Ảnh hưởng của hàm lượng sợi gai xanh đến tính chất- 123docz.net

compozit PA11/sợi gai

Bảng 3.3. Độ bền kéo và Mô đum đàn hồi của vật liệu Compozit PA11/GXL ở các hàm lượng 0, 30, 40, 50 (% sợi)

Mẫu compozit Độ bền kéo (MPa) Mô đum đàn hồi PA11 34,32 850,84 PA11/GXL-30 52,56 975,55 PA11/GXL-40 57,74 1105,52 PA11/GXL-50 59,26 1226,64

Độ bền uốn 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 5.63 15.71 18.81 15.61 Độ bền uốn

PA11 PA11/XL-30 PA11/XL-40 PA11/XL-50

� � b ( M Pa )

Hình 3.7. Độ bền uốn của vật liệu Compozit PA11/GXL ở các hàm lượng 0, 30, 40, 55 (%)

Ảnh hưởng của hàm lượng sợi gai xanh đến độ bền kéo và mô đun đàn hồi được trình bày trên bảng 3.3 và hình 3.7. Từ bảng 3.3, độ bền kéo của vật liệu compozit PA11/sợi gai tăng dần từ 34.32 MPa đến 59.74 (MPa) khi tăng dần hàm lượng sợi từ 0 đến 50 (% khối lượng). Tương tự, mô đun đàn hồi cũng tăng khi tăng lượng sợi. Điều này có thể giải thích do độ bền kéo vốn có của sợi xử lý cao ( 687 MPa) khi tăng hàm lượng sợi dẫn đến tăng độ bền kéo của vật liệu. Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng sợi đến 50% độ bền uốn có xu hướng giảm, mẫu có xu hướng cứng. Điều này có thể do khi tăng hàm lượng sợi gai đến 50% độ phân tán sợi giảm làm giảm khả năng tương tác pha và độ linh hoạt của vật liệu.

3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi gai xanh đến độ hút nước 0 1 3 5 7 0 5 10 15 20 25 30

Độ hút nước của vật liệu PA11/GXL (%)

0% 30% 40% 50% Thời gian ( ngày )

Đ ộ th ấm n ướ c (% )

Hình 3.8. Độ hút nước của vật liệu PA11/GXL ở các hàm lượng 0, 30, 40, 55 (%)

Tăng hàm lượng sợi càng cao thì độ thấm nước càng lớn vì khi tăng hàm lượng sợi, nhựa không bao phủ hết sợi tạo ra khoảng trống giữa nhựa và sợi, sợi hút ẩm nên khối lượng sản phẩm tăng. Bên cạnh đó giữa nhựa trong mẫu có các vi lỗ mắt thường không nhìn thấy, nước thẩm thấu sâu vào bên trong mẫu có hàm lượng sợi càng cao thì độ bám dính nhựa càng ít, các vi lỗ nhiều ngấm nước nhanh hơn, mẫu ít vi lỗ bên trong khít hơn ngấm chậm độ thấm nước giảm.

3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi gai xanh đến độ co ngót khi đúc

Bảng 3.4. Độ co ngót của vật liệu Compozit PA11/GXL ở các hàm lượng 0, 30, 40, 55 (%) Mẫu compozit Độ co ngót Theo chiều rộng Theo chiều dài PA11 7,6 2,17 PA11/GXL-30 3,20 1,80 PA11/GXL-40 1,80 1,20

PA11/GXL-50 1,60 0,90

Độ co ngót của vật liệu phụ thuộc vào độ co ngót của PA11 và sợi gai xanh. Sợi gai xanh có hàm lượng cenlulo cao dẫn đến khả năng co ngót của sợi gai xanh thấp nên khi chế tạo mẫu bằng phương pháp ép nhiệt, độ co ngót của vật liệu giảm. Do cách xếp sợi dọc theo chiều dài của khuôn cải thiện rõ rệt khả năng giảm co ngót. Tuy nhiên, độ co ngót theo chiều rộng của mẫu phụ thuộc nhiều vào vật liệu nền nên độ co ngót của mẫu vẫn tương đối lớn.

