhận hồn tồn thân thiện với mơi trƣờng khả phân huỷ sinh học tái sử dụng Tuy nhiên, việc ứng dụng sợi tự nhiên đề gia cƣờng cho vật liệu composite lại bị hạn chế độ bền liên diện sợi nhựa không cao Trong đề tài sợi xơ dừa đƣợc sử dụng để gia cƣờng cho vật liệu composite nhựa polyethylene (PE) Nhựa PE có nhƣợc điểm ứng dụng làm vật liệu cho composite sợi xơ dừa PE không phân cực sợi xơ dừa phân cực dẫn đến độ tƣơng hợp PE sợi xơ dừa Vấn đề đặt cần có biện pháp xử lý thích hợp nhằm cải thiện khả tƣơng hợp vật liệu thành phần Trong đề tài này, xử lý hoá học dung dịch NaOH đƣợc sử dụng để xử lý bề mặt sợi xơ dừa nhằm cải thiện độ bền liên diện sợi xơ dừa nhựa PE nhƣ tính vật liệu composite Phƣơng pháp ép nóng đƣợc sử dụng để gia cơng mẫu nhựa PE composite Nguyên liệu nhựa PE đƣợc sử dụng có dạng film, đó, ép nóng phƣơng pháp phù hợp để gia công tạo sản phẩm Kỹ thuật quét nhiệt vi sai (DSC) đƣợc thực nhằm xác định nhiệt độ chảy PE để từ xác định nhiệt độ gia cơng cho mẫu PE composite Để đánh giá ảnh hƣởng việc xử lý sợi đến khả tƣơng hợp sợi nhựa, thí nghiệm uốn ngang đƣợc thực mẫu composite Bên cạnh đó, thí nghiệm kéo va đập đƣợc thực để đánh giá tính composite Scanning Electron Microscope (SEM) đƣợc thực bề mặt phá huỷ mẫu composite biết tính chất liên diện sợi nhựa Xử lý hoá học bề mặt sợi xơ dừa dung dịch NaOH có ảnh hƣởng đáng kể đến liên kết sợi nền, cải thiện tính sợi, đó, cải thiện đƣợc tính vật liệu composite Sợi xơ dừa đƣợc xử lý với nồng độ NaOH khác khoảng thời gian khác có ảnh hƣởng khác đến tính chất vật liệu composite đƣợc gia cƣờng sợi xơ dừa Nhìn chung, nồng độ NaOH cao cần xử lý sợi thời gian ngắn, ngƣợc lại nồng độ thấp xử lý sợi thời gian dài để đạt đƣợc hiệu việc xử lý sợi Ảnh SEM bề mặt bị phá huỷ mẫu composite thể liên kết sợi đạt đƣợc tốt sợi đƣợc xử lý Ngô Thị Bảo Trân iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC PHỤ LỤC ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi Chƣơng 1: GIỚI THIỆU .1 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu vật liệu composite 2.1.1 Khái niệm vật liệu composite[1] 2.1.2 Thành phần cấu tạo vật liệu composite[1, 2] 2.1.3 Cơ chế gia cƣờng cho vật liệu composite[2] 2.1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến đặc tính học composite[1, 2] .5 2.1.5 Công nghệ chế tạo composite .6 2.2 Sợi tự nhiên 11 2.2.1 Tìm hiểu sợi tự nhiên .11 2.2.2 Sợi xơ dừa[10] 18 2.3 Nhựa Polyethylene (PE)[3, 12] 19 2.4 Các phƣơng pháp biến tính sợi tự nhiên[ 6, 7, 8, 11] 21 2.4.1 Phƣơng pháp vật lý .21 2.4.2 Phƣơng pháp hóa học 22 2.4.3 Phƣơng pháp sinh học 24 Chƣơng 3: MỤC TIÊU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 3.1 Mục tiêu đề tài 26 3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 26 Ngô Thị Bảo Trân iv Mục lục Chƣơng 4: THỰC NGHIỆM 27 4.1 Nguyên liệu, hóa chất thiết bị 27 4.1.1 Nguyên liệu hóa chất .27 4.1.2 Thiết bị 27 4.2 Thực nghiệm 28 4.2.1 Xử lý sợi xơ dừa 28 4.2.2 Rửa sấy khô sợi .30 4.2.3 Gia công tạo composite 31 4.2.4 Cắt mẫu .33 4.2.5 Đo tính mẫu 34 Chƣơng 5: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 37 5.1 Tính chất nhiệt nhựa 37 