CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.7. Đánh giá kết quả kéo sợi khóm pha bơng trên dây chuyền kéo sợi bông
Xơ khóm là một loại xơ khá mới ở Việt Nam và chưa có dây chuyền kéo sợi chuyên biệt. Vì vậy để đánh giá khả năng kéo sợi – dệt vải của xơ khóm trong nghiên cứu này sẽ tiến hành pha trộn xơ khóm với xơ bơng và sẽ được kéo sợi trên dây chuyền kéo sợi của bơng. Bên cạnh đó, để đánh giá được tiềm năng của xơ khóm trong dệt may thì nghiên cứu này cịn tiến hành kéo sợi 100% Cotton, sợi PALF pha xơ bông với tỷ lệ pha trộn lần lượt là 30P/70C và 50P/50C trong cùng điều kiện kéo sợi để đánh giá độ bền của sợi 100% cotton, sợi 30P/70C và sợi 50P/50C. Kết quả thử nghiệm độ bền kéo của 3 loại sợi này lần lượt được thể hiện trong bảng 3.9, bảng 3.10 và bảng 3.11.
106
Bảng 3.9: Thông số sợi 100% cotton
Lực kéo đứt cN Bền kéo cN/tex Độ giãn đứt %
Thời gian S Công kéo đứt cN.cm 1 384.5 11.0 7.7 4.6 770.5 2 377.4 10.8 8.2 5.0 810.0 3 355.2 10.1 8.4 5.1 786.2 4 334.5 9.6 8.5 5.2 747.5 5 285.9 8.2 6.8 4.1 515.6 6 304.6 8.7 7.6 4.6 613.4 7 299.0 8.5 7.7 4.6 605.4 8 343.7 9.8 8.5 5.2 770.8 9 330.9 9.5 7.7 4.6 667.2 10 228.3 6.5 6.2 3.7 379.0 AV 324.4 9.27 7.73 4.67 666.56
Độ bền kéo đứt trung bình 9.27 cN/tex Độ lệch chuẩn lực kéo đứt s = 1.34
Độ lặp lại 𝑟 = 2√2 × 𝑠 = 2√2 × 1.34 = 3.79
Dựa vào độ lặp lại r vừa tính ở bảng 3.9, ta thấy khơng có giá trị nào trong độ bền kéo đứt vượt quá r, nên độ bền kéo trung bình được tính là trung bình cộng các lần đo.
107
Bảng 3.10: Thông số sợi PALF pha bông 30P/70C
Lực kéo đứt cN Bền kéo cN/tex Độ giãn đứt %
Thời gian S Công kéo đứt cN.cm 1 554.7 15.8 10.0 6.0 1435.5 2 417.3 11.9 7.9 4.8 856.9 3 521.3 14.9 9.1 5.5 1228.1 4 534.8 15.3 9.9 6.1 1372.0 5 507.7 14.5 8.5 5.2 1117.7 6 504.6 14.4 9.9 6.0 1287.2 7 541.1 15.5 10.1 6.1 1414.2 8 544.4 15.6 9.7 5.8 1360.8 9 430.0 12.3 8.3 5.0 930.9 10 519.0 14.8 9.8 5.9 1310.4 AV 507.49 14.5 9.32 5.64 1231
Độ kéo đứt trung bình 14.5 cN/tex
Độ lệch chuẩn của độ bền kéo đứt s = 1.35 Độ lặp lại 𝑟 = 2√2 × 𝑠 = 2√2 × 1.35 = 3.82
Tương tự như độ bền kéo đứt của sợi 100% cotton ở trên, ở sợi pha 30P/70C khơng có hiệu hai độ bền nào vượt quá độ lặp lại r được tính là trung bình cộng của các lần đo.