3.3. KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA SILAN ĐẾN TÍNH CHẤT CỦACOMPOZIT COMPOZIT

3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng silan đến tính chất cơ lý của compozitPA11/sợi gai PA11/sợi gai

Bảng 3.5. Độ bền kéo và Mô đum đàn hồi của vật liệu Compozit PA11/GXL và PA11/GXB ở các hàm lượng 40 % sợi

Mẫu compozit Độ bền kéo (MPa) Mô đum đàn hồi (MPa) PA11 34,32 850,84 PA11/GXL-40 57,74 1105,52 PA11/GXB3- 40 81,81 1956,33 PA11/GXB4- 40 88,37 2356,14 PA11/GXB5- 40 84,17 2578,96

0 5 10 15 20 25 30 5.63 18.81 22.32 27.77 26.3 PA11 PA11/XL-40 PA11/BT3-40 PA11/BT4-40 PA11/BT5-40 M Pa

Hình 3.9. Độ bền uốn của vật liệu Compozit PA11 ở các nồng độ biến tính khác nhau

Ảnh hưởng của hàm lượng sợi gai xanh đến độ bền kéo và mô đun đàn hồi được trình bày trên bảng 3.5 và hình 3.9. Từ bảng 3.5 độ bền kéo của vật liệu compozit PA11/sợi gai tăng dần từ 34,32 MPa đến 84,17 (MPa) khi tăng hàm lượng silan. Tương tự, mô đun đàn hồi cũng tăng khi tăng hàm lượng silan. Điều này có thể giải thích do khả năng tương hợp và phân tán của sợi gai và nền nhựa dẫn đến độ bền kéo của vật liệu tăng. Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng silan đến 5% môdun uốn của mẫu tăng cao, độ dốc của đồ thị uốn lớn và mẫu gẫy trước 5% điều này cho thấy mẫu có xu hướng giòn. Dẫn tới độ bền uốn của mẫu giảm. Điều này có thể do khi tăng hàm lượng silan đến 5% độ linh hoạt của vật liệu giảm.

3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng silan đến độ co ngót

Bảng 3.6. Độ co ngót của vật liệu Compozit PA11/GXL và PA11/GXB ở các hàm lượng 40 % sợi

Mẫu compozit Độ co ngót

Theo chiều rộng, mm Theo chiều dài, mm

PA11 7,60 2,17

PA11/GXL-40 1,80 1,20

PA11/GXB4-40 1,10 0,50

PA11/GXB5-40 0,90 0,40

3.2.4. Ảnh hưởng của hàm lượng silan đến độ hút nước

0 1 3 5 7 0 5 10 15 20 25 30

PA11 PA11/XL-40 PA11/BT3-40 PA11/BT4-40 PA11/BT5-40

Hình 3.10. Độ hút nước của vật liệu Compozit PA11/GXL và PA11/GXB ở các hàm lượng 40 % sợi

Tăng hàm lượng sợi càng cao thì độ thấm nước càng lớn vì khi tăng hàm lượng sợi, nhựa không bao phủ hết sợi tạo ra khoảng trống giữa nhựa và sợi, sợi hút ẩm nên khối lượng sản phẩm tăng. Bên cạnh đó, khi biến tính sợi bằng silan hữu cơ độ phân cực của sợi giảm, tăng khả năng kị nước của sợi dẫn tới giảm khả năng hút nước và hút ẩm.

KẾT LUẬN

Sau quá trình nghiên cứu và làm khóa luận “Nghiên cứu xử lý sợi cây gai xanh và định hướng làm sợi gia cường cho vật liệu compozit trên nền polyamit 11”, em rút ra kết luận sau:

H2O2 và sợi đạt hàm lượng cellulose 82-94%; độ bền kéo 1061,6 Mpa. 2. Đã chế tạo thành công vật liệu conpozit PA11/gai xanh với tỉ lệ nhựa/sợi = 60/40 có các tính chất cơ lý: độ bền kéo 57,74 MPa; modun đàn hồi 1105,52 MPa; độ co ngót 1,80 mm theo chiều rộng; 1,20 mm theo chiều dài; độ bền uốn 18,813Mpa.

