C: conv-time Time (hour)
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN TRE LÀM VẬT LIỆU GIA CƢỜNG POLYURETHANE XỐP
ISBN: 978-604-82-1375-6 156Đồ thị hình 3 cho thấy quá trình hút ẩm và trả lại độ ẩm cho mơi trường khi composite được thay đổi mơ
Đồ thị hình 3 cho thấy quá trình hút ẩm và trả lại độ ẩm cho mơi trường khi composite được thay đổi mơi trường từ mơi trường cĩ độ ẩm cao (78%, ngày 1 đến 3) sang mơi trường cĩ độ ẩm thấp (50%, ngày 4-7). Kết quả cho thấy mẫu PU4%C cĩ khả năng điều hịa độ ẩm tốt hơn so với các mẫu khác PU2%C, PU6%C, PU8%C và PU10%C. Kết quả chơ thấy khả năng điều hịa độ ẩm của composite PU4%C tốt hơn so với các composite cịn lạị
Hình 4. Đồ thị biểu diễn độ nén của composite với các hàm lượng gia cường khác nhau của than trẹ Dựa vào các số liệu ở hình 4 cho thấy PU cĩ độ nén lớn nhất, sau khi thêm than tre vào PU thì composite cĩ độ nén thấp hơn, nguyên nhân cĩ thể do khả năng hút ẩm của hỗn hợp composite PU xốp/than tre lớn hơn nên làm tính chất của vật liệu thấp hơn so với khi chưa được thêm than trẹ Ngồi ra, khả năng tương hợp giữa PU và than tre khơng cao nên khi hàm lượng than tre càng tăng thì khả năng phân tán vào vật liệu càng thấp, làm cho độ bền của vật liệu kém hơn.
Chúng ta thấy với các hàm lượng trong composite PU xốp là 2%C, 4%C, 6%C, 8%C và 10%C thì PU4%C cĩ độ bền nén cao nhất. Cĩ thể lý giải như sau: với hàm lượng 2%C trong PU xốp thì hàm lượng than quá ít chưa đủ khả năng gia cường cho vật liệu, cịn với các mẫu composite PU6%C, PU8%C và PU10%C cĩ hàm lượng khá cao, cĩ thể gây ra sự tách pha làm giảm độ bền nén của vật liệu compositẹ
Hình 5. TGA của compsosite PU xốp/than tre (a), ảnh phĩng đại (b), (c).
Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) các mẫu composite PU xốp/ than tre cĩ quá trình giảm khối lượng chia làm 3 giai đoạn chính:
a)
ISBN: 978-604-82-1375-6 157Giai đoạn 1: từ nhiệt độ 100-350o Giai đoạn 1: từ nhiệt độ 100-350o
C ứng với sự bay hơi nước trong composite PU xốp/ than tre, sự bay hơi của độ ẩm do xốp hấp thụ hay các chất tạo xốp và hợp chất cĩ trọng lượng phân tử thấp, liên kết urethane, trong đĩ đỉnh điểm của sự thất thốt khối lượng là ở 314oC.
Giai đoạn 2: từ 350-500oC, đây là quá trình chính của sự phân hủy sườn PỤ Giai đoạn 3: từ 500-700o
C, trong khoảng nhiệt độ này chủ yếu là sự mất đi của than trẹ
Cĩ thể thấy được là khi hàm lượng than tre tăng dần thì độ bền nhiệt càng tăng do than tre cĩ nhiệt phân hủy caọ Khối lượng mất mát càng giảm đi khi hàm lượng than tre tăng trong compositẹ
Hình 6. Ảnh SEM của composite PU xốp với các hàm lượng than tre gia cường khác nhaụ (a) PU, (b) PU2%C, (c) PU4%C, (d) PU6%C, (e) PU8%C, (f)PU10%C.
Dựa vào hình SEM trên cho thấy PU xốp chưa gia cường cĩ kích thước lỗ đồng đều nhất nên cĩ độ bền nén lớn nhất. Dựa vào hình (c) so với các hình (b), (d), (e), (f) thì mẫu (c) với hàm lượng độn 4% than tre cĩ kích thước lỗ khá đồng đều hơn, trong các mẫu (b), (d), (e) cĩ sự sụp đổ một số cấu trúc lỗ xốp, vì vậy mẫu PU4%C cĩ độ bền nén cao hơn các mẫu composite khác với các hàm lượng than tre như 2%C, 6%C, 8%C và 10%C. Chính vì cĩ kích thước lỗ khá đồng đều của PU4%C so với PU2%C, PU6%C, PU8%C và PU10%C nên khả năng điều hĩa độ ẩm tốt hơn.
Dựa vào hình 7 ta thấy trong 30 phút đầu composite PU/ than tre 4%C cĩ khả năng cách nhiệt cao hơn PU do than tre cũng cĩ cấu trúc lỗ xốp. Tuy nhiên, khi kéo dài thời gian cung cấp nhiệt độ thì khả năng cách nhiệt của composite PU/than tre giảm. Lý giải cho việc PU xốp/ than tre cĩ độ cách nhiệt kém hơn lúc sau chính là do than tre cĩ khả năng hấp thụ nhiệt cao hơn PỤ
Hình 7 cho biết độ lệch nhiệt độ bên trong và bên ngồi vách của PU xốp và PU tương đối gần nhaụ Cả hai vật liệu đều cĩ hệ số dẫn nhiệt thấp nên cĩ thể ứng dụng làm vật liệu cách nhiệt.
(c) (d)
(e) (f)
(b) (a) (a)
ISBN: 978-604-82-1375-6 158
Hình 7. Đường biễu diễn hệ số dẫn nhiệt theo thời gian của PU xốp và PU4%C.
Dựa vào hình 7 ta thấy trong 30 phút đầu composite PU/ than tre 4%C cĩ khả năng cách nhiệt cao hơn PU do than tre cũng cĩ cấu trúc lỗ xốp. Tuy nhiên, khi kéo dài thời gian cung cấp nhiệt độ th́ì khả năng cách nhiệt của composite PU/than tre giảm. Lý giải cho việc PU xốp/ than tre cĩ độ cách nhiệt kém hơn lúc sau chính là do than tre cĩ khả năng hấp thụ nhiệt cao hơn PỤ
Hình 7 cho biết độ lệch nhiệt độ bên trong và bên ngồi vách của PU xốp và PU tương đối gần nhaụ Cả hai vật liệu đều cĩ hệ số dẫn nhiệt thấp nên cĩ thể ứng dụng làm vật liệu cách nhiệt.
KẾT LUẬN
Quá trình tạo than bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố. Thời gian, nhiệt độ, mơi trường, hình dạng, kích thước, chính là những yếu tố quyết định đến khả năng tạo than. Quá trình tạo than tre tốt nhất trong bài này là tre gai ở dạng bột và được nung trong mơi trường yếm khí.
Quá trình phân tích phổ FT-IR cho phép chúng ta theo dõi được quá trình hình thành than tre khi nhiệt độ nung tăng dần. Kết quả cho thấy quá trình carbon hĩa ở 500°C là tốt nhất.
Tính chất cơ lý và độ hút ẩm, cách nhiệt của PU cĩ sự ảnh hưởng đáng kể khi thêm than tre, làm giảm độ bền nén và khả năng điều hịa độ ẩm.