Nghiên cứu composite trên cơ sở nhựa poly (vinyl chloride) và mùn cưa định hướng chế tạo sản phẩm bàn

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ NHỰA POLY(VINYL CHLORIDE) VÀ MÙN CƯA ĐỊNH HƯỚNG CHẾ TẠO SẢN PHẨM BÀN Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan Đà Nẵng, 42021 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 6 1. Đặt vấn đề 6 2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước 7 3. Tính cấp thiết của vấn đề 7 4. Mục tiêu đề tài 9 5. Nội dung thực nghiệm 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 11 1.1 Tổng quan về composite 11 1.1.1 Khái niệm về vật liệu composite 11 1.1.2 Đặc điểm, tính chất của vật liệu composite 11 1.1.3 Thành phần của vật liệu composite 11 1.1.4 Ưu và nhược điểm của vật liệu composite 11 1.1.5 Ứng dụng của vật liệu Composite 12 1.2 Vật liệu composite từ độn mùn cưa và nhựa poly(vinylcloride) 13 1.2.1 Nhựa poly(vinyl cloride) 13 1.2.2 Mùn cưa 14 1.2.3 Phụ gia ổn định nhiệt 16 1.2.4 Phụ gia hỗ trợ gia công 17 1.3 Phương pháp gia công 17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 22 2.1. Đối tượng nghiên cứu 22 2.1.1 Nguyên liệu 22 2.1.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 22 2.2 Nghiên cứu gia công tạo mẫu 22 2.2.1 Quy trình nghiên cứu 22 2.2.2 Chuẩn bị nguyên liệu 23 2.3 Nội dung nghiên cứu 24 2.3.1 Điều kiện gia công 24 2.3.2 Khảo sát tính chất composite 24 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Mẫu nghiên cứu của nhóm 25 3.2 Các nghiên cứu tham khảo 26 3.2.1 Nghiên cứu 1 26 3.2.2 Nghiên cứu 2 29 3.2.3 Nghiên cứu 3 31 3.2.4 Nghiên cứu 4 34 3.3 Kết luận: 37 3.4 Kiến nghị 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39   DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 : Cơ cấu nguyên liệu nhựa nhập khẩu 2020 9 Hình 1.1 : Cấu trúc vĩ mô của gỗ 15 Hình 1.2: Phương pháp lăn tay 17 Hình 1.3: Phương pháp phun bắn 18 Hình 1.4: Phương pháp RTM 19 Hình 1.5: Cấu tạo máy đúc tiêm 19 Hình 1.6: Quy trình phương pháp đúc ép 21 Hình 2.1: Quá trình thực hiện 23 Hình 3.1: Hình ảnh sản phẩm thu được 26 Hình 3.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền của vật liệu 28 Hình 3.3: Ảnh hưởng của thời gian gia công đến độ bền của vật liệu 19 29 Hình 3.4: Độ bền uốn của mẫu composite PVCnùn cưa với hàm lượng mùn cưa 20 phr và mẫu PVC nguyên (không có mùn cưa) theo tiêu chuẩn ISO 178.14 31 Hình 3.5: Độ bền kéo của mẫu composite PVCnùn cưa với hàm lượng mùn cưa 20 phr và mẫu PVC nguyên (không có mùn cưa) theo tiêu chuẩn ASTM D389.14 32 Hình 3.6: Modun đàn hồi của vật liệu composite PVCmùn cưa với hàm lượng PVC tương ứng 40, 50, 60, 80 phr theo tiêu chuẩn ISO 527. 13 34 Hình 3.7: Độ bền kéo của mẫu composite PVCmùn cưa với các thành phần mùn cưa khác nhau như 40, 50, 60, 80 phr 35 Hình 3.8: Bề mặt mẫu composite PVCmùn cưa tạo thành với hàm lượng mùn cưa khác nhau 36 Hình 3.9: Độ bền kéo và độ bền va đập với hàm lượng mùn cưa khác 37 Hình 3.10: Độ bền uốn và độ modun uốn với hàm lượng mùn cưa khác nhau 38   DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Đơn phối liệu hỗn hợp nguyên liệu 24 Bảng 2: Thành phần nguyên liệu 32 Bảng 3: Thành phần nguyên liệu của nghiên cứu 4 36   PHẦN MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ngày nay, cùng với sự phát triển của đất nước, ngành gỗ Việt Nam trong những năm qua đã có tốc độ phát triển cao và là một trong 10 ngành xuất khẩu chủ lực của cả nước. Chỉ trong 13 năm trở lại đây, kim ngạch xuất khẩu ngành gỗ đã tăng rất nhanh, từ 219 triệu USD năm 2000, đã tăng lên khoảng 5 tỷ USD trong năm 2013. Hằng năm ngành công nghiệp chế biến gỗ nước ta phải nhập khẩu từ 3.54 triệu m3 gỗ tự nhiên trong khi lượng phế liệu trong sản xuất chế biến gỗ phụ thuộc vào nguyên liệu 1. Có thể thấy lượng phế liệu này là rất lớn và hiện nay chủ yếu được sử dụng để làm nguyên liệu. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để sử dụng hiệu quả lượng phế liệu này đồng thời bảo vệ môi trường. Trong nghiên cứu này mùn cưa được sử dụng kết hợp với Poly(vinyl cloride) (PVC). Là loại chất dẻo phổ biến trong các dồ dùng sinh hoạt hằng ngày, phổ biến trên khắp thế giới. Có nhiều ưu điểm hơn so với các loại nhựa nhiệt dẻo khác như polypropylen (PP), polyethylen (PE)… là giá thành rẻ, tính chất cơ lý tốt, bền hóa chất, có tính chống cháy, và đặc biệt là có độ phân cực cao nên có độ tương hợp tốt với mùn cưa. Composite nhựa nhiệt dẻo có độ độc hại rất thấp. So với các sản phẩm bàn ghế nội thất truyền thống được sản xuất từ gỗ nguyên khối, các sản phẩm được sản xuất dựa trên cơ sở composite từ gỗnhựa có các tính chất ưu việt hơn như: Tính hút nước, khả năng trương nở thấp, hầu như không bị vi sinh vật, mối mọt phá hủy, bề mặt có chất lượng cao hơn gỗ, có thể gia công trên các máy chế biến gỗ thông thường. Việc kết hợp mùn cưa và nhựa poly(vinyl cloride) để tạo ra sản phẩm vừa hạn chế được lượng chất thải rắn đi vào môi trường, vừa tạo ra được sản phẩm có giá trị và giá trị sử dụng cao hơn những chất tham gia vào kết cấu sản phẩm 2. Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng mùn cưa và nhựa PVC để sản xuất vật liệu gỗ nhựa là xu hướng mới được quan tâm nghiên cứu, vừa để nâng cao giá trị sử dụng của gỗ, tiết kiệm nguyên liệu, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. 2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước • Trong nước: Composite sợi tự nhiên rất phát triển ở nước ta, là đề tài của nhiều nghiên cứu khoa học không chỉ trong phạm vi trường học mà còn được ứng dụng nhiều trong cuộc sống. o “Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước bột gỗ đến tính chất composite gỗnhựa” của Ngô Thùy Dương, Đại học lâm nghiệp Hà Nội xác định ảnh hưởng của kích thước bột gỗ và nhựa PP, PE đến một số tính chất chủ yếu của composite gỗnhựa 3. o “Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite trên nền nhựa polyethylene và mùn cưa” của Trần Thị Thu Hằng, Đại học Đà Nẵng nghiên cứu chế tạo vật liệu từ mùn cưa và nhựa PE tỷ trọng cao 4. o “Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite trên nền nhựa poly(vinyl cloride) với độn mùn cưa, trấu” Phạm Thị Vân, Nguyễn Thu Phương, báo cáo hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học, đại học Đà Nẵng 2010 5. • Ngoài nước: Trong những năm gần đây vật liệu gỗ nhựa (WPC) được nghiên cứu thành công và áp dụng tại Mỹ và được phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới như Nhật, Ấn Độ, Trung Quốc, Nga. o “Evaluation of mechanical properties of teak sawdust and PVC wood plastic composite” nhóm tác giả Latha Shankar, Ấn Độ. Đánh giá tính chất cơ học của composite mùn cưa teak và nhựa PVC 6. o “Flatpressed wood plastic composite from sawdust and recycled polyethylene terephthalate (PET): physical and mechanical properties” nhóm tác giả Khandkar Siddikur Rahman. Tổng hợp vật liệu, xác định các tính chất của gỗ ép từ mùn cưa và nhựa polyethylen terephthalate (PET) 7. o “Modelling and Production of Injection Moulded PolyvinylchlorideSawdust Composite” nhóm tác giả Đại học Benin, Nigeria. Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite từ PVC mùn cưa bằng phương pháp đúc tiêm 8. 3. Tính cấp thiết của vấn đề Nhu cầu về vật liệu mới với những tính chất cơ lý vượt trội hơn đã dẫn đến việc tạo nên một loại vật liệu mới là sự kết hợp giữa các vật liệu thành phần. Điều đó đã được chứng minh qua sự phát triển công nghệ phụ thuộc vào sự tiến bộ trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Đặc biệt, việc tận dụng được những loại phế phẩm để chế tạo vật liệu mang ý nghĩa rất lớn trong việc bảo vệ môi trường. Việt Nam là một nước có nguồn nhiên liệu năng lượng tương đối phong phú, nhưng việc sử dụng tài nguyên đó chưa hợp lý và triệt để. Nước ta là một nước nông nghiệp, hàng năm thải ra một lượng lớn đến hàng chục triệu tấn các chất thải (sinh khối). Trong quá trình khai thác, chế biến gỗ rừng trồng, luôn luôn để lại một lượng phế liệu đáng kể là gỗ cành ngọn trong khai thác và lõi gỗ sau khi bóc ván mỏng, mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn. Là một loại vật liệu hữu cơ có nguồn gỗ từ các loại gỗ, tre, nứa… được bào mỏng, nghiền vụn thành những hạt có kích thước nhỏ 9. Đặc điểm chung của những dạng phế liệu này là khối lượng thể tích thấp, tiết diện hình tròn, đường kính nhỏ và độ cong ít. Nếu tiếp tục gia công thành nguyên liệu hình hộp, bằng phương pháp xẻ, thì hiệu suất sử dụng gỗ thấp, chí phí lớn, hiệu quả kinh tế không cao, chất thải rắn nhiều, bất lợi cho môi trường. Đồng thời, những phần gỗ tốt nhất bị loại bỏ thành phế liệu. Tất cả nhược điểm của những phế liệu này có thể được khắc phục bằng cách chế biến chúng thành gỗ vụn, dăm nhỏ kết hợp với chất kết dính thích hợp để sản xuất một dạng vật liệu mới sử dụng trong trang trí