3. Đã chế tạo thành công vật liệu conpozit PA11/gai xanh biến tính 4% silan với tỉ lệ nhựa/sợi = 60/40 có các tính chất cơ lý: độ bền kéo 88,37 MPa; modun đàn hồi 2356,14 MPa; độ co ngót 1,10 mm theo chiều rộng; 0,50 mm theo chiều dài; độ bền uốn 27,765 Mpa.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lei Wen, Lei Wen-guang, Ren Chao,"Effect of volume fraction of ramie cloth on physical and mechanical properties of ramie cloth/UP resin composite", Trans. Nonferrous Met. SOC. China 16, (2006), pp. 474-s477. 2. Sen T, Jagannatha Reddy H ( 2011 ), Various industrial applications of hemp, kinaf, flax and ramie natural fibres, International Journal of Innovation, Management and Technology 2 (3): 192 – 198.

3. Mohanty A, Misra M, Hinrichsen G (2000) Biofibres, biodegradable polymers and biocomposites: an overview, Macromolecular Materials and Engineering 276 (1): 1 – 24.

4. Bevitori AB, Silva ILAD, Carreiro RS, Margem FM, Monteiro SN (2012) Elastic modulus variation with diameter for ramie fi bers. Paper presented at the Characterization of Minerals, Metals, and Materials – TMS 2012 Annual Meeting and Exhibition, Orlando, FL.

5. Ashby M (2008), The CES EduPack database of natural and man-made materials. Granta Material Inspiration – Bioengineering, Cambridge, UK. 6. Munawar SS, Umemura K, Kawai S (2008) Manufacture of oriented board using mild steam treatment of plant fi ber bundles. Journal of Wood Science 54 (5): 369 – 376.

7. Zhou Z, Liu X, Hu B, Wang J, Xin D, Wang Z, Qiu Y (2011) Hydrophobic surface modification of ramie fibers with ethanol pretreatment and atmospheric pressure plasma treatment. Surface and Coatings Technology 205 (17–18): 4205 – 4210.

8. Li X, He L, Zhou H, Li W, Zha W (2012) Infl uence of silicone oil modification on properties of ramie fiber reinforced polypropylene composites. Carbohydrate Polymers 87 (3): 2000 – 2004.

9. Li X, He L, Zhou H, Li W, Zha W (2012) Infl uence of silicone oil modification on properties of ramie fiber reinforced polypropylene composites. Carbohydrate Polymers 87 (3): 2000 – 2004.

10. Goda K, Asai T, Yamane T (2003) Development of ramie fiber reinforced biodegradable resin matrix composites by press forming and effect of chemical treatments. Zairyo/Journal of the Society of Materials Science, Japan 52 (10): 1245 – 1252.

11. He LP, Tian Y, Wang LL (2008) Study on ramie fiber reinforced polypropylene composites (RF-PP) and its mechanical propertiez. Advanced Materials Research 41–42

12. : 313 – 316. 13.

14. Yu T, Ren J, Li S, Yuan H, Li Y (2010) Effect of fiber surface-treatments on the properties of poly(lactic acid)/ramie composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 41 (4): 499 – 505.

15. Suiz N, Uno T, Goda K, Ohgi J (2009) Tensile and impact properties of fully green composites reinforced with mercerized ramie fibers. Journal of Materials Science 44 (10): 2477 – 2482.

16. Kumar R, Zhang L (2010) Investigation into ramie whisker reinforced arylated soy protein composites. Frontiers of Chemistry in China 5 (1): 104 – 108.

17. Alloin F, D’Aprea A, Dufresne A, Kissi NE, Bossard F (2011) Poly(oxyethylene) and ramie whiskers based nanocomposites: Infl uence of processing: Extrusion and casting/evaporation. Cellulose 18 (4): 957 – 973. 18. Marsyahyo E, Soekrisno, Rochardjo HSB, Jamasri (2008) Identifi cation of ramie single fiber surface topography influenced by solvent-based treatment. Journal of Industrial Textiles 38 (2): 127 – 137.

19. Lee TS, Choi HY, Choi HN, Lee KY, Kim SH, Lee SG, Yong DK (2013) Effect of surface treatment of ramie fiber on the interfacial adhesion of ramie/acetylated epoxidized soybean oil (AESO) green composite. Journal of Adhesion Science and Technology 27 (12): 1335 – 1347.

