Báo cáo tổng kết đề tài composite ABS

BỘ XÂY DỰNG BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VỤ KHCN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHIỆP RỪNG CHƯƠNG TRÌNH KH & CN CẤP BỘ BÁO CÁO TỔNG KẾT NHIỆM VỤ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA ABS VỚI CỐT TỪ RƠM RẠ, TRẤU LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG SỬ DỤNG NGOÀI TRỜI Cơ quan chủ trì: Viện nghiên cứu Cơng nghiệp rừng Chủ nhiệm đề tài: TS Vũ Văn Thu HÀ NỘI, 2019 BỘ XÂY DỰNG BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VỤ KHCN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠNG NGHIỆP RỪNG CHƯƠNG TRÌNH KH & CN CẤP BỘ BÁO CÁO TỔNG KẾT NHIỆM VỤ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA ABS VỚI CỐT TỪ RƠM RẠ, TRẤU LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG SỬ DỤNG NGOÀI TRỜI Chủ nhiệm đề tài: Cơ quan chủ trì đề tài: Vũ Văn Thu HÀ NỘI, 2019 2 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………………… PHẦN I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU…………………… 1.1 Khái quát chung vật liệu composite………………………………… 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước vật liệu composite…………….7 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước vật liệu composite…………….10 1.2 Khái quát chung rơm rạ, trấu………………………………………….13 PHẦN II MỤC TIÊU, NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………………………………………… 14 2.1 Mục tiêu nghiên cứu…………………………………………………… 14 2.2 Nội dung nghiên cứu…………………………………………………… 14 2.3 Vật liệu nghiên cứu…………………………………………………… 14 2.4 Phương pháp nghiên cứu……………………………………………… 14 2.5.Thiết bị dụng cụ thí nghiệm………………………………………… 21 PHẦN III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 22 3.1 Kết điều tra khảo sát diện tích gieo trồng lúa vùng Đồng sơng Hồng Đồng sông Cửu Long…………………………………………22 3.2 Thực trạng thu gom xử lý phế phụ phẩm từ lúa Đồng sông Hồng Đồng sông Cửu Long 23 3.3 Lựa chọn thiết bị thông số công nghệ tạo sản phẩm bảo quản bột 3 nguyên liệu rơm rạ, trấu 25 3.4 Quy trình cơng nghệ, bảo quản bột rơm rạ, trấu làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite 26 3.5 Tuyển chọn xác định thông số công nghệ sản xuất vật liệu composite từ nguyên liệu rơm rạ, trấu nhựa ABS…………………………………29 3.5.1 Ảnh hưởng đơn phối trộn đến độ bền vật liệu composite 30 3.5.2 Ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ bền vật liệu composite 33 3.6 Quy trình cơng nghệ sản xuất vật liệu composite từ rơm rạ, trấu nhựa ABS 35 PHẦN IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 4.1 Kết luận 38 4.2 Kiến nghị 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 Tiếng Anh 39 Tiếng Việt 40 4 MỤC LỤC BẢNG Bảng 1: Tuyển chọn đơn phối trộn 16 Bảng 2: Tuyển chọn nhiệt độ ép .17 Bảng 3: Tuyển chọn tốc độ vòng quay trục vít 18 Bảng 4: Ảnh hưởng đơn phối trộn đến trọng lượng độ bền nấm mục 30 Bảng Ảnh hưởng đơn phối trộn đến độ bền uốn vật liệu 32 Bảng Ảnh hưởng đơn phối trộn đến độ bền va đập .33 Bảng 7: Ảnh hưởng nhiệt độ ép đến độ bền uốn độ bền va đập 33 Bảng Ảnh hưởng tốc độ quay trục vít đến độ bền uốn độ bền va đập 34 5 MỤC LỤC HÌNH Hình 1: Ván sàn composite sợi thực vật sử dụng cho sàn bể bơi trời……2 Hình Cấu trúc Polyethylene (PE) ………………………………………… Hình Cấu trúc hóa học cellulose, hemicellulose, lignin bột nguyên liệu Hình Thiết bị ép đùn tạo hạt………………………………………………………6 Hình Thiết bị ép nhiệt phẳng……………………………………………………… Hình 5: Chi tiết phay mộng ván lát sàn……………………………………………… Hình 6: Dán phủ HT sản phẩm…………………………………………………… Hình Mẫu mơi trường nấm mục nâu 18 Hình Sơ đồ bước cơng nghệ…………………………………………… 25 Hình 9: Sơ đồ bước công nghệ bảo quản bột rơm rạ, trấu làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite 27 Hình 10 Các bước công nghệ sản xuất vật liệu composite từ bột rơm rạ, vỏ trấu ABS 36 6 nhựa ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, việc sử dụng rơm rạ, trấu sinh hoạt nông thôn ngày giảm thay nhiên liệu thuận lợi ga, điện , rơm rạ phần lớn bỏ lại đốt bỏ đồng ruộng Điều cho thấy phế phụ phẩm rơm rạ, trấu sau thu hoạch lúa nguồn nguyên liệu dồi cho trình tái sản xuất loại vật liệu có độ bền cao thân thiện với môi trường Vật liệu composite loại vật liệu kết hợp bột rơm rạ, trấu nhựa ABS thông qua thiết bị ép đùn hai trục vít ép phẳng nhằm tạo vật liệu có tính ưu việt Sản phẩm composite loại vật liệu Formaldehyde, khơng bị xuất vết nứt, khơng bị cong vênh, dễ dàng tạo màu sắc cho sản phẩm, gia cơng lần giống vật liệu gỗ, dễ dàng cắt gọt, dùng keo để dánh dính, dùng đinh ốc vít để liên kết, cố định, quy cách hình dạng vào yêu cầu người dùng để điều chỉnh, tính linh hoạt Ngồi ra, cịn có tính hóa học tốt, chịu độ PH, chịu hóa chất, chịu nước mặn, sử dụng nhiệt độ thấp thu hồi tái chế nguyên liệu sau nguyên liệu cũ bị lỗi hết liên hạn sử dụng Hiện nhu cầu sử dụng vật liệu composite nước lớn, nhiên tình hình sản xuất vật liệu composite nước cịn ít, nguyên nhân việc chưa có nhiều nghiên cứu máy móc thiết bị công nghệ phù hợp với vùng nguyên liệu đa dạng dồi nước Để đẩy mạnh phát triển sản xuất nước đòi hỏi việc nghiên cứu công nghệ sản xuất vật liệu composite từ nguyên liệu sẵn có, phù hợp với điều kiện kinh tế kiểm tra chất lượng vật liệu đáp ứng tiêu chuẩn nước nước việc cần phải giải ưu tiên, góp phần thúc đẩy tiêu dùng hàng sản xuất nước dần thay hàng ngoại nhập Nghiên cứu công nghệ sản xuất vật liệu composite từ rơm rạ, trấu kết hợp nhựa ABS thành công lựa chọn tỷ lệ phối trộn thành phần tuyển chọn yếu tố ảnh hưởng: nhiệt độ ép đầu đùn, tốc độ quay trục vít, nhiệt độ ép phẳng, thời gian trì ép phẳng, áp suất ép phẳng 7 PHẦN I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát chung vật liệu composite Vật liệu composite loại vật liệu tổ hợp chủ yếu từ loại nhựa nhiệt dẻo PE, PP, PVC , từ nhựa tái sinh nguyên sinh với cốt loại bột rơm rạ, trấu, gỗ hay loại sợi thực vật khác (cenlluloze) Ngồi ra, có thêm số chất phụ gia trợ liên kết khác Sản phẩm composite sản xuất công nghệ ép đùn, ép phun hay ép phẳng gia nhiệt khuôn [12] Vật liệu composite vật liệu biết đến sớm vào năm 1900, nhiên vào năm 1983 công ty American Woodstock Sheboygan, Wisconsin bắt đầu sản xuất composite cho nội thất ôtô phương pháp ép đùn sử dụng nhựa PP bột gỗ, từ sản phẩm composite phổ biến rộng giới Một số tính ưu việt vật liệu composite như: Kích thước ổn định, khơng bị cong vênh thời tiết; Có thể gia công dễ dàng nhựa nhiệt dẻo (đùn, ép phun…), suất chế tạo cao tái chế nhiều lần nhựa nhiệt dẻo; Có thể gia cơng thành nhiều hình dạng phức tạp gỗ (cưa, cắt); Tính cơ, lý, hóa tốt, bền thời tiết, khí hậu, mơi trường nhiễm nhiều loại hóa chất; Có khả chối mối mọt, vi sinh, chống cháy; Dễ dàng tạo màu, trang trí cho sản phẩm Hình 1: Ván sàn composite sợi thực vật sử dụng cho sàn bể bơi trời Vật liệu composite sợi thực vật sử dụng nhiều công nghiệp làm sàn tàu, khung cửa, ván sàn, ốp tường, ốp trần nhà, làm hàng 8 rào trang trí Nhờ đặc tính ưu việt mà composite sợi thực vật dùng để thay cho gỗ tự nhiên, ván dăm, ván sợi dùng xây dựng, giao thơng, cơng trình nội thất, ngoại thất, đồ nội thất tơ, máy bay, Ngun liệu tạo nên vật liệu composite: - Nhựa Acrylonitrin butadien styren (viết tắt thường gọi ABS) Nhựa ABS có cơng thức hóa học (C8H8· C4H6·C3H3N)n loại nhựa nhiệt dẻo, nóng chảy nhiệt độ khoảng 105◦C Nó cho cứng, rắn, khơng giịn, cách điện, khơng thấm nước, với tính chất đặc trưng khả chịu va đập độ dai cao, ổn định Đây loại nhựa dễ mạ điện, dễ gia công, giá thành mức chấp nhận được, nhiều mẫu mã, chủng loại, tuổi thọ lâu, bị phá hỏng ảnh hưởng môi trường Với đặc tính khả ép phun khơng giới hạn… nhựa ABS ứng dụng vào nhiều lĩnh vực đời sống, phải kể đến sản xuất composite sinh học - Nhựa Polyetylene[11, 12] PE polyme nhiệt dẻo, có độ cứng không cao, không mùi vị, cháy chậm PE polyme bán tinh thể nên có cấu trúc kết tinh cấu trúc vơ định hình, độ kết tinh khác nguyên nhân gây tỷ trọng khác PE Hình Cấu trúc Polyethylene (PE) Phân loại: Dựa vào tỷ trọng PE chia thành loại tỷ trọng thấp (LDPE) 0,910 ÷ 0,925 g/cm3, chứa 55 ÷ 65% pha kết tinh; tỷ trọng trung bình (MDPE) 0,962 ÷ 0,940 g/cm3, chứa 63 ÷ 73% pha kết tinh; tỷ trọng cao (HDPE) 0,941 ÷ 0,959 g/cm3 cao chứa 74 ÷ 95% pha kết tinh Tính chất vật lý: Polyetylene màu trắng, có ánh mờ, mặt bóng láng, mềm dẻo, khơng dẫn điện khơng dẫn nhiệt, khơng cho nước khí thấm 9 qua Tùy thuộc vào loại PE mà chúng có nhiệt độ hóa thủy tinh khoảng – 700 oC nhiệt độ chảy lỏng khoảng 110oC – 130oC Tính chất hóa học: PE polymer khơng phân cực nên có tính cách điện cao, nhiệt độ thường, PE khơng tan dung mơi, tan axít H2SO4 HNO3 đậm đặc, hỗn hợp nitro hóa, xăng axit Cromic tác dụng mạnh Nhiệt độ 700C, PE tan yếu tolune, xilen, amin acetate, dầu thông, paraffin, Ở 90 ÷ 1000C, H2SO4 HNO3 phá hủy nhanh polymer PE bền tác động tia tử ngoại Tính chất học: Tính học PE phụ thuộc vào trọng lượng phân tử độ phân nhánh mạch polymer Ngồi tính lý PE phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền dãn dài - Vật liệu cốt Vật liệu cốt sử dụng để sản xuất composite đề tài bột rơm rạ, trấu Bột rơm rạ, trấu vật liệu nghiền mịn từ phế phụ phẩm lúa sau thu hoạch, Kích thước bột nguyên liệu (rơm rạ, trấu,) sử dụng cho công nghệ chế tạo composite có kích thước nhỏ 1,2mm theo cơng nghệ ép đùn Với kích thước này, bột nguyên liệu cháy nhiệt độ 200 0C Các thành phần hóa học bột rơm rạ, trấu bao gồm cellulose, lignin, hemicellulose hợp chất vơ khác Trong cellulose, hemicellulose lignin thành phần ảnh hưởng lớn đến tính chất vật liệu Hình Cấu trúc hóa học cellulose, hemicellulose, lignin bột nguyên liệu - Các chất phụ gia sử dụng sản xuất vật liệu composite Vật liệu Acrylonitrin butadien styren có cấu trúc khơng phân cực, 10 10 Tóm tắt nội dung quy trình cơng nghệ bảo quản bột rơm rạ, trấu làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite - Nội dung quy trình cơng nghệ + Sơ đồ bước công nghệ: Rơm rạ (B1) KT W, sấy (B2) Vỏ trấu (B1) KT W, (B2) Phân loại (B10) Sàng (B9) Nghiền (B4) Sàng (B5) Không đạt (B7) Phân loại (B6) Cắt ngắn (B3) Nghiền (B8) Lưu kho (B13) Đóng gói (B12) Đạt (B11) Hình 9: Sơ đồ bước công nghệ bảo quản bột rơm rạ, trấu làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite + Mô tả bước công nghệ nguyên liệu rơm rạ: Bước (B1): Nguyên liệu đầu vào (rơm rạ) Yêu cầu nguyên liệu đầu vào rơm rạ sau thu hoạch không lẫn bùn đất Bước (B2): Kiểm tra độ ẩm ban đầu nguyên liệu: Nếu độ ẩm nguyên liệu rơm rạ thời điểm kiểm tra cao 10% rơm rạ phải đưa vào hệ thống sấy Độ ẩm rơm rạ đạt yêu cầu ÷ 10% Bước (B3): Thiết bị cắt: Máy cắt ngắn nguyên liệu rơm rạ có tên thương mại 3A sản xuất Việt Nam Chiều dài nguyên liệu đạt yêu cầu 5÷10mm Bước (B4) bước (B5): Thiết bị nghiền, sàng: Nguyên liệu sau cắt ngắn đưa qua thiết bị nghiền, sản phẩm thu 34 34 từ thiết bị nghiền chuyển sang hệ thống sàng dây Yêu cầu nguyên liệu thu sau sàng sản phẩm phải lọt qua mắt lỗ sàng dây có kích thước 1,8mm Bước (B6): Phân loại Phân loại khâu tuyển chọn bột nguyên liệu đạt yêu cầu bước Nếu nguyên liệu không đạt yêu cầu tiếp tục đưa qua thiết bị nghiền, thiết bị sàng cho sản phẩm thu phải đồng kích thước Bước 11 (B11), bước 12 (B12), bước 13 (B13) Sản phẩm đạt Nguyên liệu đạt yêu cầu đóng gói bao bì lớp, lớp bao linơng, lớp ngồi bao dứa Sau đóng gói nguyên liệu kê xếp palet gỗ nhựa có chiều cao 138 mm so với mặt sàn kho + Mô tả bước công nghệ nguyên liệu trấu: Bước (B1) Nguyên liệu đầu vào (vỏ trấu) Yêu cầu nguyên liệu đầu vào vỏ trấu sau tách nhân không lẫn bùn đất Bước (B2): Kiểm tra độ ẩm ban đầu nguyên liệu: Nếu độ ẩm nguyên liệu vỏ trấu thời điểm kiểm tra cao 10% vỏ trấu phải đưa vào hệ thống sấy Độ ẩm vỏ trấu đạt yêu cầu ÷ 10% Lưu ý: Đối với vỏ trấu sau đạt yêu cầu độ ẩm đưa qua thiết bị cắt mà trực tiếp chuyển qua khâu nghiền bước áp dụng bước công nghệ rơm rạ Địa điểm ứng dụng Tất sở sản xuất vật liệu composite sở gia công nguyên liệu thô cung cấp