108
Bảng 3.11: Thông số sợi PALF pha bông 50P/50C
Lực kéo đứt cN Bền kéo cN/tex Độ giãn đứt %
Thời gian S Công kéo đứt cN.cm 1 329.4 9.4 8 5 693.6 2 371 10.6 7 4.2 676.3 3 96.8 2.8 1.5 0.9 43.2 4 372.9 10.7 6.9 4.2 669.8 5 441.4 12.6 8.1 4.9 934.6 6 146.2 4.2 2.7 1.6 109.4 7 367.6 10.5 6.3 3.8 605 8 143.3 4.1 2.9 1.8 116.8 9 326.9 9.3 5.8 3.5 501.8 10 373.3 10.7 6.1 3.7 600.2 AV 296.88 8.49 5.53 3.36 495.07
Độ bền kéo đứt trung bình 8.49 cN/tex Độ lệch chuẩn s = 3.44
Độ lặp lại 𝑟 = 2√2 × 𝑠 = 2√2 × 3.44 = 9.73
Đối với độ bền kéo đứt của sợi 50P/50C, ta nhận thấy có hiệu hai giá trị lớn hơn độ lặp lại r, nên lực kéo trung bình khơng được tính bằng trung bình cộng các lần đo. Ngồi ra, tuy trong bảng có xuất hiện một số giá trị độ bền kéo đứt nhỏ hơn nhiều so với các giá trị khác. Tuy nhiên các giá trị này không thể được coi là số lạc (vì tần suất xuất hiện khoảng 30%), nên giá trị trung bình này sẽ khơng có độ tin cậy. Ta có thể kết luận rằng: xơ PALF trong điều kiện phân tách của nghiên cứu này khi trộn với bông theo tỷ lệ 50/50 mang lại hiệu quả kéo sợi khơng cao.
Đồ thị ở hình 3.22 cũng biểu hiện sự biến thiên không đều của lực kéo đứt sợi PALF pha bơng 50P/50C. Cịn lực kéo đứt đối với sợi 30P/70C theo kết quả và hình ảnh minh họa
109 khá tốt. Ngồi ra, lực kéo đứt của sợi 100% Cotton và sợi 30P/70C khá chênh lệch, trong đó khả năng chịu lực của sợi 30P/70C tốt hơn so với sợi 100% bơng.
Hình 3.18: Đồ thị biểu hiện mối quan hệ giữa lực kéo đứt và thời gian kéo đứt
Ngoài ra, quan sát biểu đồ so sánh độ bền của sợi bơng 100%, sợi khóm pha bơng 30P/70C và sợi khóm pha bơng 50P/50C ở hình 3.23 bên dưới ta thấy rằng, khi pha trộn tỷ lệ xơ khóm và xơ bơng phù hợp thì sợi tạo nên sẽ cho độ bền tốt hơn so với sợi 100 % bông. Cụ thể sợi pha trộn giữa xơ khóm và xơ bơng theo tỷ lệ 30/70 cho độ bền là 14.5 cN/tex cao hơn so với sợi 100 % bông là 9.27 cN/tex. Điều này cho thấy xơ khóm hồn tồn có khả năng ứng dụng trong kéo sợi.
0 100 200 300 400 500 600 0.9 1.6 1.8 3.5 3.7 3.8 4.1 4.2 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.5 5.8 5.9 6 6.1 Lự c kéo cN Thời gian (S) 100% Cotton 30P/70C 50C/50P
110
Hình 3.19: Biểu đồ so sánh độ bền của sợi bông 100%, sợi khóm pha 30P/70C và sợi khóm pha 50P/50C
Ngồi ra để đánh giá khả năng dệt vải của sợi khóm pha bông, trong giới hạn của bài nghiên cứu chỉ đánh giá khả năng dệt kim của loại sợi này, tiến hành so sánh độ bền kéo đứt của sợi này với sợi tiêu chuẩn cho dệt kim. Kết quả cho thấy với độ bền kéo đứt của sợi khóm pha là 14.5 cN/tex cao hơn yêu cầu tiêu chuẩn về độ bền của sợi dệt kim là >10 cN/tex. Do đó, về mặt lý thuyết sợi hồn tồn có thể dệt kim. Tiến hành dệt thử mẫu vải trên máy dệt kim thí nghiệm và được sản phẩm như hình bên dưới.
