L ời cam đ oan
3.7. Những đóng góp mới của luận án
Về mặt học thuật: luận án là công trình đầu tiên nghiên cứu tạo vật liệu composite gỗ Cao su-nhựa PP 348 được nghiên cứu một cách có hệ thống và
đã sử dụng các mô hình toán học vào việc phân tích mối tương quan giữa các yếu tố công nghệ với chất lượng sản phẩm.
Về mặt lý luận: Luận án đã xác định được quy luật biểu diễn sự phụ
thuộc của khối lượng thể tích, độ hút nước, độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền va
đập vào tỷ lệ nhựa polypropylene 348/ maleic anhydride polypropylene /bột gỗ cao su; Đồng thời xác định được quy luật biểu diễn sự phụ thuộc của khối lượng thể tích, độ hút nước, độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền va đập vào nhiệt
độ ép, áp suất phun, thời gian ép.
Về mặt công nghệ: Có thể dự đoán được tính chất của vật liệu WPC thông qua các phương trình tương quan; Đồng thời đã xác định được tỷ lệ hợp lý giữa các thành phần và chế độ gia công hợp lý trên máy ép phun W-120B
Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa, bột gỗ, trợ tương hợp tới tính chất của vật liệu composite gỗ nhựa 4.1.1. Thực nghiệm tạo vật liệu WPC 4.1.1.1. Nguyên liệu
Nhựa nền polypropylene có tên thương mại là Moplen RP348N được sản xuất tại HMC Polymers Co., Ltd, Bangkok, Thái Lan.
Bột gỗ cao su được làm phế liệu gỗ như mùn cưa, phoi bào sau đó nghiền về kích thước (0,3- 0,45mm) được lấy từ Bình Dương.
Trợ tương hợp sử dụng là Scona TPPP 8112 GA được sản xuất tại BYK Kometra GmbH, Schkopau, Đức.
Phụ gia bôi trơn được sử dụng là BKY – P 4101 được sản xuất tại BYK Kometra GmbH, Schkopau, Đức.
4.1.1.2. Mô tả quá trình thí nghiệm
* Tạo bột gỗ
Quá trình tạo bột gỗ từ mùn cưa, bột chà nhám được thực hiện như sau: Thu gom nguyên liệu → Sấy khô vềđộẩm 3 - 5% → Nghiền tạo bột → Sàng phân loại (loại sàng 40 Mesh) → Đóng gói bột gỗ
Thu gom mùn cưa, bột chà nhám:Mùn cưa, bột chà nhá được lấy tại Công ty cổ phần ván ghép Năm Trung, Tân Đông Hiệp, Dĩ An, Bình Dương; sau đó loại bỏ tạp chất và làm sạch.
Sấy khô: sấy mùn cưa, bột chà nhám được thực hiện trên máy sấy kiểu trống quay. Nhiệt độ sấy từ 90oC-110oC trong khoảng thời gian từ 8 – 12giờ đểđạt độẩm cuối cùng là 3 - 5%.
hiện trên máy nghiền bột gỗ. Căn cứ vào yêu cầu về kích thước của bột gỗđể đặt kích thước mắt sàng của máy nghiền cho phù hợp. Trong nghiên cứu này kích thước mắt sàng được lựa chọn: 40 mesh (0,3 – 0,45 mm).
Đóng gói: do bột gỗ được sấy về độ ẩm từ 3-5% nên rất dễ hút ẩm, do vậy sau khi nghiền tạo bột gỗ, bột gỗđược cho vào các bao túi nilong đểđóng gói, tránh hiện tương hút ẩm cho bột gỗ.
* Tạo hạt gỗ nhựa
Quá trình tạo hạt gỗ nhựa là quá trình trộn các thành phần trong vật liệu composite gỗ nhựa. Phương án pha trộn được tiến hành thực nghiệm theo phương án đa yếu tố với hai yếu là tỷ lệ nhựa PP, tỷ lệ MAPP, còn tỷ lệ bột gỗ
sẽ thay đổi sao cho tổng (tỷ lệ nhựa PP + tỷ lệ MAPP + tỷ lệ bột gỗ) = 100(%).
