4. Đóng góp của tác giả
2.3.2.1. Thực nghiệm khảo sát một số tính chất cơ, lý của da thuộc phế liệu
Để đảm bảo đánh giá được tính đại diện của mẫu phế liệu da thuộc trong sản xuất giầy, đề tài đã khảo sát một số tính chất của các mẫu da dùng cho nghiên cứu nghiền xé. Các tính chất được đánh giá là độ dày, độ bền kéo đứt, độ giãn đứt và độ bền xé của da thuộc phế liệu. Qui trình đánh giá được thực hiện như sau:
Đo độ dày
- Dùng dụng cụ đo độ dày (VEB Werkstottpfilfi maschmen Leipzig). Áp lực của tải trọng 500g;
- Thực hiện đo tại 3 vị trí khác nhau, độ dày của mẫu là kết quả trung bình của các vị trí đo.
Đo độ bền kéo đứt và độ giãn đứt
- Thực hiện theo tiêu chuẩn:EN ISO 3376:2002;
- Cắt mẫu với kích thước dài 110mm, rộng 25mm, phần mẫu thí nghiệm (kéo đứt) rộng 10mm. Mẫu được chuẩn bị như hình 2.2.
- Đưa một đầu mẫu thử vào ngàm kẹp trên của máy kéo đứt, sao cho mẫu phẳng đều, nằm thẳng chính giữa rồi siết ngàm kẹp lại, cho đầu còn lại của mẫu vào ngàm kẹp dưới của máy tạo lực căng ban đầu sau đó siết ngàm kẹp dưới lại.
- Tốc độ kéo trên máy kéo đứt: 100 mm/phút;
- Khoảng cách giữa 2 ngàm kẹp trên máy (độ dài làm việc của mẫu) là 50 mm;
- Nhấn nút cho máy làm việc, kéo giãn mẫu tới đến khi mẫu thử bị đứt và ghi lại giá trị lực cao nhất đã sử dụng làm lực kéo (F).
- Độ bền kéo đứt Tm tính bằng N/mm2 và được tính theo công thức sau: Tm = F/W.t
Trong đó:
F: là lực lớn nhất ghi được (N)
W: là chiều rộng trung bình của mẫu thử (mm) t: là chiều dày trung bình của mẫu thử (mm) - Độ giãn đứt Eb được tính theo công thức sau:
2 0 0 100% b L L E L Trong đó:
L2 là khoảng cách giữa các kẹp hoặc các cảm biến tại thời điểm đứt (độ giãn đứt tuyệt đối);
L0 là khoảng cách ban đầu giữa các kẹp hoặc các cảm biến (chiều dài làm việc của mẫu);
- .Độ bền kéo đứt và độ giãn đứt là giá trị trung bình của ba mẫu đo. Đo độ bền xé
- Thực hiện theo tiêu chuẩn:EN ISO 3377-2;
- Cắt mẫu theo hình chữ nhật có kích thước dài 70mm, rộng 40mm, ở giữa tách 50mm như hình 2.3.
Hình 2.3. Mẫu đo độ xé rách
- Chỉnh các ngàm kẹp của máy kéo đứt ở khoảng cách 50 mm
- Kẹp khoảng 20 mm ở một đầu của mẫu thử vào ngàm kẹp bên dưới của máy, gấp đầu còn lại 180o và kẹp vào ngàm kẹp trên, đảm bảo cạnh dài của mẫu thử song song với hướng nằm ngang của máy thử. Cho máy chạy đến khi mẫu bị xé rời và ghi lại biểu đồ lực.
- Tốc độ kéo trên máy là 100 mm/phút;
- Thực hiện đo cho 3 mẫu và lấy giá trị trung bình.
2.3.2.2. Thực nghiệm nghiền theo phương pháp ướt
- Da được ngâm hóa chất (axit H2SO4 và kiềm NaOH) với các nồng độ và thời gian khác nhau. (mỗi loại hóa chất được ngâm ở 3 nồng độ; mỗi nồng độ được
tiến hành với 3 thời gian lưu khác nhau;)
- Sau khi ngâm đủ thời gian, các mẫu được nghiền bằng máy xay sinh tố (sử dụng dao cắt dùng xay thịt) trong phòng thí nghiệm. Máy xay sinh tố sử dụng trong nghiên cứu hoạt động theo nguyên lý nghiền dao cắt. Các thiết bị công nghiệp cũng được chế tạo theo nguyên lý hoàn toàn tương tự nhưng với qui mô lớn hơn.