Hình 3.20: Sợi khóm pha bơng dệt trên máy dệt kim và vải sau dệt 9.27 14.5 8.49 0 3 6 9 12 15 18
Sợi 100% Cotton Sợi 30P/70C Sợi 50P/50C
111
3.8. Kết luận
Bài nghiên cứu tìm hiểu các phương pháp phân tách xơ khóm. Xây dựng quy trình phân tách xơ từ lá khóm bao gồm q trình tiền xử lý xơ và xử lý hóa học xơ khóm với NaOH. Tiến hành thử nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố nồng độ, thời gian và nhiệt độ đến hiệu quả xử lý xơ khóm, từ đó lựa chọn quy trình và điều kiện xử lý phù hợp để sản xuất xơ với số lượng đủ để kéo sợi khóm pha bơng trên dây chuyền kéo sợi bông. Mẫu xơ sau khi xử lý hóa học với NaOH cũng được đánh giá về khối lượng riêng và so sánh với các xơ cellulose khác, đánh giá độ hồi ẩm. Mẫu sợi khóm pha bông sau khi sản xuất sẽ được thử nghiệm độ bền và so sánh với sợi 100% bông trong cùng điều kiện sản xuất và thí nghiệm để đánh giá khả năng dệt vải của sợi khóm pha bơng sản xuất được. Kết quả nghiên cứu cho thấy:
Thứ nhất, nhiệt độ, nồng độ và thời gian xử lý đều ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý xơ. Dựa trên
các hình ảnh chụp SEM hình thái học bề mặt và đường kính xơ đo được thơng qua ảnh SEM có thể thấy rằng, đối với hiệu quả loại bỏ các tạp chất và không làm tách các xơ đơn ra khỏi bề mặt xơ thì xơ đạt hiệu quả xử lý tốt nhất ở 3 phương án (Phương án 1: ở nhiệt độ phòng, nồng độ NaOH 5%, thời gian xử lý 4 giờ; Phương án 2: ở nhiệt độ phòng, nồng độ NaOH 5%, thời gian xử lý 5 giờ và Phương án 3: ở nồng độ NaOH 5% trong 4 giờ, nhiệt độ 50oC). Xét về đường kính xơ và bề mặt xơ sau khi xử lý hóa học khơng bị tách các xơ đơn thì có 2 phương án tốt nhất là phương án 1: ở nhiệt độ phòng, nồng độ NaOH 5%, trong 5 giờ và phương án 2: ở nhiệt độ phòng, nồng độ NaOH 5% trong 4 giờ, kế đến là NaOH 5% trong 4 giờ ở 40oC và cuối cùng là NaOH 5% trong 4 giờ ở 50oC. Tuy nhiên, do mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá tiềm năng của xơ khóm trong kéo sợi – dệt vải nên mặc dù phương xử lý với NaOH 5%, trong 4 giờ ở 50oC được chọn để thử nghiệm khả năng kéo sợi.
Thứ 2, khối lượng riêng của mẫu xơ sau xử lý là 1.44 g/cm3 thấp hơn so với các xơ cellulose khác như bông hay viscose, nhưng cao hơn so với các xơ protein như len hay tơ tằm. Độ hồi ẩm của PALF sau xử lý hóa học thấp hơn so với trước xử lý. Cụ thể, độ hồi ẩm của PALF sau xử lý (NaOH 5%, 4 giờ, 50oC) là 8.6%, giảm 35.6% so với PALF trước xử lý hóa học (13.36%).
Thứ 3, Sợi khóm pha bơng theo tỷ lệ 30/70 (30P/70C) cho độ bền tốt hơn so với sợi 100%
bông trong cùng điều kiện kéo sợi và thử nghiệm. Cụ thể độ bền của sợi 30P/70C là 14.5 cN/tex cao hơn so với sợi bông 100% là 9.27 cN/tex.
112 Với tiềm năng trong kéo sợi - dệt vải, việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến q trình phân tách xơ khóm là cần thiết giúp xơ khóm phân tách tốt hơn, đạt được độ mảnh, độ đều và các tính chất cơ lý cần thiết cho kéo sợi – dệt vải và tạo các sản phẩm may mặc. Nghiên cứu tỷ lệ pha trộn xơ khóm với bơng hoặc nghiên cứu dây chuyền kéo sợi chuyên biệt cho xơ khóm là các vấn đề cần được nghiên cứu phát triển. Ngồi ra, để có thể xử lý xơ khóm với quy mơ lớn địi hỏi phải có một thiết bị sơ chế ban đầu giúp loại bỏ phần thịt lá, nâng cao năng suất và hiệu quả phân tách xơ khóm.