Để hạn chế ma sát trong quá trình gia công nên quá trình tạo hạt cho thêm thành phần chất bôi trơn với tỷ lệ là 1/100 khối lượng so với tổng khối lượng 3 thành phần và được tính toán theo bảng 4.1.
Quá trình tạo hạt gỗ nhựa được tiến hành theo sơ đồở hình 4.1.
Hình 4.1: Sơđồ tạo hạt gỗ nhựa Bột gỗ Nhựa PP Phụ gia bôi trơn Trộn hợp Ép đùn (90 -180oC) Hạt gỗ - nhựa MAPP
Bảng 4.1: Kế hoạch pha trộn các thành phần tạo vật liệu Tỷ lệ thành phần theo khối lượng (%) Quy ra khối lượng cho một mẫu (Kg) Mẫu TN Nhựa PP MAPP Bột gỗ Nhựa PP MAPP Bột Gỗ Khối lượng 3 loại cho 1 mẫu (Kg) Phụ gia bôi trơn (Kg) Tổng khối lượng mẫu (Kg) 1 35.9 4.0 60.1 7.18 0.80 12.02 20 0.2 20.2 2 60.0 6.0 34.0 12.00 1.20 6.80 20 0.2 20.2 3 40.0 6.0 54.0 8.00 1.20 10.80 20 0.2 20.2 4 64.1 4.0 31.9 12.82 0.80 6.38 20 0.2 20.2 5 60.0 2.0 38.0 12.00 0.40 7.60 20 0.2 20.2 6 50.0 1.2 48.8 10.00 0.24 9.76 20 0.2 20.2 7 50.0 4.0 46.0 10.00 0.80 9.20 20 0.2 20.2 8 40.0 2.0 58.0 8.00 0.40 11.60 20 0.2 20.2 9 50.0 6.8 43.2 10.00 1.36 8.64 20 0.2 20.2 10 50.0 4.0 46.0 10.00 0.80 9.20 20 0.2 20.2 11 50.0 4.0 46.0 10.00 0.80 9.20 20 0.2 20.2
Trộn hỗn hợp: sau khi cân chính xác thành phần theo đúng tỷ lệ hỗn hợp được trôn đều trên máy quay ly tâm dạng trống quay để hỗn hợp được
đồng đều.
Ép đùn tạo hạt gỗ nhựa:tạo hạt gỗ nhựa tại công ty TNHH Chính Phát Thành, địa chỉ 11/11 đường 39, Linh Tây, Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh, điện thoại: 0838968098. Với thiết bị sử dụng trong thực nghiệm là máy ép đùn hai trục vít của Đài Loan, máy có 10 vùng nhiệt độ, đầu đùn có 5 lỗ đùn, đường kính lỗ đùn là 3,2mm. Chế độ tạo hạt gỗ nhựa với nhiệt độ các vùng là: T1:90oC, T2: 130oC, T3:140oC, T4: 140oC, T5: 150oC, T6: 150oC, T7: 145oC, T8
: 165oC, T9: 175oC, T10: 180oC. Sau khi ra khỏi máy sợi gỗ nhựa được làm nguội bằng không khí khi qua băng tải được chuyển qua máy cắt hạt để tạo hạt gỗ-nhựa với kích thước là 3,2x5mm. Sau đó sấy khô và đóng gói trong túi nilong như hình 4.2.
Hỗn hợp các thành phần Máy tạo hạt gỗ nhựa Hạt gỗ nhựa
Hình 4.2: Quá trình tạo hạt gỗ nhựa * Xác định nhiệt độ chảy mềm và chỉ số chảy
Nhiệt độ chảy mềm và chỉ số chảy của hạt gỗ - nhựa là những tính chất quan trọng để làm cơ sở để lựa chọn chế độ trong quá trình gia công vật liệu composite như nhiệt độ ép, áp suất phun, thời gian ép, tốc độ phun,...
Nhiệt độ chảy mềm được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D648 được thực hiện trên máy DSC 204 F1 Phoenix – NETZSCH với sự trợ giúp của que thủy tinh và máy tính tại khoa Công nghệ vật liệu Đại Học Bách Khoa TP. Hồ
Chí Minh, kết quả thu được thể hiện ở bảng 2.2.
Chỉ số chảy mềm được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D1238 ở nhiệt
độ 2300C, Tải trọng 5kg và được thực hiện trên máy OCA20- Dataph Ray – Ran 5 MPAC tại Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia, Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, kết quả thu được thể hiện ở bảng 4.2.
Bảng 4.2: Nhiệt độ chảy mềm và chỉ số chảy của hạt gỗ nhựa Tính theo tỷ lệ (%) Mẫu TN Nhựa PP MAPP Bột gỗ Nhiệt độ chảy mềm (oC) Chỉ số chảy (g/10phút) 1 35.9 4.0 60.1 112,2 22,36 2 60.0 6.0 34.0 102,4 30,00 3 40.0 6.0 54.0 103,5 29,32 4 64.1 4.0 31.9 108,3 28,27 5 60.0 2.0 38.0 114,9 37,38 6 50.0 1.2 48.8 106,9 34,28 7 50.0 4.0 46.0 96,4 10,60 8 40.0 2.0 58.0 105,7 24,27 9 50.0 6.8 43.2 101,6 22,45 10 50.0 4.0 46.0 96,2 10,66 11 50.0 4.0 46.0 96,5 10,63 * Ép tạo mẫu thí nghiệm
Các mẫu thử được gia công theo đúng tiêu chuẩn, và được ép trong khuôn định hịnh như hình 4.3
Hình 4.3: Mẫu thử tính chất cơ lý của vật liệu WPC
Hạt gỗ nhựa trước khi đem ép thành sản phẩm được kiểm tra độẩm. Độ ẩm hạt gỗ nhựa vượt quá 5% cần được sấy lại trực tiếp trên máy ép ở nhiệt
độ1 - 2giờ ở nhiệt độ 90 ± 5oC.
Chếđộ gia công mẫu thử như sau:
- Tốc độ phun (S1=60; S2=55; S3=50; S4=45)%
- Áp suất phun(P1=9,0; P2=8,5; P3=8,0; P4=7,5)MPa
- Thời gian ép 23s (thời gian phun 3s, thời gian là nguội 20s)
Máy ép sử dụng trong thực nghiệm là máy ép phun (W-120B Đài Loan) tại Trung Công Nghệ Cao, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ
Chí Minh.
* Xác định tính chất của vật liệu
Xác định các tính chất của vật liệu: mẫu sau khi ép để nguội ít nhất 24 giờ và xác định tính chất tại Trung tâm nghiên cứu chế biến lâm sản, giấy và bột giấy, Trường Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh và đạt được kết quả
tổng hợp như bảng 4.3. Bảng 4.3:Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới tính chất của WPC Dạng mã STT X1 X2 Y1 (g/cm3) Y2 (%) Y3 (MPa) (MPa) Y4 (KJ/mY5 2) 1 - 1,41 0 1.085 0.805 24.60 60.22 6.21 2 +1 +1 0.980 0.337 28.22 85.48 9.07 3 -1 +1 1.045 0.763 27.23 65.48 7.62 4 + 1,41 0 0.972 0.270 27.00 94.61 10.39 5 +1 -1 0.984 0.374 25.40 82.92 8.78 6 0 - 1,41 1.022 0.590 25.90 62.27 5.14 7 0 0 1.027 0.540 30.06 71.32 8.16 8 -1 - 1 1.070 0.764 24.20 56.37 4.13 9 0 + 1,41 1.009 0.534 29.00 71.22 7.52 10 0 0 1.023 0.523 30.50 72.05 8.34 11 0 0 1.027 0.531 30.06 71.43 8.41
4.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới khối lượng thể tích
Thông qua kết quả thí nghiệm tiến hành phân tích phương sai, kiểm tra sự tồn tại của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student và kiểm tra sự tồn tại của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher (phụ lục 1). Chúng tôi đã tìm được mối
