Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp được chế tạo từ hai hay nhiều thành phần khác nhau, nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn những vật liệu thành phần ban đầu. Tính ưu việt của vật liệu composite là khả năng thiết kế các kết cấu và vật liệu theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn. Các thành phần cốt của composite có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật liệu nền là thành phần liên kết tạo nên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Đặc tính nổi bật của vật liệu composite là nhẹ, độ bền riêng cao, chịu môi trường, dễ lắp đặt, và các đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với môi trường ăn mòn hóa học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp. Khi chế tạo ở một nhiệt độ, áp suất nhất định dễ triển khai được các phương pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất [14].
Thời đại ngày nay với sự ra đời của hàng loạt các sản phẩm kỹ thuật công nghệ đã làm cho đời sống con người ngày càng được nâng cao. Song cùng với quá trình phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp trong những thập niên gần đây, đã làm phát sinh nhiều vấn đề nguy cơ và thách thức to lớn, trong đó có vấn nạn ô nhiễm môi trường.
Ngày nay, nhu cầu về vật liệu cung cấp cho các ngành công nghiệp như hàng hải, ô tô, hàng không, đang ngày càng lớn mạnh. Do đó, một phần lớn vật liệu composite được sản xuất để đáp ứng nhu cầu này. Mặc dù việc xử lý các nguồn phế thải vật liệu composite đã được chú trọng rất nhiều nhưng chưa có biện pháp thiết thực để xử lý chúng. Bên cạnh đó, phương pháp phổ biến chế tạo các vật liệu composite hiện nay là phương pháp đắp tay (hand-lay up). Đây là phương pháp gia công khuôn hở nên lượng dung môi dễ tỏa vào môi trường và người lao động phải thường xuyên tiếp xúc với nhiều loại dung môi độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe người công nhân.
Vật liệu composite hiện nay chủ yếu thường sử dụng các nguồn nguyên liệu như sợi và nhựa tổng hợp. Việc sử dụng chúng ảnh hưởng đến môi trường do chúng không thể tái chế được. Ngoài ra, việc gia công khuôn hở đang dần được thay thế bằng gia công khuôn kín vì chúng hạn chế ô nhiễm môi trường và tiết kiệm được nguyên vật liệu. Chính vì thế, vấn đề đặt ra trong xu thế hiện nay là sử dụng những loại vật liệu mang tính thân thiện với môi trường và các phương pháp gia công đảm bảo an toàn cho người lao động.
Nhằm hướng tới mục đích như trên, đề tài này đã được thực hiện để khảo sát những mục tiêu sau :
- Ảnh hưởng của việc tách sợi đến độ bền composite.
- Ảnh hưởng của các dạng, cấu trúc preform đến độ bền composite.
- Tìm phương pháp để gia công tấm mat sợi xơ dừa.
- Khả năng thay thế sợi xơ dừa đối với sợi thủy tinh.
73 trang |
Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 4928 | Lượt tải: 3
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của hình dạng sợi đến cơ tính vật liệu composite, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI CẢM TẠ
Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, nhờ sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong Khoa Công Nghệ đã giúp em có đủ điều kiện để hoàn thành đề tài của mình.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức chuyên môn bổ ích và luôn tạo điều kiện học tập cho em trong suốt quá trình học tập nói chung và luận văn tốt nghiệp nói riêng.
Em xin cảm ơn đến thầy Trương Chí Thành đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm cuộc sống cho em trong thời gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn đến thầy Lê Đức Duy, thầy Nguyễn Việt Bách, chị Lê Anh Phương đã nhiệt tình giúp đỡ và hỗ trợ trang thiết bị cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Con xin cảm ơn gia đình đã luôn bên con và nâng đỡ, động viên con trong suốt quá trình học tập, tạo mọi điều kiện thuận lợi về vật chất và tinh thần cho con trong suốt quá trình học tập tại trường.
Xin cảm ơn những người bạn Công nghệ hóa K30 đã luôn bên cạnh động viên và nhiệt tình giúp đỡ tôi vượt qua mọi trở ngại trong cuộc sống và học tập tại trường.