nội thất. Là một trong những vật liệu được sử dung phổ biến nhất hiện nay, PVC luôn là một trong những vật liệu không thể thiếu trong các nghành công nghiệp. Thị trường nhựa PVC toàn cầu đã tăng trưởng với tốc độ đáng kể trong vài năm qua nhờ nhu cầu ngày càng tăng đối với các ứng dụng vật liệu cứng như ống,… Hoạt động xây dựng đang gia tăng tại các thị trường mới nổi như Brazil, Trung Quốc Ấn Độ dự kiến sẽ là động lực quan trọng cho nhu cầu PVC toàn cầu trong một số năm tới 10. Tình hình trong nước, ngành nhựa Việt Nam cũng như một số ngành công nghiệp khác hiện tại vẫn phụ thuộc chủ yếu vào nguyên liệu nhập khẩu. Trong số các loại nguyên liệu nhựa nguyên sinh nhập khẩu PE vẫn là loại nguyên liệu chiếm tỷ trọng lớn nhất với 34%, PP và PVC là 2 loại nguyên liệu được nhập khẩu nhiều thứ hai với lần lượt là 22,8% và 8,8% trong năm 2020 11.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HĨA  ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ NHỰA POLY(VINYL CHLORIDE) VÀ MÙN CƯA ĐỊNH HƯỚNG CHẾ TẠO SẢN PHẨM BÀN Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan Đà Nẵng, 4-2021 Đồ án cơng nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .6 Đặt vấn đề .6 Các nghiên cứu nước Tính cấp thiết vấn đề Mục tiêu đề tài Nội dung thực nghiệm .9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 11 1.1 Tổng quan composite 11 1.1.1 Khái niệm vật liệu composite 11 1.1.2 Đặc điểm, tính chất vật liệu composite 11 1.1.3 Thành phần vật liệu composite 11 1.1.4 Ưu nhược điểm vật liệu composite .11 1.1.5 Ứng dụng vật liệu Composite 12 1.2 Vật liệu composite từ độn mùn cưa nhựa poly(vinylcloride) 13 1.2.1 Nhựa poly(vinyl cloride) .13 1.2.2 Mùn cưa 14 1.2.3 Phụ gia ổn định nhiệt 16 1.2.4 Phụ gia hỗ trợ gia công 17 1.3 Phương pháp gia công 17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .22 Page Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan 2.1 Đối tượng nghiên cứu .22 2.1.1 Nguyên liệu 22 2.1.2 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 22 2.2 Nghiên cứu gia công tạo mẫu 22 2.2.1 Quy trình nghiên cứu .22 2.2.2 Chuẩn bị nguyên liệu 23 2.3 Nội dung nghiên cứu 24 2.3.1 Điều kiện gia công 24 2.3.2 Khảo sát tính chất composite 24 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Mẫu nghiên cứu nhóm 25 3.2 Các nghiên cứu tham khảo 26 3.2.1 Nghiên cứu 26 3.2.2 Nghiên cứu 29 3.2.3 Nghiên cứu 31 3.2.4 Nghiên cứu 34 3.3 Kết luận: 37 3.4 Kiến nghị .38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .39 Page Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan DANH MỤC HÌNH ẢN Hình : Cơ cấu nguyên liệu nhựa nhập 2020 Y Hình 1.1 : Cấu trúc vĩ mô gỗ 15 Hình 1.2: Phương pháp lăn tay .17 Hình 1.3: Phương pháp phun bắn 18 Hình 1.4: Phương pháp RTM 19 Hình 1.5: Cấu tạo máy đúc tiêm .19 Hình 1.6: Quy trình phương pháp đúc ép .21 Hình 2.1: Quá trình thực 23 Hình 3.1: Hình ảnh sản phẩm thu 26 Hình 3.2: Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ bền vật liệu 28 Hình 3.3: Ảnh hưởng thời gian gia cơng đến độ bền vật liệu [19] .29 Hình 3.4: Độ bền uốn mẫu composite PVC/nùn cưa với hàm lượng mùn cưa 20 phr mẫu PVC nguyên (khơng có mùn cưa) theo tiêu chuẩn ISO 178.[14] 31 Hình 3.5: Độ bền kéo mẫu composite PVC/nùn cưa với hàm lượng mùn cưa 20 phr mẫu PVC ngun (khơng có mùn cưa) theo tiêu chuẩn ASTM D389.[14] 32 Hình 3.6: Modun đàn hồi vật liệu composite PVC/mùn cưa với hàm lượng PVC tương ứng 40, 50, 60, 80 phr theo tiêu chuẩn ISO 527 [13] 34 Hình 3.7: Độ bền kéo mẫu composite PVC/mùn cưa với thành phần mùn cưa khác 40, 50, 60, 80 phr .35 Hình 3.8: Bề mặt mẫu composite PVC/mùn cưa tạo thành với hàm lượng mùn cưa khác 36 Hình 3.9: Độ bền kéo độ bền va đập với hàm lượng mùn cưa khác 37 Hình 3.10: Độ bền uốn độ modun uốn với hàm lượng mùn cưa khác .38 Page Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Đơn phối liệu hỗn hợp nguyên liệu 24 Bảng 2: Thành phần nguyên liệu 32 Bảng 3: Thành phần nguyên liệu nghiên cứu .36 Page Đồ án cơng nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan PHẦN MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày nay, với phát triển đất nước, ngành gỗ Việt Nam năm qua có tốc độ phát triển cao 10 ngành xuất chủ lực nước Chỉ 13 năm trở lại đây, kim ngạch xuất ngành gỗ tăng nhanh, từ 219 triệu USD năm 2000, tăng lên khoảng tỷ USD năm 2013 Hằng năm ngành công nghiệp chế biến gỗ nước ta phải nhập từ 3.5-4 triệu m gỗ tự nhiên lượng phế liệu sản xuất chế biến gỗ phụ thuộc vào nguyên liệu [1] Có thể thấy lượng phế liệu lớn chủ yếu sử dụng để làm nguyên liệu Vấn đề đặt làm để sử dụng hiệu lượng phế liệu đồng thời bảo vệ môi trường Trong nghiên cứu mùn cưa sử dụng kết hợp với Poly(vinyl cloride) (PVC) Là loại chất dẻo phổ biến dồ dùng sinh hoạt ngày, phổ biến khắp giới Có nhiều ưu điểm so với loại nhựa nhiệt dẻo khác polypropylen (PP), polyethylen (PE)… giá thành rẻ, tính chất lý tốt, bền hóa chất, có tính chống cháy, đặc biệt có độ phân cực cao nên có độ tương hợp tốt với mùn cưa Composite nhựa nhiệt dẻo có độ độc hại thấp So với sản phẩm bàn ghế nội thất truyền thống sản xuất từ gỗ nguyên khối, sản phẩm sản xuất dựa sở composite từ gỗ-nhựa có tính chất ưu việt như: Tính hút nước, khả trương nở thấp, không bị vi sinh vật, mối mọt phá hủy, bề mặt có chất lượng cao gỗ, gia cơng máy chế biến gỗ thông thường Việc kết hợp mùn cưa nhựa poly(vinyl cloride) để tạo sản phẩm vừa hạn chế lượng chất thải rắn vào môi trường, vừa tạo sản phẩm có giá trị giá trị sử dụng cao chất tham gia vào kết cấu sản phẩm [2] Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng mùn cưa nhựa PVC để sản xuất vật liệu gỗ nhựa xu hướng quan tâm nghiên cứu, vừa để nâng cao giá trị sử dụng gỗ, tiết kiệm nguyên liệu, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường Page Đồ án cơng nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan Các nghiên cứu nước  Trong nước: Composite sợi tự nhiên phát triển nước ta, đề tài nhiều nghiên cứu khoa học khơng phạm vi trường học mà cịn ứng dụng nhiều sống o “Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước bột gỗ đến tính chất composite gỗnhựa” Ngô Thùy Dương, Đại học lâm nghiệp Hà Nội xác định ảnh hưởng kích thước bột gỗ nhựa PP, PE đến số tính chất chủ yếu composite gỗ-nhựa [3] o “Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite nhựa polyethylene mùn cưa” Trần Thị Thu Hằng, Đại học Đà Nẵng nghiên cứu chế tạo vật liệu từ mùn cưa nhựa PE tỷ trọng cao [4] o “Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite nhựa poly(vinyl cloride) với độn mùn cưa, trấu” Phạm Thị Vân, Nguyễn Thu Phương, báo cáo hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học, đại học Đà Nẵng 2010 [5]  Ngoài nước: Trong năm gần vật liệu gỗ nhựa (WPC) nghiên cứu thành công áp dụng Mỹ phát triển mạnh mẽ nhiều nước giới Nhật, Ấn Độ, Trung Quốc, Nga o “Evaluation of mechanical properties of teak sawdust and PVC wood plastic composite” nhóm tác giả Latha Shankar, Ấn Độ Đánh giá tính chất học composite mùn cưa teak nhựa PVC [6] o “Flat-pressed wood plastic composite from sawdust and recycled polyethylene terephthalate (PET): physical and mechanical properties” nhóm tác giả Khandkar- Siddikur Rahman Tổng hợp vật liệu, xác định tính chất gỗ ép từ mùn cưa nhựa polyethylen terephthalate (PET) [7] o “Modelling and Production of Injection Moulded Polyvinylchloride-Sawdust Composite” nhóm tác giả Đại học Benin, Nigeria Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite từ PVC- mùn cưa phương pháp đúc tiêm [8] Tính cấp thiết vấn đề Nhu cầu vật liệu với tính chất lý vượt trội dẫn đến việc tạo nên loại vật liệu kết hợp vật liệu thành phần Điều chứng minh qua phát triển công nghệ phụ thuộc vào tiến lĩnh vực khoa học vật liệu Đặc biệt, việc tận dụng loại phế phẩm để chế tạo vật liệu mang ý nghĩa lớn việc bảo vệ môi trường Page Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan Việt Nam nước có nguồn nhiên liệu lượng tương đối phong phú, việc sử dụng tài nguyên chưa hợp lý triệt để Nước ta nước nông nghiệp, hàng năm thải lượng lớn đến hàng chục triệu chất thải (sinh khối) Trong trình khai thác, chế biến gỗ rừng trồng, luôn để lại lượng phế liệu đáng kể gỗ cành khai thác lõi gỗ sau bóc ván mỏng, mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn Là loại vật liệu hữu có nguồn gỗ từ loại gỗ, tre, nứa… bào mỏng, nghiền vụn thành hạt có kích thước nhỏ [9] Đặc điểm chung dạng phế liệu khối lượng thể tích thấp, tiết diện hình trịn, đường kính nhỏ độ cong Nếu tiếp tục gia cơng thành ngun liệu hình hộp, phương pháp xẻ, hiệu suất sử dụng gỗ thấp, chí phí lớn, hiệu kinh tế không cao, chất thải rắn nhiều, bất lợi cho môi trường Đồng thời, phần gỗ tốt bị loại bỏ thành phế liệu Tất nhược điểm phế liệu khắc phục cách chế biến chúng thành gỗ vụn, dăm nhỏ kết hợp với chất kết dính