tính năng cơ học của vật liệu phức hợp Gỗ/ Polypropylene. Morrell, J và cộng sự (2006) tiến hành thử độ bền của vật liệu tổng hợp gỗ - nhựa... Tại Việt Nam, gần đây có nhiều nghiên cứu tập trung vào loại vật liệu này, là nước nơng nghiệp, do đó các loại phế liệu nơng nghiệp là rất phong phú đó là nguồn nguyên liệu dồi dào để chế tạo WPC. Các nghiên cứu của Đoàn Thị Thu Loan và cộng sự (2012), tiến hành các nghiên cứu nghiên cứu chế tạo vật liệu nhựa gỗ từ trấu và mùn cưa trên cơ sở nhựa Polyethylene, nghiên cứu vật liệu composite từ nhựa Vinyl ester và sợi đay. Cấn Duy Huân (2017), trong luận văn thạc sỹ của mình cũng đã tiến hành nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ Polyehylen tái chế với mùn cưa. Tất cả các nghiên cứu đều cho thấy quá trình kết hợp giữa gỗ và nhựa là rất khả thi, tạo ra vật liệu mới thân thiện với môi trường giảm thiểu áp lực trong sử dụng nguyên liệu gỗ tự nhiên.
Cỏ Voi là sản phẩm nông nghiệp dùng làm thức ăn gia súc, có nguồn gốc từ Nam Phi, phân bố rộng rãi ở các nước nhiệt đới trên thế giới. Cỏ Voi trồng ở nhiều nước từ châu Á, châu Phi, châu Mỹ la tinh, châu Úc. Ở Việt Nam, cỏ Voi còn được gọi là cỏ Huế vì lần đầu tiên lấy giống từ Thừa Thiên Huế đưa ra Bắc (1908). Cỏ Voi có khả năng phịng chống sâu bệnh, chịu được khí hậu khắc nghiệt ở nhiều vùng miền. Khi nhiệt độ xuống thấp 2 - 30C, lá cỏ Voi vẫn không bị cháy. Khả năng sinh trưởng của cỏ Voi khá nhanh. Thời gian thu hoạch từ 60 ngày sau khi trồng, những lần thu hoạch sau cách lần trước 30 - 45 ngày. Cỏ Voi có năng suất lớn từ 100-300 tấn/ha/năm và có thể lên đến 500 tấn/ha/năm. Việc nghiên cứu sử dụng ngun liệu từ nơng nghiệp có ý nghĩa to lớn trong việc đa dạng hóa các sản phẩm, góp phần làm giảm sức ép đối với nhu cầu gỗ tự nhiên, bảo vệ rừng và nâng cao giá trị của các sản phẩm có nguồn gốc từ nơng nghiệp. Hiện nay, ở Việt Nam với sự phát triển của ngành chăn nuôi gia súc nhu cầu về cỏ ngày càng tăng đặt ra cần phải quy hoạch diện tích trồng cỏ ở các địa phương có ngành chăn ni phát triển. Theo hướng của Bộ NN&PTNT đến 2020 đưa diện tích trồng cỏ ở nước ta lên 500.000 ha. Cỏ Voi với nhiều lợi thế về sinh trưởng, khả năng thích nghi với nhiều
điều kiện khí hậu, dinh dưỡng cho gia súc, năng suất cao đang được trồng ở nhiều nơi và ngày càng phát triển. Trong nghiên cứu này, đã sử dụng sợi cỏ Voi và nhựa Polyethylene PE tỉ trọng cao (HDPE) làm nguyên liệu chính chế tạo vật liệu phức hợp WPC. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ trọng lượng sợi cỏ và nhựa PE, kích thước sợi, tỉ lệ chất tương tác PE-MAH đến tính chất của vật liệu WPC.
2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu thí nghiệm
Cỏ Voi được cắt vào tháng 9, tháng 10, sau khai thác lần trước 30 đến 45 ngày. Chọn lấy phần thân cây sau đó được nghiền bằng máy nghiền tạo ra sợi cỏ voi có kích thước sợi <0.45mm; Cỏ Voi có thành phần chính giống gỗ, chủ yếu là cellulose, hemicellulose và lignin ba hợp chất polyme hữu cơ tự nhiên. Ngồi ra, có hàm lượng tro và một số lượng nhỏ các chất chiết xuất phức tạp. Trong đó tỉ lệ cellulose, hemicellulose 68 – 72%, và lignin 14 - 18% cịn lại là các chất vơ cơ và các chất chiết xuất khác, Wu yingshan (2013);
Nhựa HDPE, dạng hạt màu trắng, khơng mùi khơng vị, khơng độc. Nhiệt độ nóng chảy bình quân 130oC, tỉ trọng 0.941-0.960;
Chất tương hợp maleic anhydride (PE-MAH), cơng thức hóa học C4H2O3, hàm lượng ≥ 99.5%, tỉ lệ kết nhánh 0.7-1.2%. PE-MAH có màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 52-54oC.
2.2. Thiết bị thí nghiệm
- Máy nghiền FZ120 (Trung Quốc), tốc độ: 1400r/phút, đường kính buồng nghiền: 102mm, đường kính lỗ sàng: 0,5, 1, 1,5mm (3 loại có thể thay thế), độ mịn: 60-120 mắt, trọng lượng mỗi lần nghiền: ≤50g.
- Sàng có kích thước đường kính và chiều cao: 250mm x 50mm, kích thước lỗ sàng: 0,45mm - 38 mắt; 0,30mm - 50 mắt; 0,15mm - 100 mắt.