cho nhà máy sản xuất vật liệu composite có đủ máy, thiết bị toàn quốc Phạm vi/điều kiện ứng dụng Phạm vi ứng dụng: - Quy trình ứng dụng tất doanh nghiệp vừa vả nhỏ có thiết bị băm, nghiền, sàng, lị sấy có diện tích mặt nhà kho 100m2 trở lên 35 35 - Mặt nhà kho nằm mặt xưởng sản xuất hay tách riêng độc lập phải xây dựng kiên cố có hệ thống phịng chống cháy nổ đạt chuẩn phép sử dụng Điều kiện ứng dụng: - Nguyên liệu: Rơm rạ, vỏ trấu - Các sở sản xuất trang bị thiết bị sản xuất vật liệu composite sở gia công nguyên liệu thô (nguyên liệu đầu vào) thiết bị sấy rơm rạ, vỏ trấu thiết bị yêu cầu bắt buộc phải có Trong q trình sản xuất bảo quản bột rơm rạ, trấu phải tuyệt đối tuân thủ luật an tồn lao động phịng chống cháy nổ 3.5 Tuyển chọn xác định thông số công nghệ sản xuất vật liệu composite từ nguyên liệu rơm rạ, trấu nhựa ABS Mục tiêu nghiên cứu đề tài đặt tuyển chọn thông số công nghệ sản xuất vật liệu composite từ nguồn rơm rạ, vỏ trấu nhựa ABS Từ đó, để có thông số công nghệ cụ thể phục vụ cho việc xây dựng quy trình sản xuất ván sàn composite Đề tài phải tuyển trọn 02 yếu tố công nghệ quan trọng là: Đơn phối trộn (vật liệu + vật liệu cốt); Thông số kỹ thuật thiết bị ép (nhiệt độ, tốc độ vòng quay trục vít) Giai đoạn I: + Cố định thơng số kỹ thuật thiết bị ép như: nhiệt độ khoang đốt; tốc độ quay trục vít + Xây dựng ma trận cơng thức thí nghiệm theo đơn phối trộn trình bảng (phần II) Sản phẩm giai đoạn I, kiểm tra độ bền học độ bền tự nhiên Giai đoạn II: + Sử dụng đơn phối trộn tuyển chọn giai đoạn I làm biến cố định + Xây dựng ma trận công thức thí nghiệm theo đơn tuyển chọn nhiệt độ ép bảng làm biến di động (phần II) Sản phẩm giai đoạn II, kiểm tra độ bền học 36 36 Giai đoạn III + Sử dụng đơn phối trộn tuyển chọn giai đoạn I làm biến cố định + Sử dụng ma trận cơng thức thí nghiệm theo đơn tuyển chọn nhiệt độ ép giai đoạn II làm biến cố định + Xây dựng ma trận cơng thức thí nghiệm theo đơn tuyển chọn tốc độ quay trục vít làm biến thay đổi Sản phẩm giai đoạn III, kiểm tra độ bền học 3.5.1 Ảnh hưởng đơn phối trộn đến độ bền vật liệu composite * Ảnh hưởng đơn phối trộn đến độ bền tự nhiên vật liệu + Kiểm tra độ bền tự nhiên vật liệu composite nấm mục Thí nghiệm tiến hành nhiệt độ ép 180 0C, tốc độ quay trục vít 30 vịng/phút, với tỷ lệ thành phần vật liệu cốt vật liệu chất tương hợp MAPE thay đổi Kết thí nghiệm đánh giá độ bền tự nhiên vật liệu composite đối nấm mục thể bảng Bảng 4: Ảnh hưởng đơn phối trộn đến trọng lượng độ bền nấm mục Độ giảm trọng lượng mẫu Trọng Trọng Giảm Stt Côn lượng lượng trọng g mẫu trước mẫu sau lượng thức khảo khảo mẫu trung nghiệm nghiệm bình (g) 0,42 0,40 0,41 0,40 0,41 0,41 0,40 0,40 (g) 0,41 0,40 0,40 0,40 0,41 0,40 0,40 0,40 (%) 0,4 0,39 0,39 0,39 0,40 0,39 0,39 0,39 CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 CT8 Độ giảm độ bền mẫu Độ bền Độ bền Giảm mẫu mẫu độ trước sau bền khảo khảo mẫu nghiệm nghiệm (%) (Mpa) (Mpa) 53,7 53,6 24,8 52,7 52,6 24,9 55,6 55,5 24,6 54,5 54,4 24,8 53,5 53,3 24,8 52,7 52,6 24,9 51,7 51,5 24,9 57,5 57,3 24,4 Qua kết khảo nghiệm độ bền vật liệu composite nấm mục 37 37 cho thấy: công thức khảo nghiệm không bị nấm mục công, quan sát mắt thường sợi nấm bao phủ toàn bề mặt mẫu bao bọc qua mẫu khơng phải nấm mục phát triển mẫu, tỷ lệ hao hụt mẫu không xảy mẫu thử Vì vậy, vật liệu composite xem loại vật liệu chống công nấm mục cấp độ tốt Độ bền va đập vật liệu composite bị ảnh hưởng nhiều độ bền kết dính bề mặt tiếp xúc thay đổi bề mặt tiếp xúc polymer sợi composite, phản ảnh thay đổi đáng kể lượng phân tán phép đo va đập Chính nghiên cứu đề tài khảo sát độ bền va đập mẫu trước sau đưa mẫu thử môi trường nấm mục, thấy khả chống nấm mục mẫu composite với tỷ lệ vật liệu cấu thành khác Từ bảng cho thấy, độ bền va đập mẫu có tỷ lệ rơm rạ, trấu/ nhựa khác sau thời gian thử 12 tuần môi trường nấm mục không làm thay đổi độ bền va đập công thức khảo nghiệm + Kiểm tra độ bền tự nhiên vật liệu