Sợi xơ dừa nguyên liệu sử dụng trong đề tài có chiều dài trung bình khoảng 250 - 350 mm. Những bó sợi này vẫn còn lẫn nhiều mụn và còn dính vỏ cho nên
Loại bỏ mụn dừa và các sợi không đạt
Xử lý sợi bằng dung dịch NaOH
Rửa
Sấy
Gia công tạo tấm composite
Sợi xơ dừa nguyên liệu
Hoàn thiện sản phẩm
SVTH Võ Thị Nguyệt Ánh 35 cần phải loại bỏ các thành phần này. Đầu tiên, sợi xơ dừa được giũ để loại sơ bộ mụn dừa và sau đó loại bỏ bằng tay những sợi không đạt như những sợi không đủ chiều dài, sợi bị gãy, sợi còn dính vỏ (Hình 2.4).
Hình 2.4 Thao tác loại những sợi không đạt
Tiếp theo, những sợi còn lại được chải trong nước (Hình 2.4) nhằm loại bỏ thêm một lần nữa những sợi còn rối và mụn dừa còn trong sợi. Các thao tác chải này cũng nhằm làm tăng tỷ số hình dáng sợi, đây là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến cơ tính của vật liệu composite gia cường bằng sợi xơ dừa.
Hình 2.5 Chải sợi trong nước
Sau khi chải ướt thì sợi xơ dừa đã tương đối đạt được yêu cầu là sạch và thẳng để chuẩn bị cho công đoạn xử lý tiếp theo. Sợi xơ dừa càng sạch thì kết quả thí nghiệm càng tin cậy.
2.2.2 Xử lý sợi bằng dung dịch NaOH
Sợi xơ dừa đã được làm sạch ở công đoạn trên sẽ được cho vào các khay đã được làm sạch. Tiếp theo, cho 2000 ml dung dịch NaOH ở những nồng độ khác
SVTH Võ Thị Nguyệt Ánh 36 nhau (1%, 2%, 3%, 4%) vào các khay để cho sợi phải bị ngập hoàn toàn trong lớp dung dịch. Sợi được ngâm trong dung dịch NaOH trong những khoảng thời gian khác nhau (1 ngày, 2 ngày, 3 ngày, 4 ngày) ở nhiệt độ thường (Hình 2.6).
Hình 2.6 Xử lý sợi bằng dung dịch NaOH
Khi sợi xơ dừa ngâm trong dung dịch NaOH thì dung dịch bị chuyển sang màu nâu đỏ. Sau một thời gian thì dung dịch trong khay bị cạn dần và trong dung dịch sinh ra một lớ p cặn ở đáy khay. Nguyên nhân là do xút đã phản ứng với các nhóm - OH trên bề mặt sợi và một phần ion Na+ cũng bị hấp phụ lên bề mặt sợi nên lượng dung dịch NaOH trong khay bị giảm đi. Bên cạnh đó, tác dụng tẩy rửa của dung dịch NaOH đã tẩy đi các thành phần khác như sáp, các chất kết dính trên bề mặt sợi,… tạo nên các tạp chất lắng dưới đáy khay.
2.2.3 Rửa và sấy sợi sau khi xử lý
Sau khi được xử lý, sợi xơ dừa được ngâm nhiều lần trong nước lạnh để NaOH còn thừa khuếch tán vào trong nước. Sau đó sợi được rửa lại nhiều lần trong nước lạnh để loại NaOH dư còn bám trên sợi, quá trình rửa kết thúc khi pH của nước rửa tương đương 7. Việc loại bỏ hoàn toàn NaOH là điều rất quan trọng vì khi NaOH còn bám trên sợi sẽ làm phá hủy cấu trúc sợi, tính chất của sợi sẽ bị giảm đi rất nhiều. Trong quá trình rửa sợi, ta kết hợp với việc chải bằng lược nhằm loại bỏ những sợi bị rối, bị xoắn sau khi xử lý và loại bỏ lần cuối cùng mụn dừa còn trong sợi (Hình 2.7). Thao tác chải trong công đoạn này còn có tác dụng định hình cho sợi tương đối thẳng trước khi cắt để chuẩn bị đem đi sấy.
SVTH Võ Thị Nguyệt Ánh 37 Hình 2.7 Rửa sợi xơ dừa sau khi đã xử lý
Sợi xơ dừa sau khi rửa sạch được cắt đúng kích thước (bằng kích thước khuôn 250 mm) và được xếp lên vỉ bằng inox. Sau đó, các sợi được cố định giữa hai tấm vỉ bằng một bulong và các kẹp giấy. Việc cố định sợi trong vỉ có tác dụng nhằm giảm bớt hiện tượng sợi bị xoắn và cong trong quá trình sấy. Sợi xơ dừa sau khi cố định trong vỉ được đem đi sấy ở nhiệt độ 700C trong thời gian 15 giờ trong tủ sấy.