quan hệ rất chặt giữa tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ với khối lượng thể
tíchthông qua phương trình tương quan và đồ thị sau:
Y1 = 1,0257 – 0,0391.X1 – 0,0059.X2 + 0,0053.X1.X2– 0,0057.X22(4.1)
Hình 4.4: Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới khối lượng thểtích
Qua nghiên cứu chúng tôi đã xác định được khi tỷ lệ nhựa tăng thì khối lượng thể tích giảm và ngược lại. Sở dĩ có hiện tượng như trên do khối lượng thể tích của nhựa PP là 0,9g/cm3; còn bột gỗ cao su do có lỗ mạch khá lớn,
đường kính trung bình từ 385-396μm khi ta nghiền về kích thước ≤ 0,45mm thì khoảng trống của ruột tế bào bị phá vỡ nên khi ép với áp suất phun từ 7,5- 9,0MPa các khoảng trống trong tế bào hầu như bị ép lại, lúc này khối lượng của bột gỗ có thể gần bằng với khối lượng riêng của vách tế bào (1,54g/cm3).
Việc tìm được quy luật và mô hình hóa ảnh hưởng củalệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới khối lượng thể tích có ý nghĩa là xác định nhanh được khối lượng thể tích theo các chế độ phối trộn khác nhau của các nguyên
liệu đầu vào đã sử dụng trong phạm vi chế độ gia công thực nghiệm đã khảo sát; như khối lượng thể tích lớn nhất là 1,089g/cm3 khi tỷ lệ thành phần là nhựa PP 35,9%/MAPP 1,7%/bột gỗ 62,4% tính theo khối lượng.
4.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ hút nước
Thông qua kết quả thí nghiệm tiến hành phân tích phương saikiểm tra sự tồn tại của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student và kiểm tra sự tồn tại của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher (phụ lục 2). Chúng tôi tìm được mối quan hệ rất chặt giữa tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ với độ hút nước thông qua phương trình tương quan và đồ thị sau:
Y2 = 0,5313 – 0,1970.X1 – 0,0147.X2 + 0,0179.X22 (4.2)
Hình4.5: Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗtới độ hút nước
Qua nghiên cứu chúng tôi đã xác định được khi tỷ lệ nhựa tăng thì độ
hút nước giảm nguyên nhân là do nhựa không hút nước và ngược lại khi tỷ lệ
nhựa giảm thì độ hút nước tăng do bột gỗ hút nước và nhựa bao bọc bột gỗ
MAPP từ 0 đến khoảng 4,5% thì độ hút nước có xu hướng giảm mạnh và sau
đó có xu hướng không giảm; Có hiện tượng như vậy là do MAPP liên kết với nhóm hydroxyl có trong thành phần của bột gỗ bằng liên kết este và liên kết vật lý. Trong vật liệu composite gỗ nhựa độ hút nước phụ thuộc vào độ hấp thụ nước của bột gỗ vì nhóm hydroxyl có trong thành phần bột gỗ có thể tạo liên kết với nước thông qua liên kết hydro. Nếu nhóm hydroxyl này giảm thì làm giảm mức độ hút nước của bột gỗ, khi đưa chất trợ tương hợp MAPP vào
đã tạo ra phản ứng hydro với nhóm hydroxyl của bột gỗ và làm giảm đi nhóm
ưa nước này, vì vậy khi đưa chất trợ tương hợp MAPP làm giảm mức độ hút nước của vật liệu.