composite mối Căn vào kết khảo nghiệm độ bền tự nhiên vật liệu composite mối phịng thí nghiệm trùng, mơn Bảo quản Lâm sản, Viện nghiên cứu Công nghiệp rừng cho thấy: Vật liệu composite gia cơng kích thước 150 × 30 × 10 (mm) xếp vào hộp cacton Đặt mơi trường có mối Comptotermes formosanus hoạt động mạnh thời gian tháng, kết đánh giá cho thấy mẫu gỗ đối chứng (gỗ bồ đề) xếp với vật liệu composite bị mối công 70%, mẫu composite chưa bị mối cơng Do vậy, vật liệu composite xem loại vật liệu chống công mối * Ảnh hưởng đơn phối trộn đến độ bền học vật liệu Tạo mẫu composite với tỷ lệ thành phần nêu bảng phần II phương pháp nghiên cứu Ứng với công thức, tiến hành ép vật liệu composite dùng để kiểm tra độ bền uốn khả chịu va đập độ bền lão hóa Tiêu chuẩn sử dụng để kiếm tra tính lão hóa, độ bền uốn, khả chịu va 38 38 đập tiêu chuẩn ASTM D 790 – 03 ASTM 256 – 04 + Kiểm tra độ bền uốn vật liệu composite Kết kiểm tra độ bền uốn thể bảng Bảng Ảnh hưởng đơn phối trộn đến độ bền uốn vật liệu Công thức thử nghiệm Các đại lượng Ứng suất uốn Độ giãn ứng suất uốn cực đại (Mpa) cực đại (%) CT 37,69 3,84 CT2 41,39 3,25 CT3 40,81 3,45 CT4 44,29 3,65 CT5 45,10 3,30 CT6 44,97 3,45 CT7 45,88 3,68 CT8 46,23 3,86 Qua bảng cho thấy, cơng thức có tỷ lệ trấu chiếm 70%, ứng suất uốn cực đại đạt 37,69 (Mpa), công thức có tỷ lệ rơm rạ chiếm 70% ứng suất uốn tăng lên so với công thức 3,7% Từ công thức đơn chất, đề tài tiến hành điều chỉnh tỷ lệ phối trộn rơm rạ, trấu theo công 5,6,7,8 Kết kiểm tra ứng suất uốn cho thấy, tỷ lệ rơm rạ lớn đem lại ứng suất uốn cao so với tỷ lệ trấu Nguyên nhân trình ép đùn trục vít, bột rơm rạ bao bọc bột trấu tạo dải liên kết mềm chịu lực sợi rơm rạ, từ làm tăng độ bền uốn + Kiểm tra độ bền va đập vật liệu composite Kết kiểm tra độ bền va đập thể bảng 39 39 Bảng Ảnh hưởng đơn phối trộn đến độ bền va đập Stt Độ bền CT1 CT2 va đập 10415 10512 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 CT8 10640 11513 10094 10406 11513 11852 (J/m2) Sự diện nhựa ABS làm tăng đáng kể khả chống va đập cơng thức Cơng thức có tỷ lệ rơm rạ chiếm 60%, nhựa ABS chiếm 37%, chất tương hợp MAPE chiếm %, khả chống va đập 11513J/m 2, tăng khoảng 10% so với cơng thức có tỷ lệ rơm rạ chiếm 70%, nhựa ABS chiếm 27%, chất tương hợp MAPE chiếm 3% Khi lượng bột rơm rạ lượng bột trấu 30% (công thức 8), nhựa ABS 37%, chất tương hợp 3%, khả chịu va đập composite tăng lên 20% so với lượng bột rơm rạ, trấu 40% (công thức 5) Qua kết kiểm tra, đề tài xác định tỷ lệ phối trộn phù hợp làm tăng tính chất vật liệu composite cơng thức bảng 3.5.2 Ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ bền vật liệu composite Qua kết đánh giá ảnh hưởng đơn phối trộn đến độ bền vật liệu, đề tài sử dụng đơn phối trộn có tỷ lệ thành phần cơng thức Để phục vụ cho trình tuyển chọn nhiệt độ ép Như phần II báo cáo, đề tài xây dựng bảng với nhiệt độ thay đổi từ 170 ÷ ÷ 190; tốc độ vịng quay trục vít 30 vịng/phút + Ảnh hưởng nhiệt độ ép đến độ bền uốn độ bền va đập Bảng 7: Ảnh hưởng nhiệt độ ép đến độ bền uốn độ bền va đập Stt Nhiệt độ ép T1 (0C) 170 175 180 185 190 ĐBU (MPa) 66,53 70,52 71,03 69,12 65,91 ĐBVĐ (KJ/m2) 8,61 9,12 9,41 9,25 8,40 Từ bảng cho thấy, độ bền uốn, độ bền va đập vật liệu composite tạo với nhiệt độ ép khác có quy luật thay đổi rõ rệt Khi nhiệt độ 40 40 tăng lên từ 1700C ÷ 1800C độ bền uốn độ bền va đập tăng lên Khi nhiệt độ tiếp tục tăng từ 1800C ÷ 1900C độ bền uốn độ bền va đập có xu hướng giảm xuống Điều nhiệt độ tăng cao làm cho liên kết bên vật liệu composite bị giòn, làm cho cường độ vật liệu giảm xuống Từ kết kiểm tra độ bền uốn, độ bền va đập vật liệu cho thấy nhiệt độ ép đầu đùn phù hợp để sản xuất vật liệu composite 1800C + Ảnh hưởng tốc độ quay trục vít đến độ bền uốn độ bền va đập Đề tài sử dụng thiết bị ép đùn hai trục vít để tạo vật liệu composite, áp suất ép tạo sản phẩm phụ thuộc vào nhân tố chính: kích thước miệng đùn, tốc độ quay trục vít tốc độ đùn tính theo chiều dài