113
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] M. Asim et al., "A review on pineapple leaves fibre and its composites," vol. 2015, 2015. [2] "<Báo cáo ngành trồng trọt tại Việt Nam năm 2017.pdf>."
[3] R. R. Franck, Bast and other plant fibres. Crc Press, 2005.
[4] S. Banik, D. Nag, and S. Debnath, "Utilization of pineapple leaf agro-waste for extraction of fibre and the residual biomass for vermicomposting," 2011.
[5] S. A. Binti Yahya and Y. Yusof, "Comprehensive review on the utilization of PALF," in
Advanced Materials Research, 2013, vol. 701, pp. 430-434: Trans Tech Publ.
[6] H. Palonen, Role of lignin in the enzymatic hydrolysis of lignocellulose. VTT Technical
Research Centre of Finland, 2004.
[7] M. Kabir, H. Wang, K. Lau, and F. J. C. P. B. E. Cardona, "Tensile properties of chemically treated hemp fibres as reinforcement for composites," vol. 53, pp. 362-368, 2013.
[8] A. M. R. Galletti, C. J. B.-f. B. t. C. Antonetti, and G. Fuels. de Gruyter, Berlin, "Biomass pretreatment: separation of cellulose, hemicellulose, and lignin–existing technologies and perspectives," pp. 101-121, 2012.
[9] S. Mishra, A. K. Mohanty, L. T. Drzal, M. Misra, G. J. M. M. Hinrichsen, and Engineering, "A review on pineapple leaf fibers, sisal fibers and their biocomposites," vol. 289, no. 11, pp. 955-974, 2004.
[10] A. A. Modenbach and S. E. J. T. o. t. A. Nokes, "Effects of sodium hydroxide pretreatment on structural components of biomass," vol. 57, no. 4, pp. 1187-1198, 2014.
[11] M. Asim, M. Jawaid, K. Abdan, and M. Nasir, "Effect of Alkali treatments on physical and Mechanical strength of Pineapple leaf fibres," in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, vol. 290, no. 1, p. 012030: IOP Publishing.
[12] P. Eronen, M. Österberg, and A.-S. J. C. Jääskeläinen, "Effect of alkaline treatment on cellulose supramolecular structure studied with combined confocal Raman spectroscopy and atomic force microscopy," vol. 16, no. 2, pp. 167-178, 2009.
[13] M. S. Huda, L. T. Drzal, A. K. Mohanty, and M. J. C. I. Misra, "Effect of chemical modifications of the pineapple leaf fiber surfaces on the interfacial and mechanical properties of laminated biocomposites," vol. 15, no. 2-3, pp. 169-191, 2008.
[14] K. Senthilkumar et al., "Effect of alkali treatment on mechanical and morphological properties of pineapple leaf fibre/polyester composites," vol. 27, no. 6, pp. 1191-1201, 2019.
[15] J. Siregar, S. Sapuan, M. Rahman, H. J. J. o. F. Zaman, Agriculture, and Environment, "The effect of alkali treatment on the mechanical properties of short pineapple leaf fibre (PALF) reinforced high impact polystyrene (HIPS) composites," vol. 8, no. 2, pp. 1103-1108, 2010. [16] M. C. J. P. Jarvis, Cell and Environment, "Structure and properties of pectin gels in plant cell
walls," vol. 7, no. 3, pp. 153-164, 1984.
[17] P. Hazarika, D. Hazarika, B. Kalita, N. Gogoi, S. Jose, and G. Basu, "Development of Apparels from Silk Waste and Pineapple Leaf Fiber," Journal of Natural Fibers, vol. 15, no. 3, pp. 416-424, 2018/05/04 2018.
[18] M. J. John and R. D. J. P. c. Anandjiwala, "Recent developments in chemical modification and characterization of natural fiber‐reinforced composites," vol. 29, no. 2, pp. 187-207, 2008.
114
[19] A. Hendriks and G. J. B. t. Zeeman, "Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass," vol. 100, no. 1, pp. 10-18, 2009.
[20] S. Kaewpirom, C. J. F. Worrarat, and Polymers, "Preparation and properties of pineapple leaf fiber reinforced poly (lactic acid) green composites," vol. 15, no. 7, pp. 1469-1477, 2014. [21] M. C. A. Teles et al., "Evaluation of the diameter influence on the tensile strength of pineapple
leaf fibers (PALF) by Weibull method," vol. 18, pp. 185-192, 2015.