Các thông số thực nghiệm của quá trình nghiền ƣớt Phƣơng pháp nghiền xé có tiền xử lý bằng kiềm
- Thông số xử lý kiềm + Dung tỷ: 1:50;
+ Khối lượng mẫu: 5g/ lần;
+ Nồng độ dung dịch kiềm: 20g/l, 30g/l, 40g/l; 50mm
- Tách lọc bằng sàng Inox có kích thước mắt lưới 1mm;
- Giặt qua nước lạnh đối với nồng độ kiềm 20g/l, 30g/l và giặt trung hòa với axit axetic 10% đối với nồng độ kiềm 40g/l trong thời gian 3 phút;
- Sấy khô ở nhiệt độ 100o C trong 1 ngày.
Phƣơng pháp nghiền xé có tiền xử lý bằng axit
- Thông số xử lý axit + Dung tỷ: 1:50;
+ Khối lượng mẫu: 5g/ lần;
+ Nồng độ dung dịch H2SO4: 1,5M, 2M, 2,5M; + Thời gian ngâm da: 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ; - Thời gian nghiền: 3 phút, 5 phút, 10 phút;
- Tách lọc bằng sàng Inox có kích thước mắt lưới 1mm; - Giặt trực tiếp nước lạnh trong thời gian 1 phút;
- Sấy khô ở nhiệt độ 100o C trong 1 ngày. Quy trình thao tác thí nghiệm
Phương pháp thực nghiệm nghiền xé theo phương pháp ướt được thể hiện trong sơ đồ trên hình 2.4.
Hình 2.4. Sơ đồ quy trình nghiền xé pheo phương pháp ướt
- Phân loại: Phế liệu da khi thu gom được phân loại tách riêng phế liệu da cật và da váng để thuận tiện cho quá trình nghiền xé;
- Cân: Da sau khi phân loại được cân để xác định khối lượng cho từng mẫu bằng cân điện tử;
- Ngâm hóa chất: Mỗi mẫu da 5g được đưa vào cốc ngâm với 250 ml dung dịch hóa chất;
DA phế liệu
Phân
loại Cân Ngâm
m
- Nghiền: Da sau khi ngâm đủ thời gian theo quy định cho từng mẫu, rửa với nước lạnh và nghiền với 250ml nước;
- Tách lọc: Hỗn hợp da sau nghiền đem tách lọc nước bằng sàng Inox kích thước mắt lưới 1mm;
- Giặt: Sau khi tách lọc đem giặt bằng nước lạnh đối với các mẫu, riêng đối với hỗn hợp da ngâm kiềm nồng độ 40g/l phải giặt trung hòa với axit axetic 10%. Các mẫu được giặt cho tới khi dung dịch sau giặt có pH=7 để đảm bảo không còn axit tồn dư có thể làm ảnh hưởng tới cấu trúc xơ da trong quá trình sấy.
- Sấy: Da được sấy khô bằng máy sấy và được bảo quản trước khi đem kiểm tra hình dạng.
2.3.2.3. Thực nghiệm nghiền xé theo phương pháp khô
Để đánh giá khả năng nghiền xé da bằng phương pháp nghiền không qua công đoạn tiền xử lý (ngâm) bằng hóa chất, đề tài đã sử dụng hai phương pháp nghiền cơ học (nghiền khô), cụ thể là:
- Nghiền khô bằng máy nghiền trục băm (nguyên lý bào cắt); - Nghiền khô bằng máy nghiền búa (nguyên lý kéo xé).
Quy trình nghiền xé theo phương pháp nghiền khô được mô tả trong sơ đồ trên hình 2.5.
Hình 2.5. Sơ đồ quy trình nghiền xé theo phương pháp nghiền khô
- Phân loại: Da phế liệu được thu gom từ các cơ sở sản xuất giầy bao gồm cả da cật, da váng và các loại phế liệu khác, do vậy ta phải phân loại riêng da cật, da váng để đảm bảo cho công đoạn tiếp theo;
- Cắt, đồng đều hóa sơ bộ kích thước: Do là da phế liệu nên có nhiều kích thước khác nhau, vì vậy trước khi đem nghiền ta phải sơ loại và cắt nhỏ các mảnh
DA Phế liệu
Phân loại
Cắt, đồng đều hóa sơ
- Nghiền: Tiến hành nghiền bằng thiết bị nghiền trục băm và nghiền búa;
- Sàng: Dùng sàng Inox có kích thước mắt lưới khác nhau (2mm, 1mm,
0.5mm). để phân loại xơ và bột sau nghiền xé.
- Các thông số thiết bị được sử dụng như các thông số chạy máy thông thường của công ty da Đại Lợi và trung tâm chế biến gỗ của Đại học Lâm Nghiệp.