thích hợp để sản xuất dạng vật liệu sử dụng trang trí nội thất Là vật liệu sử dung phổ biến nay, PVC vật liệu thiếu nghành cơng nghiệp Thị trường nhựa PVC tồn cầu tăng trưởng với tốc độ đáng kể vài năm qua nhờ nhu cầu ngày tăng ứng dụng vật liệu cứng ống,… Hoạt động xây dựng gia tăng thị trường Brazil, Trung Quốc Ấn Độ dự kiến động lực quan trọng cho nhu cầu PVC toàn cầu số năm tới [10] Tình hình nước, ngành nhựa Việt Nam số ngành công nghiệp khác phụ thuộc chủ yếu vào nguyên liệu nhập Trong số loại nguyên liệu nhựa nguyên sinh nhập PE loại nguyên liệu chiếm tỷ trọng lớn với 34%, PP PVC loại nguyên liệu nhập nhiều thứ hai với 22,8% 8,8% năm 2020 [11] Page Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan Hình : Cơ cấu nguyên liệu nhựa nhập 2020 Với tính chất trội loại nhựa khác ứng dụng nhiều lĩnh vực Kèm theo lượng phế thải nhựa khổng lồ, lượng phế thải không làm ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới đời sống người mà cịn góp phần làm cho hệ sinh thái bị thay đổi kéo theo nhiều hệ lụy xảy Việc để xử lý lượng phế thải đặt thách thức người Vì việc sử dụng PVC cho việc chế tạo sản phẩm bàn vừa giúp giảm thiểu phần vấn đề môi trường vừa tạo sản phẩm có ích cho người Vật liệu composite mùn cưa-nhựa PVC kết hợp mùn cưa nhựa nhiệt dẻo, kết hợp mang lại nhiều tính ưu việt cho sản phẩm composite như: Khối lượng riêng nhẹ, tính lý cao, khả chịu môi trường tương đối tốt, cách nhiệt, … Từ lý chúng em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu composite từ nhựa poly(vinyl chloride) mùn cưa định hướng chế tạo sản phẩm bàn” Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo vật liệu composite từ nhựa PVC mùn cưa định hướng chế tạo sản phẩm bàn Nội dung thực nghiệm - Tìm hiểu lựa chọn nguyên liệu phụ gia phù hợp - Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần phụ gia để thiết lập đơn phối liệu tối ưu Page Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan - Nghiên cứu đưa điều kiện gia công chế tạo mẫu tối ưu (khảo sát nhiệt độ gia công, thời gian gia công…) - Khảo sát tính sản phẩm (các tính chất lý, thực phép đo độ bền kéo, độ bền uốn…) - Đánh giá khả sử dụng sản phẩm Page 10 Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan 3.2 Các nghiên cứu tham khảo 3.2.1 Nghiên cứu [5] “ Nghiên cứu vật liệu composite nhựa poly(vinyl clorua) trộn với mùn cưa trấu” nhóm Phạm Thị Vân, Nguyễn Thu Phương, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Tận dụng phế phẩm nông nghiệp lâm nghiệp để tạo sản phẩm composite có giá trị, giải vấn đề môi trường, thu hút quan tâm nhiều nhà nghiên cứu Mẫu composite PVC với độn mùn cưa từ loại gỗ (xoan, keo, hương ) trấu xay nhỏ, trộn với chất hóa dẻo Hàm lượng độn 40%, PVC 40%, chất hóa dẻo DOP 20% Mẫu tạo phương pháp ép đúc Sau xử lý sơ thành phần như: Loại bỏ tạp chất, sàn, sấy khô Các thành phần trộn đều, cho vào khuôn, ép điều kiện nhiệt độ áp lực Tạo mẫu điều kiện nhiệt độ, thời gian, kích thước hạt trung bình hàm lượng thành phần khác để khảo sát Ngồi cịn khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt trung bình, ảnh hưởng hàm lượng thành phần(mùn cưa, chất hóa dẻo), độ bền mơi trường sau tạo mẫu Kết thu được: a) Khảo sát nhiệt độ gia công Page 26 Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan Hình 3.2: Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ bền vật liệu Từ hình 3.2 cho thấy, tăng nhiệt độ gia cơng độ bền lý vật lệu comnposite tăng đến khoảng nhiệt độ 160oC bắt đầu giảm xuống Điều nhiệt độ thấp hạt nhựa PVC khơng nóng chảy hồn tồn nên sản phẩm ta thấy nhựa khơng đều, có nhiều vị trí hạt nhựa chưa chảy làm giảm khả thấm ướt mùn cưa nhựa Tuy nhiên tăng nhiệt độ cao 160 oC nhựa chảy đồng thời xảy tượng phân hủy mùn cưa PVC Hiện tượng dễ dàng nhận thấy sản phẩm có màu nâu tối điều làm giảm đáng kể độ bền vật liệu composite Từ đồ thị ta thấy độ bền vật liệu composite cao gia công nhiệt độ 160oC b) Khảo sát thời gian gia công Page 27 Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan Hình 3.3: Ảnh hưởng thời gian gia công đến độ bền vật liệu [19] Từ hình 3.3 ta thấy, tăng thời gian gia cơng độ bền lý vật liệu comnposite tăng thời gian vượt 20 phút độ bền bắt đầu giảm xuống Điều giải thích gia nhiệt hỗn hợp ép đến nhiệt độ chảy nhựa PVC ln cần khoảng thời gian đủ để tất hạt nhựa chảy hết thấm ướt bề mặt mùn cưa Khi thời gian không đủ để hạt nhựa chảy