[22] S. S. Munawar, K. Umemura, and S. J. J. o. W. S. Kawai, "Characterization of the morphological, physical, and mechanical properties of seven nonwood plant fiber bundles," vol. 53, no. 2, pp. 108-113, 2007.
[23] Y.-F. Shih, J.-X. Cai, C.-S. Kuan, and C.-F. J. C. P. B. E. Hsieh, "Plant fibers and wasted fiber/epoxy green composites," vol. 43, no. 7, pp. 2817-2821, 2012.
[24] N. Kengkhetkit, T. J. I. C. Amornsakchai, and Products, "Utilisation of pineapple leaf waste for plastic reinforcement: 1. A novel extraction method for short pineapple leaf fiber," vol. 40, pp. 55-61, 2012.
[25] K. P. Kumar, A. S. J. J. J. o. R. P. Sekaran, and Composites, "Some natural fibers used in polymer composites and their extraction processes: a review," vol. 33, no. 20, pp. 1879-1892, 2014.
[26] R. D. Anandjiwala, M. J. I. A. o. N. F. S. John, Properties, and T. Applications, "Sisal- cultivation, processing and products," pp. 181-95, 2010.
[27] Y. Yusof, S. A. Yahya, and A. J. P. C. Adam, "Novel technology for sustainable pineapple leaf fibers productions," vol. 26, pp. 756-760, 2015.
[28] L. Sisti, G. Totaro, M. Vannini, and A. Celli, "Retting Process as a Pretreatment of Natural Fibers for the Development of Polymer Composites," 2018, pp. 97-135.
[29] Huỳnh Văn Trí, Vật liệu may. TP. Hồ Chí Minh: Nhà xuất bản Đại Học Công nghiệp, 2016. [30] W. Sricharussin, P. Ree-iam, W. Phanomchoeng, and S. J. S. A. Poolperm, "Effect of
enzymatic treatment on the dyeing of pineapple leaf fibres with natural dyes," vol. 35, no. 1, pp. 31-36, 2009.
[31] S. Kalia, B. S. Kaith, and I. Kaur, "Pretreatments of natural fibres and their application as reinforcing material in polymer composites - a review," Polym Eng Sci, vol. 49, pp. 131-135, 06/09 2009.
[32] Z. Ren et al., "Effect of alkali treatment on interfacial and mechanical properties of kenaf fibre reinforced epoxy unidirectional composites," vol. 48, no. 1, pp. 173-181, 2019.
[33] J. De and R. Baxi, Individual and Combined Effect of Mercerization and Silane Coupling Agent Treatment on Mechanical Properties of Bamboo Fibre Composite. 2016.
[34] J. Siregar, S. Sapuan, M. Z. A. Rahman, and K. Zaman, "Effects of alkali treatments on the tensile properties of pineapple leaf fibre reinforced high impact polystyrene composites,"
Pertanika Journal of Science and Technology, vol. 20, pp. 409-414, 07/01 2012.
[35] D. Ciolacu, V. I. J. C. c. Popa, and technology, "Structural changes of cellulose determined by dissolution in aqueous alkali solution," vol. 39, no. 3/4, p. 179, 2005.
[36] M. Asim, M. Jawaid, K. Abdan, and M. R. J. J. o. B. E. Ishak, "Effect of alkali and silane treatments on mechanical and fibre-matrix bond strength of kenaf and pineapple leaf fibres," vol. 13, no. 3, pp. 426-435, 2016.
115
[37] J. George, S. Bhagawan, S. J. C. S. Thomas, and Technology, "Effects of environment on the properties of low-density polyethylene composites reinforced with pineapple-leaf fibre," vol. 58, no. 9, pp. 1471-1485, 1998.
[38] N. Nguyễn, B. Phan, and S. Huỳnh, "Một số thay đổi về tính chất sợi dứa Việt Nam bằng phương pháp xử lý trong dung dịch Sodium Hydroxide = Changes of vietnamese sisal fibres properties after Sodium Hydroxide treatment," Tạp chí phát triển Khoa học và Cơng nghệ,