Nguyễn Phước Duy
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
……000……
Cần Thơ, ngày……tháng……năm 2008
Cán bộ hướng dẫn
Trương Chí Thành
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
……000……
Cần Thơ, ngày……tháng……năng 2008
Cán bộ phản biện
Nguyễn Minh Trí Đặng Tấn Tài
MỤC LỤC
Chương 1: Giới Thiệu Chung 1
Chương 2: Lược Khảo Tài Liệu 3
2.1. Tổng quan về nhựa polyester không no và sợi xơ dừa 3
2.1.1. Polyester không no 3
2.1.1.1. Giới thiệu 4
2.1.1.2. Đặc tính của nhựa polyester không no 4
2.1.1.3. Ưu nhược điểm của polyester không no 5
2.1.2. Sợi xơ dừa 5
2.1.2.1. Giới thiệu 5
2.1.2.2. Một số đặc tính của sợi xơ dừa 6
2.1.2.3. Các phương pháp tách sợi xơ dừa 7
2.2. Chất đóng rắn Benzoyl peroxide (BPO) 12
2.2.1. Giới thiệu 12
2.2.2. Cơ chế đóng rắn của BPO 13
2.2.3. Ưu nhược điểm của BPO 14
2.3. Các dạng preform từ xơ dừa 15
2.3.1. Một số dạng perform sẵn có 15
2.3.2. Tấm mat từ xơ dừa 16
Chương 3: Mục Đích Và Phương Pháp 18
3.1. Mục đích 18
3.2. Phương pháp 18
Chương 4: Thực Nghiệm 20
4.1. Chuẩn bị vật liệu cốt 20
4.1.1. Cốt xơ dừa đẳng phương 20
4.1.2. Cốt sợi thảm xơ dừa 20
4.1.3. Cốt tấm mat xơ dừa 21
4.2. Gia công vật liệu composite 24
4.2.1. Phương pháp đúc chuyển nhựa RTM (Resin Transfer Moulding)
26
4.2.1.1. Giới thiệu 26
4.2.1.2. Gia công composite bằng phương pháp RTM tại Khoa Công Nghệ
27
4.2.2. Công nghệ đắp tay ( Hand Lay Up) 31
4.2.2.1. Giới thiệu 31
4.2.2.2. Gia công composite bằng phương pháp đắp tay 31
4.3. Kiểm tra cơ tính composite 33
4.3.1. Thí nghiệm kéo 33
4.3.2. Thí nghiệm uốn 34
Chương 5: Kết Quả Và Bàn Luận 36
5.1. Kết quả thí nghiệm 36
5.1.1. Ảnh hưởng của việc tách sợi đến cơ tính của vật liệu composite 36
5.1.1.1. Mođun đàn hồi 36
5.1.1.2. Độ bền kéo 37
5.1.1.3. Độ bền uốn ngang 39
5.1.1.4. Độ bền va đập 40
5.1.2. Ảnh hưởng của các dạng sợi khác nhau 41
5.1.2.1. Module đàn hồi 41
5.1.2.2. Độ bền kéo 43
5.1.2.3. Độ bền uốn ngang 44
5.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi xơ dừa đối với cơ tính vật liệu composite cốt sợi thủy tinh 45
5.2. Bàn luận 47
Chương 6: Kết Luận Và Kiến Nghị 49
6.1. Kết luận 49
6.2. Kiến nghị 49
Tài Liệu Tham Khảo 50
Phụ Lục i
DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 Cấu tạo quả dừa 6
Hình 2.2 Sợi xơ dừa thô và sợi nhồi nệm 6
Hình 2.3 Quy trình tách chỉ xơ dừa thủ công cổ truyền 8
Hình 2.4 Quy trình sản xuất sợi thẳng bằng máy 9
Hình 2.5 Thiết bị tách sợi xơ dừa thẳng 10
Hình 2.6 Quy trình tách sợi rối bằng máy hiện nay 11
Hình 2.7 Thiết bị tách sợi xơ dừa rối 9
Hình 2.8 Các loại thảm và lưới từ xơ dừa 13
Hình 4.1 Xử lý sợi xơ dừa thẳng tách bằng máy với NaOH 17
Hình 4.2 Sợi xơ dừa đan thảm tại phòng thí nghiệm Polymer-Composite, Khoa Công Nghệ 21
Hình 4.3 Sợi xơ dừa rối được phân bố trong khung 22
Hình 4.4 Máy ép nóng PANSTONE của Đài Loan 23
Hình 4.5 Tấm mat sợi xơ dừa 24
Hình 4.6 Quy trình thực hiện gia công composite bằng thiết bị RTM 28
Hình 4.7 Thiết bị gia công composite bằng phương pháp RTM tại phòng thí nghiệm polymer-composite tại Khoa Công Nghệ 29
Hình 4.8 Sợi đan thảm được sắp xếp vào trong khuôn RTM 30
Hình 4.9 Chuẩn bị vật liệu cốt hỗn hợp tấm mat thủy tinh và tấm mat sợi xơ dừa 31
Hình 4.10 Quy trình chế tạo vật liệu composite bằng phương pháp đắp tay 31
Hình 4.11 Sản phẩm dĩa được thực hiện bằng phương pháp đắp tay tại phòng thí nghiệm Polymer-Composite Khoa Công Nghệ 32
Hình 4.12 Máy kéo nén Zwick thực hiện thí nghiệm kéo và thí nghiệm uốn 3 điểm 35