hồn tồn sản phẩm khơng có nhiều vị trí hạt nhựa chưa chảy tạo thành pha riêng biệt Tại vị trí kết dính nhựa mùn cưa mẫu bị phá hủy điểm độ bền lý giảm Nhưng ép với thời gian lâu 20 phút mùn cưa bị phân hủy nhiệt nhựa bị phân hủy phần điều làm giảm khả chịu lực vật liệu Từ đồ thị ta thấy độ bền vật liệu composite cao gia cơng vịng 20 phút Nghiên cứu cho thấy gia cơng mẫu composite tối ưu điều kiện: Nhiệt độ gia công 160 oC, thời gian gia công 20 phút, hàm lượng DOP 10%, kích thước hạt tủng bình 0.5 mm, hàm lượng mùn cưa 50%(đối với composite mùn cưa), hàm lượng trấu 40% (đối với composite trấu) Page 28 Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan Độ bền lý composite mùn cưa tốt composite trấu khả chịu môi trường Trấu giá thành thấp nguồn cung cấp dồi hơn, sử dụng composite trấu ưu tiên So với sản phẩm composite truyền thống sản phẩm composite PVC với độn mùn cưa trấu tốt nhiều, tuổi thọ cao thân thiện với môi trường nên tương lai có khả sử dụng nhiều 3.2.2 Nghiên cứu [14] “Mechannical properties and structure changes of PVC-Wood composite” nhóm nghiên cứu Krisztina Roman, Đại học Miskolc, Hungary Khảo sát, so sánh mối quan hệ cấu trúc tính chất học PVC nguyên chất composite PVC- mùn cưa Đánh giá khả sử dụng khả ứng dụng vật liệu composite vật liệu xây dựng Mẫu composite PVC/mùn cưa với hàm lượng mùn cưa 20% đùn máy máy đùn với nhiệt độ 165-180⁰C mẫu tạo thành có dạng dày 4mm Mẫu composite so sánh với mẫu PVC nguyên chất Các phụ gia sử dụng chất ổn định CaZn, độn CaCO3, chất trợ gia công acrylic, chất tạo bọt azodicarbonamide Các tính chất học, ngoại quang kiểm tra thay đổi hàm lượng độn vật liệu Các kết cung cấp thông tin giá trị độ nhớt, tính chất học độ bền kéo, độ bền uốn, độ cứng vật liệu PVC nguyên chất có độ nhớt cao so với composite PVC – mùn cưa Mùn cưa có tác dụng việc gia cường đáng kể qua thí nghiệm kiểm tra độ bền lý Composite tạo thành có tính ứng dụng cao Kết thu được: a) Độ bền uốn Page 29 Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan Hình 3.4: Độ bền uốn mẫu composite PVC/nùn cưa với hàm lượng mùn cưa 20 phr mẫu PVC ngun (khơng có mùn cưa) theo tiêu chuẩn ISO 178.[14] Dựa vào đồ thị hình 3.4 đường cong ứng suất uốn – độ bền uốn ta thấy mẫu composite PVC/mùn cưa biến dạng điểm đứt thấp đáng kể so với PVC ngun chất (khơng có mùn cưa) Các giá trị độ biến dạng uốn mẫu PVC nguyên chất tăng lên mạnh, độ bền uốn modul đàn hồi giảm Còn mẫu PVC/mùn cưa độ biến dạng uốn giảm nhanh độ bền uốn modul uốn lại cao Page 30 Đồ án cơng nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan b) Độ bền kéo Hình 3.5: Độ bền kéo mẫu composite PVC/nùn cưa với hàm lượng mùn cưa 20 phr mẫu PVC ngun (khơng có mùn cưa) theo tiêu chuẩn ASTM D389.[14] Dựa vào đường cong ứng suất kéo – độ bền kéo hình 3.5 ta thấy độ giãn dài đứt giảm mạnh có thêm mùn cưa Tuy nhiên độ bền kéo mẫu PVC/mùn cưa tăng lên cao so với mẫu PVC ngun chất (khơng có mùn cưa) 3.2.3 Nghiên cứu 3[13] “Influence of sawdust on the mechanical properties of vinyl plasticized composite” nhóm nghiên cứu J.E.Crespo, Đại học Valencia, Tây Ban Nha Nghiên cứu phát triển vật liệu composite thân thiện với môi trường Sử dụng cellulose làm vật liệu gia cường thay sử dụng chất gia cường vô như: Sợi thủy tinh, CaCO3, mica, tính chất ưu việt độ cứng cao, độ dẻo dai, trọng lượng riêng thấp Thực phương pháp đo độ bền học: độ bền kéo, mô đun đàn hồi, độ cứng để kiểm tra ảnh hưởng, tương tác nhựa mùn cưa Page 31 Đồ án cơng nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan Trộn thành phần với với hàm lượng chất hóa dẻo 40-80 phr, nhựa PVC 20-60% trọng lượng, hàm lượng mùn cưa 20-60% trọng lượng Bảng thể thành phần nghiên cứu dùng Bảng 2: Thành phần nguyên liệu Qua phép đo để kiểm tra tính chất lý cho thấy mô đun đàn hồi độ bền kéo liên quan đến tỷ lệ độn mùn cưa thêm vào Hàm lượng mùn cưa tăng lên, mô đun đàn hồi tăng độ bền kéo giảm Kích thước hạt mùn cưa phần ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi vật liệu Điều này biểu thông qua độ cứng vật liệu tăng lên tăng hàm lượng mùn cưa Độ bền kéo composite giảm tăng hàm lượng mùn cưa Nghiên cứu tính chất vật liệu composite thu chịu ảnh hưởng hàm lượng chất độn mùn cưa chất hóa dẻo Với hàm lượng chất hóa dẻo 40 50 phr cho kết độ bền kéo tốt Page 32 Đồ án cơng nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan Kết thu được: a) Độ bền