5.2 Cơ tính kéo PE composite 38 5.2.1 Độ bền kéo PE composite 38 5.2.2 Modulus đàn hồi kéo PE composite 40 5.3 Độ bền uốn ngang composite 42 5.4 Độ bền va đập composite 44 5.5 Ảnh SEM bề mặt phá huỷ mẫu thử 46 5.5.1 Bề mặt phá huỷmẫu composite kéo 46 5.5.2 Bề mặt phá huỷ mẫu composite uốn ngang 47 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 6.1 Kết luận 49 6.2 Kiến nghị 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO .51 PHỤ LỤC 52 Ngô Thị Bảo Trân v DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Vật liệu composite Hình 2.2: Vùng tiếp xúc vật liệu cốt vật liệu Hình 2.3: Cơng nghệ Hand lay-up Hình 2.4: Cơng nghệ súng phun Hình 2.5: Cơng nghệ ép nóng .8 Hình 2.6: Phƣơng pháp quấn sợi Hình 2.7: Phƣơng pháp đúc kéo Hình 2.8: Phƣơng pháp đúc chuyển nhựa 10 Hình 2.9: Phƣơng pháp túi chân khơng 10 Hình 2.10: Cấu tạo sợi tự nhiên 13 Hình 2.11: Cấu trúc hóa học cellulose .14 Hình 2.12: Liên kết phân tử cellulose .15 Hình 2.13: Cấu trúc hemicellulose 15 Hình 2.14: Cấu trúc lignin 16 Hình 2.15: Cấu trúc Pectin 16 Hình 2.16: Sợi xơ dừa 18 Hình 2.17: Cấu trúc chuỗi HDPE, LDPE LLDPE 20 Hình 4.1: Máy ép nóng .27 Hình 4.2: Thiết bị kéo - uốn .27 Hình 4.3: Thiết bị đo va đập .28 Hình 4.4: Xử lý sơ sợi 29 Hình 4.5: Sợi ngâm dung dịch NaOH .29 Hình 4.6: Cố định sợi vĩ 30 Hình 4.7: Chuẩn bị khuôn nguyên liệu vào khuôn 31 Hình 4.8: Mẫu đƣợc ép máy .32 Hình 4.9: Ép định hình mẫu .32 Ngô Thị Bảo Trân vi Danh mục hình Hình 4.10: Mẫu composite đƣợc gia cơng .32 Hình 4.11: Mẫu đƣợc đặt máy cắt để cắt 33 Hình 4.12: Mẫu đo kéo .33 Hình 4.13: Mẫu đo uốn ngang 34 Hình 4.14: Mẫu đo va đập 34 Hình 4.15: Đo mẫu kéo 35 Hình 4.16: Đo mẫu uốn ngang 36 Hình 5.1: DSC nhựa PE .37 Hình 5.2: Độ bền kéo PE composite .38 Hình 5.3: Modulus đàn hồi kéo PE composite .41 Hình 5.4: Độ bền uốn ngang composite 43 Hình 5.5: Độ bền va đập PE composite 45 Hình 5.6: Ảnh SEM bề mặt phá huỷ mẫu kéo 47 Hình 5.7: Bề mặt phá huỷ mẫu composite kéo 47 Hình 5.8: Ảnh SEM bề mặt phá huỷ mẫu uốn ngang 48 Ngô Thị Bảo Trân vii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần hóa học độ chứa ẩm sợi tự nhiên 14 Bảng 2.2: Cơ tính sợi tự nhiên số sợi gia cƣờng thông thƣờng .17 Bảng 2.3: Thành phần hóa học tính chất vật lý sợi xơ dừa 19 Bảng 2.4: Đặc điểm ba loại PE phổ biến 20 Bảng 5.1: Kết độ bền kéo PE composite 38 Bảng 5.2: Kết Modulus đàn hồi kéo PE composite .40 Bảng 5.3: Kết độ bền uốn ngang composite .42 Bảng 5.4: Kết độ bền va đập PE composite 44 Ngô Thị Bảo Trân viii ... thời gian ngắn, ngƣợc lại nồng độ thấp xử lý sợi thời gian dài để đạt đƣợc hiệu việc xử lý sợi Ảnh SEM bề mặt bị phá huỷ mẫu composite thể liên kết sợi đạt đƣợc tốt sợi đƣợc xử lý Ngô Thị Bảo Trân. .. composite Sợi xơ dừa đƣợc xử lý với nồng độ NaOH khác khoảng thời gian khác có ảnh hƣởng khác đến tính chất vật liệu composite đƣợc gia cƣờng sợi xơ dừa Nhìn chung, nồng độ NaOH cao cần xử lý sợi thời... mẫu composite biết tính chất liên diện sợi nhựa Xử lý hoá học bề mặt sợi xơ dừa dung dịch NaOH có ảnh hƣởng đáng kể đến liên kết sợi nền, cải thiện tính sợi, đó, cải thiện đƣợc tính vật liệu composite