Hình 5.1 Đồ thị so sánh mođun kéo giữa composite được gia cường bằng
sợi tách bằng máy và tách bằng tay 37
Hình 5.2 Đồ thị so sánh độ bền kéo giữa composite được gia cường
bằng sợi tách bằng máy và bằng tay 38
Hình 5.3 Đồ thị so sánh độ bền uốn giữacomposite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay 39
Hình 5.4 Đồ thị so sánh độ bền va đập giữa vật liệu composite được gia cường bằng sợi xơ dừa không xử lý và có xử lý 40
Hình 5.5 Đồ thị so sánh mođun đàn hồi của composite được gia cường
bằng các dạng preform khác nhau 42
Hình 5.6 Đồ thị so sánh độ bền kéo của composite được gia cường
bằng các dạng preform khác nhau 43
Hình 5.7 Đồ thị so sánh độ bền uốn của composite được gia cường
bằng các dạng preform khác nhau 44
Hình 5.8 Mođun đàn hồi và độ bền kéo của vật liệu composite theo phần trăm sợi thủy tinh 46
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1 Các đặc tính cơ bản của nhựa polyester không no 4
Bảng 2.2 Thành phần hóa học của sợi xơ dừa 7
Bảng 2.3 Cơ tính của một số sợi tự nhiên so với các loại sợi gia cường thông thường 7
Bảng 4.1 Bảng ưu-nhược điểm của các phương pháp gia công composite thông dụng. 25
Bảng 4.2 Các thông số kỹ thuật của thiết bị RTM tại Khoa Công Nghệ 28
Bảng 4.3 Bảng tóm tắt thông số thí nghiệm kéo theo tiêu chuẩn ASTM D3039/D 3039M 34
Bảng 4.4 Bảng tóm tắt thông số thí nghiệm 3 điểm uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790M/84 35
Bảng 5.1 Bảng số liệu mođun kéo của composite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay 36
Bảng 5.2 Bảng số liệu độ bền kéo của composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy và bằng tay 38
Bảng 5.3 Độ bền uốn giữa compositeđược gia cường bằng sợi xơ dừa
tách bằng máy và bằng tay 39
Bảng 5.4 Độ bền va đập Ak (J/m) của composite được gia cường bằng sợi xơ dừa không xử lý và có xử lý 40
Bảng 5.5 Mođun đàn hồi của composite được gia cường bằng các dạng sợi khác nhau 41
Bảng 5.6 Độ bền kéo của composite được gia cườngbằng các dạng preform khác nhau 43
Bảng 5.7 Độ bền uốn của composite được gia cường bằng các dạng perform khác nhau 44
Bảng 5.8 Mođun đàn hồi và độ bền kéo của composite theo phần trăm sợi thủy tinh 46
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp được chế tạo từ hai hay nhiều thành phần khác nhau, nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn những vật liệu thành phần ban đầu. Tính ưu việt của vật liệu composite là khả năng thiết kế các kết cấu và vật liệu theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn. Các thành phần cốt của composite có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật liệu nền là thành phần liên kết tạo nên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Đặc tính nổi bật của vật liệu composite là nhẹ, độ bền riêng cao, chịu môi trường, dễ lắp đặt, và các đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với môi trường ăn mòn hóa học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp. Khi chế tạo ở một nhiệt độ, áp suất nhất định dễ triển khai được các phương pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất [14].
Thời đại ngày nay với sự ra đời của hàng loạt các sản phẩm kỹ thuật công nghệ đã làm cho đời sống con người ngày càng được nâng cao. Song cùng với quá trình phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp trong những thập niên gần đây, đã làm phát sinh nhiều vấn đề nguy cơ và thách thức to lớn, trong đó có vấn nạn ô nhiễm môi trường.
