Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia chống lão hóa tới tính chất của vật liệu composite gỗ nhựa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA CHỐNG LÃO HÓA TỚI TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE GỖ NHỰA Mã số: T2013 – 31TÐ Chủ nhiệm đề tài: ThS Quách Văn Thiêm S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 02/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ******************* BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA CHỐNG LÃO HĨA TỚI TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE GỖ NHỰA Mã số: T2013 – 31TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS Quách Văn Thiêm TP HỒ CHÍ MINH, 02/ 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ******************* BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA CHỐNG LÃO HĨA TỚI TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE GỖ NHỰA Mã số: T2013 – 31TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS Quách Văn Thiêm Thành viên tham gia: ThS Nguyễn Hà TP HỒ CHÍ MINH, 02/2014 i TÓM TẮT Vật liệu phức hợp gỗ nhựa loại vật liệu mới, kết hợp sợi gỗ nhựa nhiệt dẻo, kết hợp mang lại tính ƣu việt cho sản phẩm Việc tận dụng phế liệu gỗ nhựa để sản xuất vật liệu xu hƣớng đƣợc nhiều nƣớc quan tâm nghiên cứu Cùng với xu nghiên cứu sử dụng phụ gia chống lão hóa cho loại vật liệu thu đƣợc kết nhƣ sau: Khả liên kết nhựa bột gỗ Cao su/nhựa Polypropylene RP348/trợ tƣơng hợp Scona TPPP 8112 GA/phụ gia bôi trơn BKY – P 4101/chất chống oxi hóa IRGANOX B215/chất hấp thụ tia cực tím TINUVIN 1130 có độ bền đáp ứng đƣợc yêu cầu liệu composite gỗ nhựa dùng trang trí nội ngoại thất Các yếu tố công nghệ nhƣ nhiệt độ ép, áp suất phun, thời gian ép, lƣợng chất chống oxy hóa, lƣợng chất hấp thụ tia UV ảnh hƣởng lớn đến độ bền kéo, độ bền uốn vật liệu có mối quan hệ dạng parabol Nhƣng yếu tố n ày ảnh hƣởng tới độ hút nƣớc Qua thực nghiệm xây dựng đƣợc chế độ gia công hợp lý tạo vật liệu composite từ bột gỗ Cao su-nhựa PP máy ép phun W-120B ii MỤC LỤC TÓM TẮT i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE GỖ NHỰA 1.1.1 Khái niệm ứng dụng vật liệu composite gỗ-nhựa 1.1.2 Nghiên cứu nƣớc 1.1.3 Nghiên cứu nƣớc 1.1.4 Nhận xét chung 1.2 TÍNH CẤP THIẾT 1.3 MỤC TIÊU, NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.3.2 Nội dung nghiên cứu 10 1.4 CÁCH TIẾP CẬN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 10 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 1.5.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết 11 1.5.2 Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm 11 1.5.2.1 Nghiên cứu ảnh hƣởng chế độ gia tới tính chất WPC 11 1.5.2.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ chất chống lão hóa tới tính chất WPC 13 1.5.2.3 Phƣơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm 15 1.5.2.4 Thiết bị dùng nghiên cứu thực nghiệm 15 1.5.2.5 Phƣơng pháp xác định thông số nghiên cứu 17 1.6 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 19 1.6.1 Đối tƣợng nghiên cứu 19 1.6.1 Phạm vi nghiên cứu 19 1.7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 20 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21 iii 2.1 THÀNH PHẦN TRONG COMPOSITE GỖ NHỰA 21 2.1.1 Nhựa polypropylen 21 2.1.2 Cốt bột gỗ Cao su 22 2.1.3 Chất trợ tƣơng hợp MAPP 27 2.1.4 Chất bôi trơn 27 2.1.5 Chất chống oxy hóa 28 2.1.6 Chất hấp thụ tia UV 28 2.2 NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH VÀ CƠ CHẾ LIÊN KẾT 29 1.2.1 Nguyên lý hình thành của vật liệu Composite gỗ – nhƣ̣a 29 2.2.2 Cơ chế liên kết bột gỗ, nhựa PP MAPP 29 2.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU 31 2.3.1 Ảnh hƣởng nguyên vật liệu đến tính chất WPC 31 2.3.