sản phẩm đơn vị thời gian Ở đề tài lựa chọn tốc độ đùn đơn vị thời gian Do vậy, để xác định ảnh hưởng tốc độ quay trục vít đến độ bền uốn độ bền va đập, đề tài cố định nhiệt độ ép theo kết bảng 7, đơn phối trộn theo kết bảng Kết kiểm tra ảnh hưởng tốc độ quay trục vít đến độ bền uốn độ bền va đập thể bảng Bảng Ảnh hưởng tốc độ quay trục vít đến độ bền uốn độ bền va đập Stt Tốc độ quay trục vít Độ bền uốn Độ bền va đập (vòng/phút) (MPa) (KJ/m2) 25 62,45 8,52 30 75,56 9,45 40 75,78 9,47 45 75,96 9,50 Trong phương pháp ép đùn, trục vít chi tiết tạo áp lực ép cho sản phẩm, tốc quay trục vít thay đổi áp suất ép thay đổi Vì vậy, theo lý thuyết tốc độ quay trục vít gây ảnh hưởng đến tính học nói chung độ bền uốn, độ bền va đập nói riêng Từ kết bảng cho thấy, tốc độ quay trục vít tăng lên độ bền uốn độ bền va đập vật liệu tăng lên tương ứng Tốc độ tăng độ bền 41 41 lý vật liệu chia làm giai đoạn: giai đoạn tăng nhanh, giai đoạn tăng chậm Giai đoạn tăng nhanh (tốc quay từ 25 ÷ 30 vịng/phút) độ bền uốn độ bền va đập tăng lên nhanh Giai đoạn tăng chậm (tốc quay từ 30 ÷ 45 vòng/phút), trị số độ bền uốn độ bền va đập tăng lên không đáng kể Điều cho thấy công thức phối trộn rơm rạ : trấu : nhựa ABS : chất tương hợp = 30 : 30 : 37 : 3, nhiệt độ ép 1800C cho trị độ bền uốn, độ bền va đập mức hợp lý mặt lý giá trị kinh tế sử dụng phương pháp ép đùn tạo vật liệu composite Từ kết lựa chọn tốc độ quay trục vít 30vịng/ phút thông số tối ưu để xây dựng quy công nghệ Căn vào kết kiểm tra độ bền nấm mục, mối học (độ bền uốn, độ bền va đập) vật liệu composite Đề tài tuyển chọn thông số công nghệ sau đề xây dựng dây truyền sản xuất vật liệu composite - Đơn phối trộn: rơm rạ : trấu : nhựa ABS : chất tương hợp = 30 : 30 : 37 : - Nhiệt độ ép: 1800C - Tốc độ quay trục vít: 30 vịng/phút - Độ bền uốn 75,56 Mpa; độ bền va đập 9,45 KJ/m2 3.6 Quy trình công nghệ sản xuất vật liệu composite từ rơm rạ, trấu nhựa ABS Mục đích Quy định thông số công nghệ liên quan đến sản xuất vật liệu composite từ bột rơm rạ, vỏ trấu nhựa ABS làm ván lát sàn sử dụng mái che phục vụ ngành xây dựng Xuất xứ quy trình cơng nghệ Quy trình cơng nghệ sản xuất vật liệu composite từ bột rơm rạ, vỏ trấu nhựa ABS phần kết nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất composite nhựa ABS với cốt từ rơm rạ, trấu làm vật liệu xây dựng sử dụng trời“ Bộ Xây Dựng quản lý cấp kinh phí thực đề tài 42 42 Tóm tắt nội dung quy trình cơng nghệ sản xuất vật liệu composite từ bột rơm rạ, vỏ trấu nhựa ABS 3.1 Nội dung quy trình cơng nghệ Các bước công nghệ sản xuất vật liệu composite từ bột rơm rạ, vỏ trấu nhựa ABS Nguyên liệu (B 1) Thiệt bị trộn (B 2) Thiết bị ép đùn (B3) Lưu kho (B 7) Đóng gói (B6) Sản phẩm (B4) Hệ thống làm mát (B5) Hình 10 Các bước công nghệ sản xuất vật liệu composite từ bột rơm rạ, vỏ trấu nhựa ABS Mơ tả tóm tắt bước cơng nghệ rơm rạ: Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu: tính cho đơn vị 100% * Theo tỷ lệ sau: - Bột rơm rạ 30g - Bột trấu 30g - Bột nhựa 37g - Chất tương hợp 3g Bước 2: Sau xác định tỉ lệ thành phần nguyên liệu chuyển sang thiết bị trộn, nhiệm vụ thiết bị trộn làm cho nguyên liệu đồng nhất, thời gian trộn 10 phút Bước 3: Thiết bị ép đùn Cài đặt thông số kỹ thuật máy ép đùn: - Nhiệt độ ép 1800C - Tốc độ quay trục vít 30 vịng/phút Bước 4: Sản phẩm Kích thước sản phẩm phụ thuộc vào kích đầu đùn gắn máy ép đùn, bên cạnh sản phẩm máy ép đùn đa dạng hình dáng kích thước Trong khn khổ đề tài nhóm thực tạo vật liệu composite theo kích thước 43 43 ván lát sàn: rộng × dày × dài (130 × 20 × 800)mm Bước 5: Sản phẩm sau qua máy ép đùn phải đưa qua hệ thông làm mát nước máy để ổn định kích thước Bước bước 7: Sau vật liệu composite ổn định đóng gói quấn nilơng bao bì cát tơng xếp lưu kho 3.2 Địa điểm ứng dụng Tất sở sản xuất vật liệu composite có đủ máy, thiết bị toàn quốc 3.3 Phạm vi/điều kiện ứng dụng Phạm vi ứng dụng: Quy trình áp dụng tất doanh nghiệp vừa vả nhỏ có thiết bị