Ngày nay, nhu cầu về vật liệu cung cấp cho các ngành công nghiệp như hàng hải, ô tô, hàng không,…đang ngày càng lớn mạnh. Do đó, một phần lớn vật liệu composite được sản xuất để đáp ứng nhu cầu này. Mặc dù việc xử lý các nguồn phế thải vật liệu composite đã được chú trọng rất nhiều nhưng chưa có biện pháp thiết thực để xử lý chúng. Bên cạnh đó, phương pháp phổ biến chế tạo các vật liệu composite hiện nay là phương pháp đắp tay (hand-lay up). Đây là phương pháp gia công khuôn hở nên lượng dung môi dễ tỏa vào môi trường và người lao động phải thường xuyên tiếp xúc với nhiều loại dung môi độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe người công nhân.
Vật liệu composite hiện nay chủ yếu thường sử dụng các nguồn nguyên liệu như sợi và nhựa tổng hợp. Việc sử dụng chúng ảnh hưởng đến môi trường do chúng không thể tái chế được. Ngoài ra, việc gia công khuôn hở đang dần được thay thế bằng gia công khuôn kín vì chúng hạn chế ô nhiễm môi trường và tiết kiệm được nguyên vật liệu. Chính vì thế, vấn đề đặt ra trong xu thế hiện nay là sử dụng những loại vật liệu mang tính thân thiện với môi trường và các phương pháp gia công đảm bảo an toàn cho người lao động.
Nhằm hướng tới mục đích như trên, đề tài này đã được thực hiện để khảo sát những mục tiêu sau :
- Ảnh hưởng của việc tách sợi đến độ bền composite.
- Ảnh hưởng của các dạng, cấu trúc preform đến độ bền composite.
- Tìm phương pháp để gia công tấm mat sợi xơ dừa.
- Khả năng thay thế sợi xơ dừa đối với sợi thủy tinh.
CHƯƠNG 2
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Đề tài này là chuỗi nối tiếp với đề tài “ Ảnh hưởng của xử lý hóa học đến cơ tính của vật liệu composite được gia cường bằng sợi xơ dừa” của tác giả Lê Anh Phương, lớp Công Nghệ Hóa K29, Trường Đại học Cần Thơ. Đề tài trên đã được thực hiện nhằm xác định nồng độ NaOH và thời gian xử lý sợi xơ dừa đồng phương hợp lý để mang lại cơ tính của vật liệu phù hợp với yêu cầu sử dụng. Tác giả đã đưa ra được các mức xử lý NaOH phù hợp là 3%-1 ngày, 3%- 4 ngày, 5% - 2 ngày. Ở các mức xử lý này đều cho cơ tính của vật liệu composite ở mức cao hơn so với các mức xử lý khác. Đó là do sự bám dính giữa nhựa và sợi xử lý được cải thiện dẫn đến làm tăng cơ tính của vật liệu. Tuy nhiên, sợi xơ dừa mà tác giả sử dụng được tách bằng tay. Sợi xơ dừa được tách bằng tay nên có thể sợi ít bị tổn hại, sợi vẫn giữ được các tính chất cơ tính cao nhưng chúng còn hạn chế về mặt kinh tế và năng suất rất thấp. Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã xuất hiện nhiều thiết bị cơ khí có thể tách sợi xơ dừa từ những vỏ dừa một cách nhanh chóng. Như vậy, việc tách sợi xơ dừa bằng máy có làm tổn hại đến sợi hay không? Và liệu việc sử dụng chúng làm cốt cho vật liệu composite có ảnh hưởng như thế nào về cơ tính của chúng?
Đề tài sau đây sẽ là phần tiếp nối theo đề tài của tác giả Lê Anh Phương, và bước đầu sẽ giải quyết các vấn đề đã đặt ra ở trên. Trên cơ sở đó, đề tài tiếp tục nghiên cứu về ảnh hưởng của việc gia công sợi đối với cơ tính của vật liệu composite và khảo sát khả năng thay thế của sợi xơ dừa đối với sợi thủy tinh.
Để làm rõ những vấn đề trên trước hết ta cần khảo qua một số kiến thức cơ bản về những vật liệu thành phần như nhựa polyester không no, sợi xơ dừa thẳng và sợi xơ dừa rối được tách bằng máy để tạo nên một vật liệu composite hoàn chỉnh.