2.2.4 Gia công tấm composite bằng thiết bị RTM với nhựa polyester không no và sợi xơ dừa
Khuôn gồm có khuôn trên và khuôn dưới. Khuôn trên làm bằng vật liệu mica trong suốt. Khuôn dưới được làm bằng nhôm. Trong quá trình gia công composite, khuôn dưới được gia nhiệt. Khuôn trên và khuôn dưới được ghép với nhau bằng những bulong.
Bình chứa nhựa được dùng để chứa nhựa đã trộn chất xúc tác có thể tạo chân không và áp suất cho bình chứa nhựa. Chân không dùng để hút nhựa, loại bỏ bọt khí bên trong nhựa. Áp suất dùng để chuyển nhựa qua khuôn.
Thiết bị gia nhiệt dùng để gia nhiệt cho khuôn. Môi chất được sử dụng truyền nhiệt là dầu. Hình 2.8 Thiết bị RTM Khoa Công nghệ
SVTH Võ Thị Nguyệt Ánh 38 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật máy RTM Khoa Công nghệ - Đại học Cần Thơ
Kích thước khuôn
Chiều dài 500 mm
Chiều rộng 300 mm
Chiều dày 3 mm
Nhiệt độ Tối đa 1800C
Chân không Tối đa 760 mmHg
Áp suất Tối đa 5 kg/cm2
Thiết bị gia nhiệt
Môi chất Dầu gia nhiệt
Nhiệt độ Tối đa 1800C
Quy trình gia công composite trên thiết bị RTM được trình bày theo sơ đồ hình 2.9. Trước khi tiến hành gia công tấm composite cần phải làm sạch bề mặt khuôn. Sau đó thoa wax giúp việc tháo sản phẩm được dễ dàng hơn. Sợi sau khi sử lý được cắt theo chiều dài khuôn khoảng 240 mm, để sợi vào khuôn dưới. Trước khi sắp vào khuôn thì sợi được chải lại thêm lần nữa để dảm bảo sợi thẳng và nhựa có thể trải đều khuôn một cách dễ dàng. Mỗi lần gia công một tấm composite cần chuẩn bị 2 bộ mẫu sợi với nồng độ và thời gian xử lý khác nhau. Tỷ lệ sợi là 30% và chiều dày khoảng 3 mm, nên ta cần khoảng 162g sợi, tức là 81g cho mỗi loại.
Sợi thủy tinh được sắp theo chiều dài và chiều rộng của khuôn để dẫn chân không. Silicon được thoa vào khuôn và theo chiều dài của khuôn, để khi phủ tấm phim mỏng chịu nhiệt lên bề mặt sợi thì silicon có thể dán kín tấm phim lên bề mặt khuôn dưới nhờ hút chân không, làm cho nhựa không thể tràn ra và dính lên mặt trên khuôn. Sau đó đóng khuôn lại và được giữ chặt bằng bulong.
SVTH Võ Thị Nguyệt Ánh 39 Hình 2.9 Quy trình gia công composite trên thiết bị RTM
Tiếp theo, tiến hành khuấy nhựa, khối lượng nhựa cần chuẩn bị là khoảng 650g dùng với lượng dư để tránh thiếu nhựa trong quá trình gia công. Sử dụng chất đóng rắn MEKP khoảng 0,5 – 2% lượng nhựa (nếu quá nhiều chất xúc tác sẽ ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn xảy ra nhanh hơn, ngược lại nếu ít thì quá trình đóng rắn chậm lại). Đồng thời nếu tỷ lệ trộn không thích hợp, nhựa chưa phản ứng hay chất đóng rắn còn dư trong hỗn hợp sẽ ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm sau khi đóng rắn. Sau đó nhựa được đưa vào trong khuôn với áp suất khoảng 1 bar, chân không được truyền vào khuôn trong quá trình chuyển nhựa vào khuôn, để hút không khí trong khuôn và các khí sinh ra trong quá trình đóng rắn, đồng thời hỗ trợ sự di chuyển nhựa trong khuôn. Sau khi nhựa điền đầy khuôn thì khóa van lại không cho nhựa vào khuôn nữa, gia nhiệt khuôn đến 800C trong khoảng 1 giờ. Sau khi, nhựa đóng rắn thì tấm composite được lấy ra.
Hình 2.10 Gia công composite bằng phương pháp RTM Làm sạch khuôn
Bơm nhựa vào khuôn (áp suất 1 bar) Sắp sợi vào khuôn
(chiều dài sợi 240 mm)
Chuẩn bị bơm nhựa vào khuôn (650g nhựa polyester hồng, 2,3ml MEKP) Nhựa đã đóng rắn, tháo sản phẩm Gia nhiệt (800C trong 1 giờ)
SVTH Võ Thị Nguyệt Ánh 40
2.3 Kiểm tra cơ tính