sản xuất vật liệu composite có diện tích mặt nhà xưởng, nhà kho 1000m2 trở lên Mặt nhà xưởng sản xuất phải xây dựng kiên cố có hệ thống phòng chống cháy nổ đạt chuẩn phép sử dụng Điều kiện ứng dụng: - Nguyên liệu: Rơm rạ, trấu - Các sở sản xuất trang bị hệ thống thiết bị sản xuất vật liệu composite thiết bị sấy rơm rạ, vỏ trấu yêu câu thiết bị sấy liên tục hệ thông thiết bị sản xuất vật liệu composite có quy mơ vừa lớn Trong trình sản xuất bảo quản bột rơm rạ, trấu phải tuyệt đối tuân thủ luật an tồn phịng chống cháy nổ 44 44 PHẦN IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận + Đất nơng nghiệp tỉnh có giảm nhiều so với năm trước lúa chủ lực quan tâm chăm sóc đặc biệt sản lượng thóc đạt suất cao + Phế phụ phẩm lúa (rơm rạ) sau vụ thu hoạch phần lớn người dân bỏ lại đồng ruộng, số sử dụng làm phân bón thức ăn cho gia súc + Tại sở xay sát thóc trấu khơng người dân quan tâm Do vậy, nguồn phế phụ từ lúa lớn Để giải nguồn nguyên liệu từ lúa, đề tài bước đầu nghiên cứu số kết sau: - Quy trình cơng nghệ, bảo quản bột rơm rạ, trấu làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite + Với thông số nghệ sau: - Độ ẩm nguyên liệu rơm rạ trước gia công bột: 8%; - Độ ẩm bột rơm rạ, trấu phù hợp để sản xuất vật liệu composite: 8% - Vật dụng đóng gói bảo quản bột rơm rạ, túi đựng lớp (lớp dứa, lớp nilơng) - Quy trình cơng nghệ sản xuất vật liệu composite từ rơm rạ, trấu nhựa ABS + Đơn phối trộn: rơm rạ : trấu : nhựa ABS : chất tương hợp = 30 : 30 : 37 : + Nhiệt độ ép: 1800C + Tốc độ quay trục vít: 30 vịng/phút - Độ bền vật liệu composite nấm mục, mối tốt - Độ bền uốn, độ bền va đập vật liệu composite đáp ứng tiêu chuẩn làm vật liệu xây dựng 4.2 Kiến nghị Chủ nhiệm đề tài xin đề xuất với quan quản lý cho phép triển khai dự án sản xuất thử nghiệm để nhân rộng mơ hình quảng bá sản phẩm 45 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] R P Sheldon (2003) Composite Polymeric Materials Applied Science Publishers, London & New York [2] G O Shonaike, Suresh G Advani (2003) Advanced Polymeric Materials, Structure Property Relationships CRC Press [3] J Y Poirier (1991) Le composite bois – époxy, Techniques de Mise en oeuvres er Applications Ppratiques Loisirs Nautiques, Dossier 10 [4] T Tabarsa, H Khanjanzadeh, H Pirayesh (2011) Manufacturing of wood plastic composite from completely recycled materials Key Engineering Materials [5] A Getu and O Sahu (2014) Green Composite Material from Agricultural Waste Spring Journal [6] H Estrada, S Pillay, U Vaidya (2015) Banana fiber composites for automotive and transportation applications ResearchGate [7] A R Rus, O Nemes, V F Soporan and A M Chiper (2010) Agricultural waste recycling in composite materials plates 3rd International Conference, Advanced Composite Materials Engineering, COMAT [8] Ichazo M.N., Albano C., Gonzales J., Perera R., Candal (2001), “Polypropylene/wood flour composites: Treatment and properties”, Composite Structures, vol 54, pp 207-214 [9] B Mohebby, A R Ghotbifar, and S Kazemi-Najafi (2011), “Influence of Maleic-Anhydride-Polypropylene (MAPP) on Wettability of Polypropylene/Wood Flour/Glass Fiber Hybrid Composites”, J Agr Sci Tech, Vol 13, pp 877-884 [10] Felix J.M., Gatenholm P., Schreiber H.P (1993), “Controlled interactions in cellulose-polymer composites”, Polymer Composites, vlo 14, pp 234-256 [11] Ann Jennifer Roberts (2009), Bonding of Additives to Functional Polyolefins by Reactive Blending, The University of Auckland, New Zealand [12] G E Myers ( 1991), Wood Flour and polypropylene or High density 46 46 Polyethylene composites,“Influence of Maleated polypropylene Concentration and Extrusion Temperature on Properites” Intern J Polymeric Mater, Vol 15, pp 171-186 [13] Cao Jin-Zhen, Wang Yi, Xu Wei-yue, Wang Lei (2010), “Preliminary study of viscoelastic properties of MAPP-modified wood flour/polypropylene composites”,For Stud, China, 12(2), pp 85-89 [14] Behzad Kord (2011), “Influence