2.1. Tổng quan về nhựa polyester không no và sợi xơ dừa.
2.1.1. Polyester không no:
2.1.1.1. Giới thiệu:[2]
Polyester là những ester không no, hoặc hỗn hợp chúng với nhau hoặc với những phân tử thấp monomer.
Polyester không no là sản phẩm đa tụ của acid hữu cơ không no hoặc anhidrit của chúng với các ancol đa chức ( glicol). Những nhựa này là những chất rắn, dễ hòa tan trong những dung môi khác nhau.
Vật liệu nền trên cơ sở nhựa polyester có thể đóng rắn ở nhiệt độ phòng, cũng như ở nhiệt độ cao.
2.1.1.2. Đặc tính của nhựa polyester không no:
Nhựa polyester được sử dụng từ lâu để chế tạo vật liệu composite. Dựa theo mô đun đàn hồi, người ta phân loại polyester thành nhựa mềm, nhựa cứng vừa phải và nhựa cứng. Loại nhựa cứng hay được sử dụng để chế tạo vật liệu composite.[5] Chúng ta có thể liệt kê một số cơ tính chính của loại nhựa cứng đã đóng rắn qua bảng 2.1 sau:
Bảng 2.1 Các đặc tính cơ bản của nhựa polyester không no (Nguồn [4])
Khối lượng riêng
1200 kg/m3
Mô đun đàn hồi kéo
2.8 – 3.5 Gpa
Mô đun đàn hồi uốn
3 – 4 Gpa
Ứng suất phá hủy kéo
50 – 80 Mpa
Ứng suất phá hủy uốn
90 – 130 Mpa
Biến dạng phá hủy kéo
2 – 5%
Biến dạng phá hủy uốn
7 – 9%
Độ bền nén
90 – 200 Mpa
Độ bền cắt
10 – 20 Mpa
Nhiệt độ uốn cong dưới tải trọng (1.8 Mpa)
60 – 1000C
Chất lượng đúc
Rất tốt
Khả năng gia công cơ khí
Tốt
Tính quang học
Trong suốt
Tính chống cháy
Khá
Bị ảnh hưởng bởi tia mặt trời
Tia màu vàng
Để đóng rắn nhựa polyester không no ở nhiệt độ phòng cũng như ở nhiệt độ cao thường sử dụng các chất xúc tác cần thiết và các chất khơi mào quá trình phân hủy các chất xúc tác. Các chất xúc tác quá trình polyme hóa thường dùng là peroxide và hidroperoxide, còn các chất tăng tốc phân hủy của chúng là treti amin, các muối coban của acid naphtalenic.[5]
2.1.1.3. Ưu nhược điểm của polyester không no:[5]
Nhựa polyester có ưu điểm:
Có độ cứng cao.
Ổn định kích thước.
Khả năng thấm vào sợi và nhựa cao.
Dễ sử dụng.
Chịu được môi trường hóa học.
Giá thành hạ.
Nhựa polyester có nhược điểm:
Dễ bị nứt, đặc biệt là nứt do va đập.
Độ co ngót cao ( khoảng 8 – 10%).
Khả năng chịu hơi nước, nước nóng kém.
Bị hư hại dưới tác dụng của tia tím.
Dễ bắt lửa.
Chịu nhiệt trung bình ( dưới 1200C).
2.1.2. Sợi xơ dừa.
2.1.2.1. Giới thiệu:
Xơ dừa – thớ vỏ quả giữa nằm ở lớp vỏ ngoài dai, hoặc tầng cutin ngoài ( cũng là một bộ phận của xơ) và gáo cứng bao bọc lớp phôi nhũ có trọng lượng khoảng chừng 35% trọng lượng của cả quả dừa già, lớp xơ này khác nhau rất nhiều tùy theo giống dừa.[11]
3
2
1
4
4- cơm dừa;
3- gáo dừa;
2- chỉ xơ và mụn dừa;
1- vỏ ngoài;
Hình 2.1 Cấu tạo quả dừa (Nguồn [3]).