2.3. 3. Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu
Thiết bị đo độ dày
- Tên máy: YEB Weekstottpriffmbschinen
Hình 2.6. Máy đo độ dày nguyên liệu
Máy đo độ k o đứt, giãn đứt, xé rách
- Tên máy: TENSILON - Tải trọng lớn nhất: 5000N - Bảng hiển thị: LCD
- Mô tơ điều khiển tốc độ tăng giảm theo biến tần - Có phần mềm kết nối máy tính hiển thị kết quả
Hình 2.7. Máy đo độ kéo đứt, giãn đứt, xé rách nguyên liệu
Cân điện tử
- Loại cân: VIBRA, SHINKO – TX.TC.00001 - Model: DJ – 300 TW
- Độ chính xác: 0,001 g
- Trọng lượng cân tối đa: 300g/0,001g
Hình 2.8. Cân điện tử
Máy xay sinh tố
- Loại máy: Philip - Công suất: 600W.
Hình 2.9. Máy xay sinh tố
Máy nghiền trục băm
- Là loại máy được phát triển bởi công ty da Đại Lợi.
- Nguyên lý của máy được tuân theo nguyên lý nghiền trục băm Máy nghiền búa
+ Loại máy: Máy nghiền búa hai tầng + Công suất điện: 15kWh
+ Kích thước mắt lưới của sàng: 1,5Mm
+ Tốc độ vòng quay guồng cánh búa: 1470 vòng/phút + Công suất nghiền tối đa: 50 kg/giờ
Hình 2.10. Máy nghiền búa
Hình 2.11. Máy sấy
- Loại máy: Apparatebau - Model: 290
- Công suất tối đa: 3600W - Nhiệt độ tối đa: 250oC Máy chụp ảnh
- Loại máy: Canon IXUS - Model: Ixus 265 HS
- Độ phân giải màn hình: 461,000 dots
Hình 2.12. Máy chụp ảnh
Hình 2.13. Máy chụp ảnh hiển vi điện tử
- Loại máy: DinoCapture 2.0 - Version 1.3.9.H
- Độ phóng đại tối đa: 300 lần - Sử dụng ánh sáng phân cực
- Tích hợp thang đo kích thước tự động
2.3.4 . Phương pháp đánh giá kết quả
- Do các phế liệu da được thu nhận từ các nguồn khác nhau (các doanh nghiệp sản xuất giầy). Để đảm bảo các loại da dùng để nghiên cứu đủ đại diện cho các loại da phế liệu giầy thì các mẫu da trước khi nghiền được kiểm tra tính chất cơ, lý và độ dày theo các tiêu chuẩn sau:
+ TCVN 7121: 2007 ISO 03376:2002 (Xuất bản lần 2) - Da - phép thử cơ lý - xác định độ bền kéo và độ giãn đứt.
+ TCVN 7122-1: 2007 ISO 03377-1:2002 (Xuất bản lần 2) - Da - phép thử cơ lý - xác định độ bền xé - Phần 1: Xé một cạnh.
- Hiệu quả của quá trình nghiền xé được đánh giá thông qua trạng thái và hình dạng của các mẫu xơ sau nghiền xé. Các mẫu xơ sau nghiền được quan sát trên kính hiển vi điện tử chụp ảnh với ánh sáng phân cực có độ phóng đại cố định 50 lần cho tất cả các mẫu. Sử dụng phần mềm tích hợp tự động kiểm tra kích thước để đo
đạc và xác định đường kính, chiều dài xơ. Các thông số về đường kính và chiều dài là cơ sở để so sánh hiệu quả của các phương pháp nghiền.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Khảo sát một số đặc trƣng, tính chất của da phế liệu dùng để nghiền xé
Da phê liệu dùng để nghiên cứu nghiền xé được kiểm tra khảo sát một số đặc trưng, tính chất về độ dày, độ bền kéo đứt, độ giãn đứt và độ bền xé theo các tiêu chuẩn đã trình bày tại chương 2. Các kết quả về tính chất da được tổng hợp trên bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả đo độ dày, độ bền kéo đứt, độ giãn đứt và độ bền xé của phế liệu da thuôc
Mẫu Lần đo Độ dày
(mm) Độ bền đứt (N/ mm2) Độ giãn đứt (%) Lực xé lớn nhất (N) Da cật 1 1,75 13,97 22.17 34,77 2 1,80 16,20 21,77 43,70 3 1,74 15,61 24,03 32,18 TBC 1,76 15,27 22,66 36,88 Da váng 1 1,25 6,40 12,27 31,57 2 1,20 6,90 11,71 23,89 3 1,25 8,99 10,69 33,74 TBC 1,23 7,44 11,55 29,73
Kết quả thử nghiệm cho thấy, các chỉ tiêu độ bền đứt, độ bền xé, độ giãn đứt của mẫu da cật đều cao hơn hẳn mẫu da váng. Điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết.