of Maleic Anhydride on the Flexural, Tensile and Impact Characteristics of Sawdust Flour Reinforced [15] M Khalid, S Ali, C.T Ratnam and S.Y.Thomas Choong (2006),“Effect of mapp as coupling on the mechanical properties of palm fiber empty fruit bunch and cellulose polypropylene biocomposites”International Journal of Engineering and Technology, vol.3, No.1, 79-84 [16] 李李李 (2012) 李李李/李李李李李李李李李李李李李李李李李李李李 [17] Vu Van Thu (2015) 李李李李/李李李李李李李李李 [D] 李李李李李李李 [18] Apri Heri Iswanto and Fauzi Febrianto (2005), “The Role of Dicumyl Peroxide (DCP) In the Strengthening of Polymer Composites”, Peronema Forestry Science Journal, Vol.1, No.2, ISSN 18296343 [19] Schut JH (1999), For compounding, sheet and profile: wood is good, Plastics Technology, 45(3), pp 46-52 [20] Anatole Klyosov (2005), Wood plastic composites, Wiley-interscience A John Wiley& Sons, INC, Publication [21] Roger M Rowell (2005), Wood chemistry and Wood composite, Taylor & Francis Group, the academic division of T&F Informa plc Tiếng Việt [22] Nguyễn Thúc Bội Huyên (2013) Nghiên cứu sản xuất vật liệu xanh từ phế liệu nhựa phế phẩm nơng nghiệp Tạp chí Cơng nghệ thực phẩm, số [23] Nguyễn Thúc Bội Huyên (2015) Phát triển bền vững – Sử dụng vật liệu FRP để sửa chữa gia cố cơng trình bê tơng cốt thép Tạp chí Cơng nghệ thực phẩm, số [24] Trần Thị Thu Hằng (2013) Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite 47 47 nhựa Polyethylene mùn cưa Luận văn thạc sĩ, trường Đại học Đà Nẵng [25] Trần Vĩnh Diệu, Phạm Gia Huân (2003), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu Polyme - compozit sở nhựa PP gia cường hệ lai tạo tre, luồng- sợi thủy tinh”, Tạp chí Hóa Học, T41(3), Tr 49-53 [26] Trần Vĩnh Diệu, Trần Trung Lê (2006), Môi trường gia công chất dẻo compozit, Nhà xuất Đại học Bách khoa, Hà nội [27] Đoàn Thị Thu Loan (2010), “Nghiên cứu cải thiện tính vật liệu Composite sợi đay/ nhựa Polypropylene phương pháp biến tính nhựa nền”, Tạp chí khoa học cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số 1(36), Tr 28-35 [28] Hà Tiến Mạnh, Nguyễn Bảo Ngọc, Nguyễn Đức Thành, et al (2011), “Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ bột gỗ nhựa polypropylene đến tính chất composite gỗ - nhựa”Tạp chí khoa học Lâm Nghiệp, Số 1, Tr 1752-1759 [29] Vũ Huy Đại (2012), Báo cáo Đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ“Nghiên cứu công nghệ sản xuất composite từ phế liệu gỗ chất dẻo phế thải”, Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn, Hà Nội [30] Nguyễn Vũ Giang (2013), Báo cáo Đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ“Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite sở nhựa polylefin (polyetylen, polypropylen) khâu mạch (XLPO) bột gỗ biến tính ứng dụng làm vật liệu xây dựng, kiến trúc nội- ngoại thất”, Bộ khoa học công nghệ, Hà Nội [31] Trần Vĩnh Diệu, Bùi Chương (2010), Nghiên cứu ứng dụng sợi thực vật nguồn nguyên liệu có khả tái tạo để bảo vệ môi trường, Nhà xuất khoa học tự nhiên cơng nghệ [32] Nguyễn Đình Đức (2007), Cơng nghệ vật liệu compozit, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [33] Lê Minh Đức (2008), Thiết bị gia công polymer, Nhà xuất Bách khoa, Hà Nội [34] Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hóa học gỗ Xenluloza tập 1,2, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội 48 48 ... liệu composite từ bột than gỗ làm nguyên liệu đóng tàu thuyền biển (đề tài nghiên cứu sinh) [17] Kết đề tài giải số vấn đề: Tỉ lệ phối trộn bột than gỗ với vật liệu ABS, UHMWPE theo tỉ lệ 10% ABS; ... Chủ nhiệm đề tài: Cơ quan chủ trì đề tài: Vũ Văn Thu HÀ NỘI, 2019 2 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………………… PHẦN I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU…………………… 1.1 Khái quát chung vật liệu composite? ??………………………………... NGHIỆP RỪNG CHƯƠNG TRÌNH KH & CN CẤP BỘ BÁO CÁO TỔNG KẾT NHIỆM VỤ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA ABS VỚI CỐT TỪ RƠM RẠ, TRẤU LÀM VẬT LIỆU