Việc tìm được quy luật và mô hình hóa ảnh hưởng của lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ hút nước có ý nghĩa là xác định nhanh được độ hút nước khi tỷ lệ thành phần này thay đổi. Thông qua việc mô hình hóa mối quan hệ này đã xác định được độ hút nước nhỏ nhất sau 24 giờ ngâm trong nước là 0,25% khi tỷ lệ thành phần là nhựa PP 64,1%/ MAPP 4,8%/ bột gỗ
31,1% tính theo khối lượng.
4.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền kéo
Thông qua kết quả thí nghiệm tiến hành phân tích phương sai, kiểm tra sự tồn tại của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student và kiểm tra sự tồn tại của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher (phụ lục 3). Chúng tôi đã tìm được mối quan hệ rất chặt giữa tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ với độ bền kéo thông qua phương trình tương quan và đồ thị sau:
Hình 4.6: Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/bột gỗ/MAPP tới độ bền kéo
Việc tìm được quy luật và mô hình hóa ảnh hưởng của lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền kéo có ý nghĩa là xác định nhanh được độ bền kéo khi tỷ lệ thành phần này thay đổi. Thông qua việc mô hình hóa mối quan hệ
này đã xác định được độ bền kéo lớn nhất là 30,54MPa khi tỷ lệ thành phần là nhựa PP 51,5%/ MAPP 4,9%/ bột gỗ 43,6% tính theo khối lượng.
4.1.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền uốn
Thông qua kết quả thí nghiệm tiến hành phân tích phương sai, kiểm tra sự tồn tại của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student và kiểm tra sự tồn tại của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher (phụ lục 4). Chúng tôi đã tìm được mối quan hệ rất chặt giữa tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ với độ bền uốn thông qua phương trình tương quan và đồ thị sau:
Y4 = 71,5981 +11,9156.X1 +3,0450.X2 – 1,6375.X1.X2+3,0464.X12 -
Hình 4.7: Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/bột gỗ/MAPP tới độ bền uốn
Việc tìm được quy luật và mô hình hóa ảnh hưởng của lệ nhựa PP/MAPP/Bột gỗ tới độ bền uốn có ý nghĩa là xác định nhanh được độ bền uốn theo các chế độ phối trộn khác nhau của các nguyên liệu đầu vào mà nghiên cứu đã sử dụng trong phạm vi chếđộ gia công thực nghiệm đã khảo sát. Thông qua việc mô hình hóa quan hệ này đã xác định được độ bền uốn nhất là 86,16MPa khi tỷ lệ thành phần là nhựa PP 60,8%/ MAPP 4,3%/ bột gỗ 34,9% tính theo khối lượng.
4.1.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền va đập
Thông qua kết quả thí nghiệm tiến hành phân tích phương sai, kiểm tra sự tồn tại của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student và kiểm tra sự tồn tại của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher (phụ lục 5). Chúng tôi đã tìm được mối quan hệ rất chặt giữa tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ với độ bền va đập thông qua phương trình tương quan và đồ thị sau:
Hình 4.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗtới độ bền va đập
Việc tìm được quy luật và mô hình hóa ảnh hưởng của lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền va đập có ý nghĩa là xác định nhanh được độ bền va đập khi các tỷ lệ thành phần này thay đổi. Thông qua việc mô hình hóa này
đã xác định được độ bền vađập lớn nhất là 10,44KJ/m2 khi tỷ lệ thành phần là nhựa PP 64,1%/ MAPP 3,8%/ bột gỗ 32,1% tính theo khối lượng.
Nhận xét ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa/bột gỗ/MAPP tới độ bền WPC
Qua hình 4.6, 4.7, 4.8 ta thấy khi tỷ lệ nhựa PP, MAPP quá ít hoặc ít thì
độ bền đều không cao, sở dĩ có hiện tượng như vậy là do:
- Khi tỷ lệ nhựa nềnPP quá ít thì tỷ lệ cốt nhiều, khi đó pha cốt nhiều hơn pha nền do vậy nhựa nền không bao bọc được hết phần cốt, do đó liên kết