uốn Hình 3.6: Modun đàn hồi vật liệu composite PVC/mùn cưa với hàm lượng Các giá trị modul đàn hồi hình cho thấy răngISO modul PVC tương ứngthu 40, 50, 60,ở 80 phr3.6 theo tiêu chuẩn 527 đàn [13]hổi tăng lên hàm lượng mùn cưa thêm vào, độ cứng tăng lên đáng kể thêm mùn cưa vào Modul đàn hồi độ cứng cao hàm lượng mùn cưa 40 phr giảm dần xuống hàm lượng mùn cưa 50 60, 80 phr Điều giải thích, ta độn nhiều mùn cưa vào hàm lượng nhựa khơng đủ để gắn kết mùn cưa nhựa lại với làm giảm tính mẫu b) Độ bền kéo Page 33 Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan Hình 3.7: Độ bền kéo mẫu composite PVC/mùn cưa với thành phần mùn cưa khác 40, 50, 60, 80 phr Hình 3.7 cho thấy ảnh hưởng hàm lượng mùn cưa đến độ bền kéo mẫu composite Khi hàm lượng mùn cưa tăng lên (từ 40 đến 80 phr) độ bền kéo mẫu composite giảm Sự giảm hiệu ứng tập trung ứng suất xung quanh mùn cưa, tạo tương tác yếu với PVC, gây kết dính yếu PVC mùn cưa 3.2.4 Nghiên cứu [15] “Effect of wood sawdust content on rheological and structure changes, and thermomechanical properties of PVC/sawdust composites” nhóm nghiên cứu Narongrit Sombatsompop, Đại học Thonburi, Thái Lan Nghiên cứu tính chất học vật liệu composite mùn PVC/mùn cưa với hàm lượng mùn cưa khác Do PVC không ổn định nhiệt nên vật liệu composite PVC/ gỗ ý Đánh giá kết đo được, tác động việc thay đổi hàm lượng mùn cưa đến thay đổi cấu trúc nhiệt qua trình gia cơng, tính chất học vật liệu, độ bền kéo, uốn, va đập, độ cứng vật liệu Page 34 Đồ án cơng nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan PVC trộn với phụ gia liệt kê bảng, mùn cưa thu từ xưởng đồ gỗ sau sấy khô để loại bỏ ẩm cho vào với hàm lượng 0-41,2% trọng lượng mùn cưa PVC Nghiên cứu sử dụng phương pháp ép đùn để gia cơng mẫu composite PVC/ mùn cưa Hình 3.8: Bề mặt mẫu composite PVC/mùn cưa tạo thành với hàm lượng mùn cưa khác Page 35 Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan Bảng 3: Thành phần nguyên liệu nghiên cứu Kết thu được: Hình 3.9: Độ bền kéo độ bền va đập với hàm lượng mùn cưa khác Page 36 Đồ án cơng nghệ GVHD: PGS.TS Đồn Thị Thu Loan Hình 3.9 cho thấy ta tăng hàm lượng mùn cưa dẫn đến xu hướng giảm đặc tính học độ bền kéo độ bền va đập mẫu composite Sự giảm đặc tính học tăng hàm lượng mùn cưa xét vùng, vùng khoảng từ 0-16,7 wt% vùng lại 16,7-41,2 wt% Việc bổ sung mùn cưa ảnh hưởng rõ rệt đến đặc tính kéo hàm lượng 16,7%, ngồi hàm lượng độ bền kéo ảnh hưởng mức độ thấp Hình 3.10: Độ bền uốn độ modun uốn với hàm lượng mùn cưa khác Hình 3.10 cho thấy kết modul uốn độ bền uốn mẫu composite tăng hàm lượng mùn cưa Có thể thấy rằng, modul uốn giảm tăng hàm lượng mùn cưa, sau tăng lên hàm lượng mùn cưa 28,6 wt% trước giảm lại mức cao hàm lượng mùn cưa đạt 37,5 41,2 wt% Độ bền uốn mẫu composite giảm dần tăng hàm lượng mùn cưa lên 3.3 Kết luận: - Đã chế tạo thành công mẫu composite dựa sở nhựa Poly(vinyl clorua) mùn cưa phương pháp ép đúc - Qua nghiên cứu tham khảo ta thấy tùy thành phần mùn cưa, hàm lượng nhựa phụ gia khác cho mẫu composite có tính chất khác Page 37 Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan - Bằng việc thực tham khảo kết nghiên cứu lựa chọn hàm lượng thành phần để tạo mẫu composite có tính chất tốt cụ thể: Mùn cưa 40 phr, nhựa 55 phr, phụ gia phr, thời gian gia công 20 phút, nhiệt độ gia công 160 oC - Qua việc tạo mẫu composite từ mùn cưa nhựa PVC, từ định hướng sản xuất sản phẩm nội thất bàn, ghế… từ mẫu conposite đạt độ bền tính ứng dụng cao tương tự sản phẩm nội thất thị trường - Ứng dụng composite đời sống, tương lai thay vật liệu gỗ hay nhựa truyền thống Việc phát triển loại vật liệu mới, thân thiện với môi trường nghiên cứu mới, có tiềm lĩnh vực xây dựng, nội thất nhằm phục vụ cho sống phát triển người 3.4 Kiến nghị Do điều kiện trang thiết bị không tốt, máy đúc ép làm việc khơng liên tục, thiếu khn q trình thực nên thời gian thực bị kéo dài Cùng với tình dịch dịch bệnh phức tạp nên khơng thể hồn thành nghiên cứu theo dự tính ban đầu Chính việc đầu tư trang thiết bị để nghiên cứu hồn thành giải pháp tối ưu Page 38 Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cấn Duy Huấn, Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa HDPE tái chế với nhựa mùn cưa, Đề cương Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Tài nguyên môi trường Hà Nội, 2017 [2] Quách Văn Thiêm & Nguyễn Văn