20. Li Y, Lv F, Deng H, Ronald K, Zeng S (2009) Effects of fiber surface treatments on the moisture absorption and interfacial properties of natural fibers and their composites. Materials Science Forum 610–613: 728 – 733. 21. Xu H, Wang L, Teng C, Yu M (2008) Biodegradable composites: Ramie fibre reinforced PLLA-PCL composite prepared by in situ polymerization process. Polymer Bulletin 61 (5): 663 – 670.

22. Chen J, Yi J, Sun P, Liu ZT, Liu ZW (2009) Grafting from ramie fiber with poly(MMA) or poly(MA) via reversible addition–fragmentation chain transfer polymerization. Cellulose 16 (6): 1133 – 1145.

23. Goffin AL, Raquez JM, Duquesne E, Siqueira G, Habibi Y, Dufresne A, Dubois P (2011) From interfacial ring-opening polymerization to melt processing of cellulose nanowhisker-filed polylactide-based nanocomposites. Biomacromolecules 12 (7): 2456 – 2465.

24. Junior de Menezes A, Siqueira G, Curvelo AAS, Dufresne A (2009) Extrusion and characterization of functionalized cellulose whiskers reinforced polyethylene nanocomposites. Polymer 50 (19): 4552 – 4563.

25. Chen Y, Sun L, Negulescu I, Wu Q, Henderson G (2007) Comparative study of hemp fiber for nonwoven composites. Journal of Industrial Hemp 12 (1): 27 – 45.

26. Feng Y, Hu Y, Zhao G, Yin J, Jiang W (2011) Preparation and mechanical properties of high-performance short ramie fiber-reinforced polypropylene composites Journal of Applied Polymer Science 122 (3): 1564 – 1571.

Compression molding and mechanical properties of green-composite based on ramie/PLA non-twisted commingled yarn. Zairyo/Journal of the Society of Materials Science, Japan 53 (7):776 – 781.

28. Chen D, Li J, Ren J (2012) Biocomposites based on ramie fibers and poly(l -lactic acid) (PLLA): Morphology and properties. Polymers for Advanced Technologies 23 (2): 198 – 207.

29. Yu T, Li Y, Ren J (2009) Preparation and properties of short natural fiber reinforced poly(lactic acid) composites. Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition) 19 (Suppl. 3): 651 – 655.

30. Xu H, Liu CY, Chen C, Hsiao BS, Zhong GJ, Li ZM (2012) Easy alignment and effective nuclation activity of ramie fibers in injection-molded poly(lactic acid) biocomposites. Biopolymers 97 (10): 825 – 839.

31. Lu Y, Weng L, Cao X (2006) Morphological, thermal and mechanical propertiesof ramie crystallites – Reinforced plasticized starch biocomposites. Carbohydrate Polymers 63 (2): 198 – 204.

32. Nakamura R, Goda K, Noda J, Ohgi J (2009) High temperature tensile properties and deep drawing of fully green composites. Express Polymer Letters 3 (1): 19 – 24.

33. Trần Vĩnh Diệu, Bùi Chương, Nguyễn Huy Tùng, Phan Minh Ngọc, “Bài tổng quan: Nghiên cứu và ứng dụng của sợi tre và sợi đay làm chất gia cường cho vật liệu polyme compozit ở Việt Nam”, Tạp chí Hóa học, T. 47 (6), 2009, tr. 236-247.

34. Trần Vĩnh Diệu, Phan Minh Ngọc, Nguyễn Đình Thành, Nguyễn Phạm Duy Linh, “Tính chất của sợi dứa dại”, Tạp chí Hóa học, T. 47 (6), 2009, tr. 85-90.

35. PGS.TS. Vũ Huy Đại, “Nghiên cứu công nghệ sản xuất composite từ phế liệu gỗ và chất dẻo phế thải”, Đề tài cấp bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn.

36. Đoàn Thị Thu Loan, Edith Maeder, “Investigation on the mechanical behaviour of jute fiber and jute/polypropylene microcompozits”, Asian workshop on polymer processing 2010, Dec. 7-10 2010, Hanoi, Vietnam, 197-201.