Có ba loại xơ: loại dài nhất và mảnh nhất gọi là xơ chiếu hay xơ sợi và có thể kéo sợi để làm chiếu hay thừng chão. Một loại thô hơn dùng làm sợi bàn chải và loại ngắn nhất dùng để nhồi nệm. Xơ xoắn là loại xơ pha trộn giữa hai loại xơ thô và xơ ngắn. Phần xơ xoắn chủ yếu dùng tẩm cao su để nhồi nệm.[11]
a/ Sợi thô (bristle coir fiber)
b/ Sợi nhồi nệm (mattress coir fiber)
Hình 2.2 Sợi xơ dừa thô và sợi nhồi nệm (Nguồn [13], [14])
2.1.2.2. Một số đặc tính của sợi xơ dừa:
Theo APCC, xơ dừa là một loại sợi tự nhiên tuyệt vời có đặc tính chắc, bền và có thể bị phân hủy bởi vi khuẩn. Bảng 2.2 và 2.3 trình bày thành phần hóa học chủ yếu và cơ tính của sợi xơ dừa so sánh với các loại sợi khác.
Bảng 2.2 Thành phần hóa học của sợi xơ dừa (Nguồn [9])
Lignin
45.84%
Cellulose
43.44%
Hemicellulose
0.25%
Pectin và những hợp chất liên quan
0.3%
Độ hòa tan trong nước
5.25%
Tro
2.22%
Bảng 2.3 Cơ tính của một số sợi tự nhiên so với các loại
sợi gia cường thông thường (Nguồn [10])
Sợi
Khối lượng riêng (g/cm3)
Độ dãn dài
(%)
Độ bền kéo (MPa)
Mođun Young (GPa)
Cotton
1.5 – 1.6
7.0 – 8.0
287 – 597
5.5 – 12.6
Đay
1.3
1.5 – 1.8
393 – 773
26.5
Lanh
1.5
2.7 – 3.2
345 – 1035
27.6
Gai dầu
-
1.6
690
-
Gai
-
3.6 – 3.8
400 – 938
61.4 – 128
Sisal
1.5
2.0 – 2.5
511 – 635
9.4 – 22.0
Xơ dừa
1.2
30.0
175
4.0 – 6.0
Visco
-
11.4
593
11.0
Thủy tinh – E
2.5
2.5
2000 – 3500
70.0
Thủy tinh – S
2.5
2.8
4570
86.0
Aramid
1.4
3.3 – 4.7
3000 – 3150
63.0 – 67.0
Carbon
1.4
1.4 – 1.8
4000
230.0 – 240.0
Bảng 2.3 trên so sánh cơ tính của sợi xơ dừa với sợi thủy tinh – E cho thấy độ bền kéo và độ bền riêng của sợi thủy tinh đều cao hơn sợi xơ dừa. Tuy nhiên, độ dãn dài của sợi xơ dừa cao hơn sợi thủy tinh. Do đó, ta có thể sử dụng sợi xơ dừa để gia cường cho những ứng dụng chịu va đập.
2.1.2.3. Các phương pháp tách sợi xơ dừa:
Với xu thế sử dụng các loại vật liệu mang tính chất thân thiện với môi trường, sợi tự nhiên ngày càng được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội. Trong đó sợi xơ dừa bắt đầu xuất hiện trong nhiều nghiên cứu về sản phẩm composite sợi xơ dừa. Do đó, nhiều nghiên cứu về các thiết bị tước chỉ xơ dừa đã được thực hiện nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu của các ngành công nghiệp. Ở nước ta hai phương pháp được sử dụng phổ biến để tách xơ dừa là phương pháp thủ công cổ truyền và phương pháp bán cơ khí.
* Phương pháp thủ công cổ truyền [3]
Thu hái quả
Bóc vỏ
Ngâm vỏ
Rửa ép, gỡ bỏ lớp vỏ láng bên ngoài
Đập để loại bỏ mụn lần 1
Rửa
Phơi khô
Đập để loại bỏ mụn lần 2
Chải sợi
Kéo sợi
Đối với phương pháp này mức độ cơ khí hóa ở đây rất thấp. Đồng thời phương pháp này đòi hỏi nhiều nhân công và những quá trình phân hủy bằng vi khuẩn như ngâm, rửa,….vì khi ngâm chúng trong nước các nhu mô sẽ bị phân hủy.
Hình 2.3 Quy trình tách chỉ xơ dừa thủ công cổ truyền
Dừa được hái xuống khi sắp chín ( khoảng 10 tháng tuổi) và được bóc vỏ ngay theo cách thông thường. Vỏ được đem ngâm trong trong những đầm phá ven biển hoặc ở những vùng châu thổ im ắng nhưng ảnh hưởng của thủy triều nên nước được thay luôn. Sự lưu thông với biển là cốt yếu, vì nước có độ mặn ẽ làm cho sợi tốt hơn và sáng màu ra. Ta cũng có thể ngâm vỏ dừa trong các ao tù, tuy nhiên chất lượng sợi thấp và có màu xỉn. Người ta rút ngắn nhiều thời gian bằng cách đập vỏ dừa trước khi đem ngâm.
