Luận văn Composite nhựa nền Polypropylene gia cường bằng sợi xơ dừa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ðẠI HỌC COMPOSITE NHỰA NỀN POLYPROPYLENE GIA CƯỜNG BẰNG SỢI XƠ DỪA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS. ðặng Tấn Tài Nguyễn Hữu Tân (MSSV: 2041663) ThS. Võ Hồng Nhân Ngành: Công Nghệ Hoá Học - Khoá: 30 Tháng 11/2008 TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ ðộc lập - Tự do - Hạnh phúc BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC --------------- *********** Cần Thơ, ngày 24 tháng 11 năm 2008 PHIẾU ðỀ NGHỊ ðỀ TÀI TỐT NGHIỆP Năm học: 2008 - 2009 1. Sinh viên thực hiện: - Họ và tên: Nguyễn Hữu Tân. - MSSV: 2041663. - Ngành: Công nghệ Hóa học. - Khóa: 30. 2. Tên ñề tài LVTN: “Composite nhựa nền Polypropylene gia cường bằng sợi xơ dừa”. 3. ðịa ñiểm thực hiện: - Phòng thí nghiệm Công nghệ Hóa học - khoa Công nghệ - trường ðại học Cần Thơ. - Phòng thí nghiệm Vật liệu composite - khoa Công nghệ - trường ðại học Cần Thơ. 4. Cán bộ hướng dẫn: - Tiến sĩ ðặng Tấn Tài - bộ môn Khoa học vật liệu - trường ðại học Khoa Học Tự Nhiên TP. Hồ Chí Minh. - Thạc sĩ Võ Hồng Nhân - bộ môn Hóa học - khoa Khoa Học - trường ðại học Cần Thơ. 5. Mục ñích của ñề tài: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp ñến cơ tính của composite nhựa nền Polypropylene gia cường bằng sợi xơ dừa. 6. Các nội dung chính của ñề tài: - Phần 1: Xử lý sợi xơ dừa bằng dung dịch xút. - Phần 2: Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài sợi lên cơ tính composite. - Phần 3: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp lên cơ tính composite. - Phần 4: Xác ñịnh cơ tính (kéo, uốn, va ñập) của mẫu composite. - Phần 5: Xử lý số liệu thu ñược, rút ra kết luận. 7. Kinh phí dự trù: 520.000ñ. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN ðỀ NGHỊ ðặng Tấn Tài Võ Hồng Nhân Nguyễn Hữu Tân Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN Ý KIẾN CỦA HỘI ðỒNG LV&TLTN LỜI CẢM ƠN
  Quá trình thực hiện Luận văn tốt nghiệp là khoảng thời gian mà tôi gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên, với sự hướng dẫn, giúp ñỡ, ñộng viên của thầy cô, gia ñình, bạn bè và với sự nỗ lực của bản thân, tôi ñã hoàn thành ñề tài luận văn. Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ ðặng Tấn Tài, Thạc sĩ Võ Hồng Nhân ñã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ, truyền ñạt kiến thức và kinh nghiệm cho tôi trong suốt quá trình thực hiện ñề tài. Chân thành cảm ơn Tiến sĩ Trương Chí Thành, Thạc sĩ Trần Lê Quân Ngọc, Kỹ sư Nguyễn Việt Bách, Kỹ sư Lê ðức Duy ñã hỗ trợ nguyên liệu, phương tiện nghiên cứu và ñã có những ý kiến chỉ dẫn rất quý báu ñể tôi hoàn thành tốt ñề tài. Tôi xin cảm ơn ba mẹ tôi ñã luôn quan tâm, ủng hộ và tạo mọi ñiều kiện tốt nhất ñể tôi yên tâm học tập và hoàn thành Luận văn tốt nghiệp. Ngoài ra, tôi cũng xin cảm ơn những người bạn lớp Công nghệ Hóa học khóa 30. Các bạn luôn ñộng viên, giúp ñỡ khi tôi gặp khó khăn trong học tập và trong cuộc sống. Nguyễn Hữu Tân NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
   ............................................................................................................ .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... Cần Thơ, ngày ……. tháng ……. năm 2008 Cán bộ hướng dẫn ðặng Tấn Tài Võ Hồng Nhân MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân i MỤC LỤC Trang MỤC LỤC ..............................................................................................................i DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ðỒ THỊ .................................................................ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................xi CHƯƠNG I: MỞ ðẦU ..........................................................................................1 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VÀ MỤC TIÊU ðỀ TÀI ..........................................3 2.1. Vật liệu composite .....................................................................................3 2.1.1. ðịnh nghĩa ........................................................................................3 2.1.2. ðặc tính chung ..................................................................................4 2.1.3. Phân loại ...........................................................................................4 2.2. Sợi tự nhiên ...............................................................................................4 2.2.1. Cấu trúc vi mô của sợi tự nhiên .........................................................4 2.2.2. Thành phần hóa học, khả năng kết tinh và tính chất của sợi tự nhiên.5 2.2.3. Hình dạng và kích thước của sợi tự nhiên..........................................9 2.2.4. Biến ñổi hóa học và ñặc ñiểm của sợi tự nhiên ..................................9 2.3. Composite sợi tự nhiên ..............................................................................9 2.3.1. Giới thiệu ..........................................................................................9 2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến tính chất của composite sợi tự nhiên ......10 2.3.2.1. ðộ ổn ñịnh nhiệt .....................................................................10 2.3.2.2. Khả năng hút ẩm ....................................................................10 2.3.2.3. Sự thoái hóa do vi khuẩn và do ánh sáng ................................11 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân ii 2.3.2.4. Liên diện sợi/nhựa ..................................................................11 a/ Bản chất và vai trò của liên diện ................................................11 b/ Liên diện sợi tự nhiên/nhựa .......................................................12 2.3.2.5. Các yếu tố khác ......................................................................12 2.4. Sợi xơ dừa ...............................................................................................13 2.4.1. Tình hình trồng và kinh doanh dừa trên thế giới và trong nước........13 2.4.1.1. Trên thế giới ...........................................................................13 2.4.1.2. Trong nước.............................................................................14 2.4.2. Quả dừa...........................................................................................15 2.4.2.1. Cấu tạo quả dừa......................................................................15 2.4.2.2. Ứng dụng của dừa ..................................................................17 2.4.3. Sợi xơ dừa.......................................................................................17 2.4.3.1. Thông tin chung .....................................................................17 2.4.3.2. Cấu trúc, thành phần và tính chất của sợi xơ dừa ....................19 2.4.4. Các phương pháp tách sợi xơ dừa....................................................20 2.4.4.1. Phương pháp thủ công ............................................................20 2.4.4.2. Phương pháp bán cơ khí .........................................................21 2.4.4.3. Phương pháp hiện ñại cơ khí hóa hoàn toàn............................22 2.4.5. Công dụng của sợi xơ dừa ...............................................................22 2.5. Tổng quan về nhựa Polypropylene (nhựa PP) ..........................................23 2.5.1. Giới thiệu ........................................................................................23 2.5.2. Tính chất nhựa polypropylen...........................................................24 2.5.2.1. Tính chất lý nhiệt....................................................................24 2.5.2.2. ðộ bền hóa học.......................................................................24 2.5.2.3. Sự thoái hóa ...........................................................................25 2.5.2.4. Các tính chất khác ..................................................................25 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân iii 2.5.3. Tổng hợp nhựa polypropylnene.......................................................25 2.5.4. Gia công nhựa polypropylene..........................................................26 2.5.5. Ứng dụng của nhựa polypropylene..................................................27 2.5.6. Ưu và nhược ñiểm của nhựa PP ......................................................28 2.5.6.1. Ưu ñiểm .................................................................................28 2.5.6.2. Nhược ñiểm............................................................................29 2.6. Chất trợ tương hợp PP-g-AM...................................................................29 2.6.1. Anhydride maleic............................................................................29 2.6.2. Polypropylen ghép anhydride maleic (PP-g-AM) ............................29 2.6.3. ðiều chế PP-g-AM..........................................................................30 2.6.4. Phản ứng giữa PP-g-AM và bề mặt sợi thực vật ..............................30 2.7. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ...........................................................31 2.7.1. Nghiên cứu về ảnh hưởng của MAPP ñến tính chất cơ học của biocomposite ñược chế tạo từ bó sợi cây cọ và cellulose với nhựa nền PP............31 2.7.2. Nghiên cứu về ñộ bền cơ học của composite nhựa nền polyester gia cường bằng sợi xơ dừa phụ phẩm .........................................................................31 2.7.3. Nghiên cứu về các chất trợ tương hợp ñược maleat hóa sử dụng cho composite sợi tự nhiên..........................................................................................32 2.7.4. Nghiên cứu về sự tương hợp và bám dính của composite PP ñược kết hợp với bột gỗ ......................................................................................................32 2.8. Mục tiêu của ñề tài...................................................................................33 CHƯƠNG III: PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM..........................................................................................34 3.1. Thiết bị, nguyên liệu và hóa chất..............................................................34 3.1.1. Thiết bị............................................................................................34 3.1.2. Nguyên liệu và hóa chất ..................................................................34 3.2. Quy trình tiến hành thí nghiệm.................................................................35 3.2.1. Xử lý và phân tích sợi xơ dừa..........................................................36 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân iv 3.2.1.1. Xử lý sợi xơ dừa với NaOH....................................................36 3.2.1.2. Phân tích phổ IR, hàm lượng cellulose trong sợi, ño ñộ ẩm sợi và chụp SEM bề mặt sợi............................................................................................36 3.2.1.3. Xác ñịnh hàm lượng tro trong sợi xơ dừa................................37 3.2.2. Trộn nóng chảy hỗn hợp sợi, nhựa và Fusabond..............................37 3.2.3. Ép nóng tạo tấm composite .............................................................37 3.2.4. Tạo mẫu ño cơ tính..........................................................................38 3.2.4.1. ðo kéo....................................................................................38 a/ Mẫu không theo chuẩn ..............................................................38 b/ Mẫu chuẩn ................................................................................39 3.2.4.2. ðo uốn ...................................................................................39 3.2.4.3. ðo va ñập ...............................................................................40 3.2.5. ðo cơ tính mẫu composite...............................................................40 3.2.5.1. ðo kéo....................................................................................41 3.2.5.2. ðo uốn ...................................................................................41 3.2.5.3. ðo va ñập ...............................................................................42 3.2.6. Xử lý số liệu....................................................................................42 3.2.7. Khảo sát và chọn kích thước sợi xơ dừa ..........................................42 3.2.8. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi và chất trợ tương hợp lên cơ tính của composite................................................................................................43 3.2.9. So sánh sai số giữa phép ño mẫu chuẩn và không chuẩn .................44 3.2.10. Phân tích cấu trúc liên diện sợi/nhựa của composite ......................44 3.2.11. Khảo sát tính chất nhiệt của vật liệu bằng DSC .............................45 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ........................................................47 4.1. Kết quả xử lý và phân tích sợi xơ dừa ......................................................47 4.1.1. Kết quả xử lý sợi dựa trên phổ IR....................................................47 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân v 4.1.2. Phân tích hàm lượng cellulose, hàm lượng tro, ñộ ẩm của sợi xơ dừa và ảnh SEM bề mặt sợi .........................................................................................49 4.1.2.1. Hàm lượng cellulose...............................................................49 4.1.2.2. Hàm lượng tro ........................................................................49 4.1.2.3. ðộ ẩm của sợi xơ dừa .............................................................50 4.1.2.4. Ảnh SEM và ảnh kính hiển vi bề mặt sợi................................51 4.2. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên cơ tính composite..................................53 4.2.1. Tính bền kéo ...................................................................................53 4.2.2. Tính bền uốn ...................................................................................55 4.3. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và chất trợ tương hợp Fusabond lên cơ tính của composite ......................................................................................................57 4.3.1. Tính bền kéo ...................................................................................57 4.3.1.1. Module ñàn hồi ......................................................................57 4.3.1.2. Ứng suất kéo tại ngưỡng chảy ................................................59 4.3.1.3. ðộ giãn dài tại ngưỡng chảy ...................................................61 4.3.1.4. Ứng suất kéo lúc ñứt...............................................................62 4.3.1.5. ðộ giãn dài lúc ñứt .................................................................64 4.3.1.6. Cơ tính kéo của mẫu cắt theo chuẩn và không theo chuẩn ......65 4.3.2. Tính bền uốn ...................................................................................68 4.3.3. Tính bền va ñập...............................................................................70 4.4. Phân tích cấu trúc liên diện sợi/nhựa của composite.................................72 4.5. Khảo sát tính chất nhiệt của vật liệu bằng DSC........................................74 4.5.1. Nhiệt ñộ nóng chảy .........................................................................74 4.5.2. ðộ kết tinh ......................................................................................75 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................77 5.1. Kết luận ...................................................................................................77 5.1.1. Về quá trình xử lý sợi xơ dừa bằng NaOH 1% trong 3 ngày............77 MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân vi 5.1.2. Về thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của chiều dài sợi lên cơ tính composite .............................................................................................................77 5.1.3. Về thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên cơ tính composite ..............................................78 5.1.4. Về lợi ích kinh tế khi sử dụng mẫu composite .................................79 5.1.5. Về thí nghiệm khảo sát tính chất nhiệt của composite bằng DSC ....80 5.2. Kiến nghị .................................................................................................81 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Hữu Tân vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Thành phần hóa học của một số loại sợi tự nhiên..................................... 7 Bảng 2.2. Tính chất vật lý của một số loại sợi tự nhiên............................................ 8 Bảng 2.3. Diện tích trồng dừa của một số quốc gia trên thế giới ............................ 14 Bảng 2.4. Diện tích trồng dừa của một số ñịa phương............................................ 15 Bảng 2.5. Tỉ lệ khối lượng trung bình của các thành phần trong một quả dừa ........ 16 Bảng 2.6. Sản lượng chỉ xơ dừa của một số nước .................................................. 18 Bảng 2.7. Thành phần hóa học của sợi xơ dừa .........................