37. Đoàn Thị Thu Loan, “Nghiên cứu vật liệu compozit từ nhựa vinyl este và sợi đay”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Bách khoa Đà Nẵng, 2(51), 2017.

Thai, Nguyen Vu Giang, Tran Huu Trung, Philippe Ponteins, Colette Laccbanne, “Mechanical and thermal behavior of bamboo flour reinforced XLPE composites”, Journal of thermal analysis and Calorimetry, Volume 124,

Issue 2, pp 701–708 (2016).

39. Nguyễn Vũ Giang, Thái Hoàng, Trần Hữu Trung, Mai Đức Huynh, “Nghiên cứu tính chất lưu biến, tính chất nhiệt và khả năng hấp thụ nước của vật liệu compozit polyvinyl clorua/bột gỗ”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Tập 6 số 7, tr. 34-39, 2016.

40. Mai Duc Huynh, Tran Huu Trung, Tran Thi Mai, Nguyen Thi Thu Trang, Nguyen Thuy Chinh, Do Van Cong, Vu Manh Tuan, Doan Thanh Ngoc, Thai Hoang, Nguyen Vu Giang, “Effect of bamboo flour content on the mechanical properties, thermal properties, thermal stability and morphology of polyamide 11/bamboo flour composites”, Tạp chí Hóa học, 6e1-54, tr 249-253, 2016. 41. Nguyễn Vũ Giang, Thái Hoàng, Mai Đức Huynh, Trần Hữu Trung, Vũ Mạnh Tuấn, Nguyễn Văn Sơn, Đào Quốc Hùng, “Ảnh hưởng của gia tốc thời tiết đến tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu compozit polyvinylclorua/bột gỗ”, Tạp chí Hóa học, 53(E2) 86- 91 (2015).

42. Nguyễn Vũ Giang, Thái Hoàng, Mai Đức Huynh, Trần Hữu Trung, “Biến đổi cấu trúc và tính chất của vật liệu compozit polyetylen tỉ trọng cao/bột gỗ gia cường bởi hạt nano TiO2 sau thử nghiệm gia tốc thời tiết”, Tạp chí Hóa học, 53(4) 449-453 (2015).

43. Nguyen Vu Giang, Thai Hoang, Tran Huu Trung, Do Quang Tham, Mai Duc Huynh, “study on mechanical properties, swelling index and structure morphology of PVC/NBR blends reinforced by modified wood flour”, Journal of Science and Technology, 53 (4A), tr. 250-257 (2015).

44. Nguyễn Vũ Giang, Thái Hoàng, Đỗ Quang Trung, Mai Đức Huynh, Trần Hữu Trung, Đỗ Quang Thẩm, Nguyễn Văn Sơn, Đào Quốc Hùng, “Ảnh hưởng của bột gỗ biến tính đến tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu compozit poly(vinyl clorua)/bột gỗ”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, ISSN 0866-8612, 30(5S), 108-115, 2014. 45. Mai Duc Huynh, Tran Huu Trung, Do Van Cong, Thai Hoang, Eric Dantras, Colette Lacabanne and Nguyen Vu Giang, Effect of Maleic Anhydride Grafted Ethylene Vinyl Acetate Compatibilizer on the Mechanical, Thermal Properties and Weathering Resistance of Polyamide 11/Bamboo Fiber Composite, Materials Transactions, 61 (8), 1527- 1534, (2020).

độc quyền sáng chế “Phương pháp sản xuất vật liệu compozit nhựa gỗ và vật liệu compozit nhựa gỗ thu được từ phương pháp này”, Số đơn SC 1- 2012- 01020, theo quyết định số 44562/QĐ- SHTT ngày 04/07/2017, Cục Sở hữu trí tuệ.

47. Do Van Cong, Nguyen Vu Giang, Tran Huu Trung, Pham Quoc Tuan, Nguyen Thi Thai, Do Quang Tham, Mai Van Tien, Dang Viet Quang, Novel biocomposite from polyamide 11 and jute fibres: the significance of fibre modification with SiO2 nanoparticles, Polymer International, 2021

Ảnh hưởng của hàm lượng sợi gai xanh đến tính chất cơ lý của