- Máy ép đùn tạo hạt nhựa phức hợp Thermo Scientific Haake minilab (Đức). Số lượng trục vít 2 trục, đường kính trục vít 16mm; 24mm, lưu lượng ép đùn cao nhất 50kg/h. Sử dụng chế tạo vật liệu phức hợp từ nhựa nóng chảy.
CHẾ BIẾN GỖ
54 TẠP CHÍ KHOA HỌC NƠNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN - SỐ 2 (11/2019) - Máy ép tạo mẫu thí nghiệm loại XLB- D/Q
300×350 (Trung Quốc). Máy ép nhiệt phẳng, ép ngang, độ rộng bàn ép 350 x 350mm, hành trình tối đa 370mm, áp suất danh nghĩa 250 (MN).
- Cân kỹ thuật; Tủ sấy: loại DHG-9030A. - Bể nước ổn nhiệt: loại HH-4.
- Máy kiểm tra vật liệu vạn năng DR-6000A (Trung Quốc), kiểm tra các tính chất cơ học của các vật liệu kim loại và phi kim loại khác nhau như kéo dài, nén, uốn, cắt, rách, bong tróc và đâm thủng ở tốc độ không đổi. Hành trình tối đa 950mm (khơng kẹp), độ rộng cho phép 445mm, tốc độ kiểm tra 0,001 ~ 1000mm/phút, độ chính xác của tốc độ ≤ ± 0,3%.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa:
Kế thừa, tham khảo các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước.
- Phương pháp thực nghiệm:
Sử dụng phương pháp ma trận trực giao L9(34), bố trí thực nghiệm với 3 nhân tố và mỗi nhân tố có 3 cấp ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm. Phương pháp này được bố trí với 9 cơng thức thí nghiệm và được lặp lại 3 lần, Liu Wenqing (2005). Chế độ ép được cố định với nhiệt độ 170oC, áp suất ép 8Mpa.
Bảng 1. Nhân tố ảnh hưởng và các cấp nhân tố
TT Các cấp nhân tố Kích thước Sợi(mm) Nhựa/SợiTỉ lệ Tỉ lệ Nhựa/Chất tương hợp Nhiệt độ/ oC Áp suất ép/MPa
1 k1 <0.15 100/40 100/4 170 8
2 k2 0.15-0.30 100/60 100/8 170 8
3 k3 0.30-0.45 100/80 100/12 170 8
Bảng 2. Thiết kế ma trận thí nghiệm theo cấp của các nhân tố ảnh hưởng Thí
nghiệm Kích thước Sợi(mm) Nhựa/SợiTỉ lệ Tỉ lệ Nhựa/Chất tương hợp Nhiệt độ/ oC Áp suất ép/MPa
1 <0.15 100/40 100/4 170 8 2 <0.15 100/60 100/8 170 8 3 <0.15 100/80 100/12 170 8 4 0.15-0.30 100/40 100/8 170 8 5 0.15-0.30 100/60 100/12 170 8 6 0.15-0.30 100/80 100/4 170 8 7 0.30-0.45 100/40 100/12 170 8 8 0.30-0.45 100/60 100/4 170 8 9 0.30-0.45 100/80 100/8 170 8 - Phương pháp xử lý số liệu:
Xử lý bằng thống kê toán học, áp dụng phương pháp xử lý số liệu thống kê trên Excel.
2.4. Tiến hành thí nghiệm
2.4.1. Sơ đồ công nghệ
Sơ đồ công nghệ chế tạo vật liệu phức hợp WPC như sau:
Sợi cỏ Qua sàng Sấy khô Nhựa HDPE
CHẾ BIẾN GỖ
Sợi cỏ được sàng qua 3 loại sàng thu được 3 loại kích thước sợi cỏ: <0.15mm; 0.15 - 0.30mm; 0.30 - 0,45mm. Sợi cỏ được đưa vào tủ sấy ở 100oC trong 2h, độ ẩm đạt khoảng 3-5%. Theo công thức thực nghiệm được thiết kế nhựa HDPE, chất tương tác PE-MAH, sợi cỏ được đưa vào máy trộn, trộn đều theo tỉ lệ là cứ 100 phần trọng lượng nhựa có tỉ lệ sợi cỏ: 40, 60, 80 phần; Tỉ lệ chất tương hợp PE-MAH là: 4, 8, 12 phần trọng lượng. Nhiệt độ máy ép đùn tạo hạt phức hợp 170oC, áp suất ép 8MPa. Mẫu thí nghiệm được ép trên khn phẳng sau đó được kiểm tra tính chất cơ lý: độ bền kéo, ứng suất kéo, độ bền uốn tĩnh, ứng suất uốn và tính chịu nước. Để kiểm tra khả năng chịu nước, mẫu thí nghiệm được ngâm
trong nước ở nhiệt độ 20oC và 70oC trong thời gian 7 ngày, sau đó đem cân trọng lượng.
2.4.2. Mẫu thí nghiệm được tiến hành kiểm tra tính chất tính chất
- Cường độ kéo, ứng suất kéo theo tiêu chuẩn GB1040-1992 (Trung Quốc), tốc độ kéo 10mm/phút;
- Cường độ uốn tĩnh, ứng suất uốn tĩnh theo tiêu chuẩn GB9341-2000 (Trung Quốc), tốc độ 2mm/phút;
- Cân trọng lượng trước và sau khi ngâm nước.