Các giá trị về độ dày, độ bền kéo đứt, độ giãn đứt và độ bền xé của da thuôc phế liệu nằm trong khoảng trung bình của các loại da thuộc dùng trong sản xuất giầy. Điều đó cho thấy các mẫu da đã lựa chọn để nghiên cứu là đủ tính đại diện cho phế liệu da thuộc của quá trình sản xuất giầy.
3.2. Khả năng nghiền xé da phế liệu bằng phƣơng pháp nghiền ƣớt
lượng giống nhau được ngâm trong các dung dịch axit và kiềm với các nồng độ khác nhau, sau đó được tiến hành nghiền xé bằng máy xay sinh tố (dạng cối xay thịt) trong môi trường nước.
Sau khi kết thúc quá trình nghiền các hỗn hợp được lọc, giặt trực tiếp dưới vòi nước chẩy và sấy khô. Khả năng nghiền xé được đánh giá thông qua tỷ lệ mẫu da bị phá hủy theo thời gian và hình dạng của hỗn hợp da, xơ da, bột da, màng da thu được sau quá trình nghiền, giặt và sấy.
3.2.1. Ảnh hưởng của quá trình xử lý kiềm tới khả năng nghiền xé da 3.2.1.1 Ảnh hưởng của xử lý kiềm tới khả năng nghiền xé da cật 3.2.1.1 Ảnh hưởng của xử lý kiềm tới khả năng nghiền xé da cật
Các mẫu da cật được ngâm trong dung dịch kiềm ở ba nồng độ khác nhau là 20g/l, 30g/l và 40 g/l. Tại mỗi nồng độ kiềm các mẫu được lưu trong các thời gian lưu khác nhau lần lượt là 2 giờ, 3 giờ và 4 giờ.
Tỷ lệ phá hủy mẫu da theo thời gian nghiền được quan sát, đánh giá sơ bộ và tổng hợp trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của các điều kiện xử lý kiềm tới tốc độ phá hủy mẫu da cật theo thời gian.
Xử lý kiềm Tỷ lệ phá hủy mẫu theo thời gian nghiền (%)
Nồng độ Thời gian (giờ) 3 phút 5 phút 10 phút
20 g/l 2 Không phá 10 35 3 10 50 75 4 30 70 85 30 g/l 2 10 20 35 3 30 70 85 4 50 50 90 40 g/l 2 30 50 90 3 50 85 90 4 70 90 95
Các kết quả thu được cho thấy với tất cả các mẫu thì tỷ lệ da bị phá hủy đều tăng lên theo thời gian nghiền. Tuy nhiên mức độ tăng khả năng phá hủy thay đổi đáng kể với các điều kiện xử lý kiềm khác nhau;
Với các nồng độ kiềm như nhau thì tốc độ phá hủy mẫu trong quá trình nghiền nhanh hơn với các mẫu có thời gian ngâm kiềm lớn. Điều này có thể giải thích do khả năng trương nở của da trong dung dịch kiềm tăng lên theo thời gian. Đồng thời quá trình ngâm kiềm cũng làm cho cấu trúc của da trở nên lỏng lẻo hơn và dễ bị phá hủy bởi lực cơ học.
Ở cùng một mức thời gian lưu, khi tăng nồng độ xử lý kiềm thì tốc độ phá hủy mẫu da cũng tăng lên đáng kể. Điều đó cho thấy khi nồng độ kiềm càng tăng thì khả năng trương nở của mẫu da cũng tăng lên. Đồng thời trong môi trường kiềm các liên kết phân tử giữa các mạch peptit của collagen sẽ bị yếu và thậm chí bị gẫy làm cho chúng dễ dàng bị phân tách.
Hình dạng xơ da sau nghiền xé được thể hiện trong các hình ảnh quan sát và thu nhận bằng máy ảnh thông thường (quan sát tổng thể) và kính hiển vi chụp ảnh. Các hình từ 3.1 đến 3.9 thể hiện hình ảnh của mẫu sau nghiền, lọc, giặt và sấy khô.
Hình 3.1. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 20g/l trong 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.2. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 20g/l trong 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
1mm
1mm 1mm
Hình 3.4. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 30g/l trong 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.5. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 30g/l trong 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.6. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 30g/l trong 4 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
1mm
1mm 1mm
Hình 3.7. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 40g/l trong 2 giờ