Tú, Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ vụn hạt nhựa phế liệu làm nguyên liệu sản xuất đồ gỗ, Đề tài nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, 2011 [3] Ngơ Thùy Dương, Nghiên cứu ảnh hường kích thước bột gỗ đến tính chất composite gỗ-nhựa, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Lâm nghiệp Hà Nội, 2010 [4] Trần Thị Thu Hằng, Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite nhựa Polyethylene mùn cưa, Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng, 2013 [5] Phạm Thị Vân & Nguyễn Thu Phương, Nghiên cứu vật liệu composite nhựa Polyvinyl clorua với độn mùn cưa, trấu, Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Đại học Đà Nẵng, 2010 [6] T N Valarmathi, M Ganesan, and S Sekar, “Evaluation of Mechanical Properties of Teak Wood Saw Dust – Cashew Nut Shell Liquid Resin Composites,” AMM, vol 766–767, pp 79–84, Jun 2015, doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.766-767.79 [7] K.-S Rahman, M Islam, M Rahman, M Hannan, R Dungani, and H Khalil, “Flatpressed wood plastic composites from sawdust and recycled polyethylene terephthalate (PET): physical and mechanical properties,” SpringerPlus, vol 2, no 1, p 629, 2013, doi: 10.1186/2193-1801-2-629 [8] C O Aliyegbenoma, J A Apkobi, and D D Olodu, “Modelling and Production of Injection Moulded Polyvinylchloride Sawdust Composite,” Journal of Applied Sciences and Environmental Management, vol 23, no 12, p 2159, Jan 2020, doi: 10.4314/jasem.v23i12.12 [9] “Mùn cưa gì? Cơng dụng phương pháp vận chuyển mùn cưa.” http://www.mayhutthoishb.vn/mun-cua-la-gi-cong-dung-va-phuong-phap-vanchuyen-mun-cua.html (accessed Apr 05, 2021) [10] vatlieunhuaphatloc, “Thiết kế web chuẩn Seo tích hợp phiên Mobile,” Sản xuất - Cung cấp nhựa kỹ thuật PVC,PP,PE, May 26, 2016 https://nhuakythuat.net.vn/thi-truong-nhua-pvc-toan-cau.html (accessed Apr 04, 2021) [11] “Bảng giá gỗ Tràm Bông Vàng năm 2021 | Gỗ Phương Đông,” Jan 22, 2021 https://gophuongdong.com/bang-gia-go-tram-bong-vang/ (accessed Apr 05, 2021) [12] A Khonsari, H R Taghiyari, A Karimi, and M Tajvidi, “Study on the effects of wood flour geometry on physical and mechanical properties of wood-plastic composites,” Maderas, Cienc tecnol., no ahead, pp 0–0, 2015, doi: 10.4067/S0718221X2015005000049 [13] J E Crespo, F Parres, and J López, Influence of Sawdust on the Mechanical Properties of Vinyl Plasticized Composites Page 39 Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan [14] K Roman, B Szemán, Z Szabó, and K Marossy, Mechanical properties and structural changes of PVC-wood composites 2018 doi: 10.26649/musci.2018.015 [15] N Sombatsompop, K Chaochanchaikul, C Phromchirasuk, and S Thongsang, “Effect of wood sawdust content on rheological and structural changes, and thermomechanical properties of PVC/sawdust composites,” Polym Int., vol 52, no 12, pp 1847–1855, Dec 2003, doi: 10.1002/pi.1386 [16] “Tomtat.pdf.” Accessed: Mar 13, 2021 [Online] Available: http://tailieuso.udn.vn/bitstream/TTHL_125/4793/3/Tomtat.pdf [17] “Nganh_300121_FPTS.pdf.” Accessed: Apr 05, 2021 [Online] Available: http://images1.cafef.vn/Images/Uploaded/DuLieuDownload/PhanTichBaoCao/Nganh _300121_FPTS.pdf [18] Giáo trình “ Gia cơng composite”, tác giả PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan Nhà xuất Bách Khoa - Hà Nội Mã số: 1129 – 2013/CXB/ 23 – 50/BKHN [19] “Nghiên cứu vật liệu composite nhựa polyvinyl clorua với độn mùn cưa, trấu” Phạm Thị Vân Nguyễn Thu Phương đăng ‘Hội nghị sinh viên nghiên cứu Khoa Học lần thứ – Đại học Đà Nẵng năm 2010 [20] “ Processing of PVC” page 54 Tiilin Bilgi Petkim Petrochemicals Research Center; Turkey [21]https://drive.google.com/file/d/14qJpXgx3pRJnS9OWA6bC93CNaC7vXGBt/view ?usp=sharing Page 40 ... poly(vinyl chloride) mùn cưa định hướng chế tạo sản phẩm bàn? ?? Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo vật liệu composite từ nhựa PVC mùn cưa định hướng chế tạo sản phẩm bàn Nội dung thực... gỗ -nhựa [3] o ? ?Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite nhựa polyethylene mùn cưa? ?? Trần Thị Thu Hằng, Đại học Đà Nẵng nghiên cứu chế tạo vật liệu từ mùn cưa nhựa PE tỷ trọng cao [4] o ? ?Nghiên cứu chế. .. sử dụng PVC cho việc chế tạo sản phẩm bàn vừa giúp giảm thiểu phần vấn đề môi trường vừa tạo sản phẩm có ích cho người Vật liệu composite mùn cưa -nhựa PVC kết hợp mùn cưa nhựa nhiệt dẻo, kết hợp