Khi vỏ dừa đã đủ mềm thì vớt lên, rửa và ép để khử hết bùn và mùi thối. Sau khi đã gỡ tầng cutin dai ở ngoài thì xếp xơ sợi còn lại trên một tấm gỗ rắn và dùng gậy đập để tách các nhu mô. Sau khi đã đập cho mềm ra, lại rửa sạch rồi đem phơi khô.
Xơ khô rồi lại đem đập lần nữa rồi đưa vào một dụng cụ chải, có một số lưỡi dao răng cưa gắn vào một cái trục quay thao tác bằng tay, đặt trong một cái thùng, dụng cụ này sẽ chải sạch những nhu mô cuối cùng.
* Phương pháp tách bằng máy cho sợi thẳng
Quy trình tách bằng máy đang ngày càng được sử dụng phổ biến ở các vùng chuyên trồng dừa ở nước ta. So với quy trình tách bằng tay thì đây là quy trình tiết kiệm được rất nhiều thời gian gia công sợi xơ dừa.
Vỏ dừa
Máy ép
Ngâm trong bồn
Máy tước sợi thẳng
Đem phơi
Sợi xơ dừa thẳng
Hình 2.4 Quy trình sản xuất sợi thẳng bằng máy
Trước tiên vỏ dừa đã khô hoặc còn tươi sẽ được đưa qua máy ép để tước các chỉ xơ dừa. Xơ dừa này sẽ được đem ngâm trong các bồn cao để loại bỏ các mụn dừa còn bám trên xơ. Xơ dừa sẽ được vớt ra và đem phơi ngoài trời cho khô ráo thời gian khoảng 1 ngày. Xơ sẽ được đưa qua máy tước để loại bỏ các sợi xơ ngắn và loại các mụn dừa còn lại trên xơ. Lúc này xơ hầu như sẽ không còn mụn dừa nữa sẽ được đem phơi cho đến khô hoàn toàn.
Hình 2.5 Thiết bị tách sợi xơ dừa thẳng
Thao tác tách sợi
Nắp máy tước
Trục quay
Động cơ
Mụn dừa và sợi rối
Răng để tước sợi
Sợi sau khi tước
* Phương pháp tách sợi rối bằng máy hiện nay
Trước đây để tước chỉ xơ dừa người ta phải sử dụng hai thiết bị đi kèm là máy đập và máy tước chỉ xơ dừa. Tuy nhiên năng suất hoạt động thấp và lại tốn nhiều nhân công (khoảng 10 nhân công). Phương pháp này đã được cải tiến hơn trước không cần chuyển vỏ sang thiết bị đập nữa mà ta chuyển thẳng vỏ dừa vào thiết bị tách. Hiện nay phương pháp cải tiến này ngày càng được sử dụng phổ biến vì năng suất hoạt động cao mà lại tiết kiệm nhân công. Bình quân mỗi ngày một máy tước sản xuất được từ 4-6 tấn chỉ xơ dừa thành phẩm và chỉ cần 4 lao động. Ta có thể tóm tắt quy trình sản xuất sợi rối theo sơ đồ như sau:
Vỏ dừa
Thiết bị tách sợi rối
Mụn dừa
Sợi rối
Đem phơi
Đóng thành kiện
Hình 2.6 Quy trình tách sợi rối bằng máy hiện nay
Trước tiên vỏ dừa được chuyển từ các phương tiện ghe tàu hoặc được chất đống từ trước đó đến máy tước sợi rối. Vỏ dừa sẽ được cho lần lượt vào máy tách sợi. Sợi xơ dừa rối và mụn dừa được tách ra theo hai đường khác nhau. Mụn dừa sẽ được đóng gói để chuyển sang các vùng trồng cây kiểng. Sợi xơ dừa rối sẽ được đem phơi khô và sau đó đóng thành kiện, mỗi kiện nặng khoảng 50 kg.
Động cơ điện
Trục quay của động cơ
Mụn dừa
Sợi rối
Nắp của thiết bị tách
Hình 2.7 Thiết bị t