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ thành phần 32 2.3.3 Ảnh hƣởng thông số công nghệ đến chất vật liêu WPC 32 Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ ÉP 34 3.1.1 Thí nghiệm tạo vật liệu 34 3.1.2 Kết nghiên cứu 35 3.1.2.1 Ảnh hƣởng chế độ ép tới độ hút nƣớc 35 3.1.2.2 Ảnh hƣởng chế độ ép tới độ bền kéo 35 3.1.2.3 Ảnh hƣởng của chế độ ép tới độ bền uốn 37 3.2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA PHỤ GIA CHỐNG LÃO HĨA 38 3.1.1 Thí nghiệm tạo vật liệu 38 3.2.2 Ảnh hƣởng chất lão hóa tới tính chất vật liệu 39 3.2.2.1 Ảnh hƣởng chất chống lão hóa tới độ hút nƣớc 40 3.2.2.2 Ảnh hƣởng chất chống lão hóa tới độ bền kéo 40 3.2.2.2 Ảnh hƣởng chất chống lão hóa tới độ bền uốn 41 3.2.2 Ảnh hƣởng chất lão hóa tới tính chất vật liệu sau thời gian tháng 42 3.2.3.1 Ảnh hƣởng chất chống lão hóa tới độ hút nƣớc 42 3.2.3.2 Ảnh hƣởng chất chống lão hóa tới độ bền kéo 42 iv 3.2.3.2 Ảnh hƣởng chất chống lão hóa tới độ bền uốn 43 3.2.2 Ảnh hƣởng chất lão hóa tới tính chất vật liệu sau thời gian 12 tháng 44 3.2.4.1 Ảnh hƣởng chất chống lão hóa tới độ hút nƣớc 45 3.2.4.2 Ảnh hƣởng chất chống lão hóa tới độ bền kéo 45 3.2.4.3 Ảnh hƣởng chất chống lão hóa tới độ bền uốn 46 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 KẾT LUẬN 48 KIẾN NGHỊ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ BIỂU v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị WPC Composite gỗ - nhựa b Chiều rộng mẫu mm h Chiều dày mẫu mm Mesh Số dây kim loại đan lƣới 1inch inch  Khối lƣợng thể tích g/cm3 σu Độ bền uốn MPa σk Độ bền kéo vng góc MPa a Độ bền đập charpy KJ/m2 W Độ hấp thụ nƣớc % P max Lực phá hủy mẫu N A Năng lƣợng phá hủy mẫu mJ PC Polyme composite PP Polypropylene PE Polyetylen PVC Polyvinyclorua MAPP Maleic anhdride polypropylene T1 Nhiệt độ vùng C T2 Nhiệt độ vùng C T3 Nhiệt độ vùng C T4 Nhiệt độ vùng C Tg Thời gian s P1 Áp suất phun vùng MPa P2 Áp suất phun vùng MPa P3 Áp suất phun vùng MPa P4 Áp suất phun vùng MPa vi DANH MỤC CÁC B ẢNG Bảng 1.1 Miền thực nghiệm chế độ ép 12 Bảng 1.2 Ma trận thí nghiệm chế độ ép 13 Bảng 1.3 Miền thực nghiệm ảnh hưởng phụ gia chống lão hóa 14 Bảng 1.4 Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng phụ gia chống lão hóa 14 Bảng 2.1 Tính chất gỗ Cao su 24 Bảng 2.2 Tính chất chất chống oxi hóa IRGANOX B215 28 Bảng 3.1 Ảnh hưởng chế độ gia cơng tới tính chất WPC 35 Bảng 3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ chất chống lão hóa tới tính chất vật liệu 39 Bảng 3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ chất chống lão hóa tới tính chất vật liệu sau tháng 42 Bảng 3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ chất chống lão hóa tới tính chất vật liệu sau 12 tháng 44 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Vật liệu WPC sử dụng làm ván sàn trời Hình 1.2 Sử dụng vật liệu WPC xây dựng nhà dân dụng Hình 1.3 Sơ đồ bước tiến hành nghiên cứu 10 Hình 1.4 Máy ép phun W-120B 16 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý máy ép phun 16 Hình 1.6 Tủ sấy JeioTech 17 Hình 1.7 Máy INSTRON 3367 17 Hình 1.8 Máy gia tốc Q-sun Xenon test chamber 18 Hình 2.1 Cấu tạo hiển vi gỗ Cao su mặt cắt 23 Hình 2.2 Cơng thức cấu tạo cellulose 24 Hình 2.3 Liên kết hyro cellulose 25 Hình 2.4 Cấu trúc hóa học hemicelluloses 26 Hình 2.5 Công thức cấu tạo Lignin 26 Hình 2.6 Cơng thức hóa học IRGANOX B215 28 Hình 2.7 Cơng thức hóa học TINUVIN 1130 29 Hình 2.8 Sơ đờ tổ n g quát vùng phân chia pha 29 Hình 2.9 Sơ đồ phản ứng liên kết MAPP với bề mặt sợi gỗ [55] 30 Hình 2.10 Sơ đồ khuếch tán MAPP gắn bề mặt sợi vào nhựa PP[55] 31 Hình 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ ép, áp suất phun, thời gian ép tới độ bền kéo 36 Hình 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ ép, áp suất phun, thời gian ép tới độ bền uốn 37 Hình 3.3 Ảnh hưởng chất chống lão hóa tới độ bền kéo 40 Hình 3.4 Ảnh hưởng chất chống lão hóa tới độ bền uốn 41 Hình 3.5 Ảnh hưởng chất chống lão hóa tới độ bền kéo sau tháng 43 Hình 3.6 Ảnh hưởng chất chống lão hóa tới độ bền uốn sau tháng 44 Hình 3.7 Ảnh hưởng chất chống lão hóa tới độ bền kéo sau 12 tháng 45 Hình 3.8 Ảnh hưởng chất chống lão hóa tới độ bền uốn sau 12 tháng 46 ... 3.1 Ảnh hưởng chế độ gia cơng tới tính chất WPC 35 Bảng 3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ chất chống lão hóa tới tính chất vật liệu 39 Bảng 3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ chất chống lão hóa tới tính chất vật liệu. .. 3.2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA PHỤ GIA CHỐNG LÃO HÓA 38 3.1.1 Thí nghiệm tạo vật liệu 38 3.2.2 Ảnh hƣởng chất lão hóa tới tính chất vật liệu 39 3.2.2.1 Ảnh hƣởng chất chống lão. .. gian ép tới độ bền uốn 37 Hình 3.3 Ảnh hưởng chất chống lão hóa tới độ bền kéo 40 Hình 3.4 Ảnh hưởng chất chống lão hóa tới độ bền uốn 41 Hình 3.5 Ảnh hưởng chất chống lão hóa tới