Từnhững năm 50 của thếkỷXX, gắn liền với sựphát triển của ngành công
nghiệp tên lửa ởMỹlà sựhình thành của một ngành khoa học mới - khoa học vềvật
liệu composite. Ngay từkhi mới ra ñời, composite ñã chứng minh ñược khảnăng
vượt trội của mình nên những nghiên cứu và ứng dụng liên quan ñến vật liệu
composite ngày càng nhiều. ðến nay, composite ñã có mặt trong hầu hết mọi lĩnh
vực của nền kinh tếquốc dân nhưcông nghiệp dân dụng, y tế, thểthao, giao thông
vận tải, xây dựng, công nghiệp nặng (chếtạo máy, chếbiến dầu khí, ñiện lực, hóa
chất ) và ñặc biệt là trong ngành hàng không vũtrụ. Sởdĩcomposite ñược ứng
dụng rộng rãi là vì chúng rất bền và nhẹ. Rất nhiều ñòi hỏi khắt khe của kỹthuật và
công nghệhiện ñại chỉcó composite mới ñáp ứng nổi. Vì thế, ngành khoa học công
nghệvật liệu mới là một trong những mũi nhọn then chốt của sựnghiệp công
nghiệp hóa, hiện ñại hóa. Nhiều nhà khoa học cho rằng vật liệu composite chính là
vật liệu của tương lai.
Trong sốnhững loại vật liệu ñược sửdụng làm nền cho composite thì nhựa
(nhiệt rắn và nhiệt dẻo) thường ñược sửdụng hơn cả. Composite nền nhựa có những
tính năng vượt trội nhưtỉtrọng thấp, module cao, ñộbền cao, chống mài mòn tốt
Ngoài ra, nó còn có ưu ñiểm nổi trội là giá thành thường thấp hơn so với các sản
phẩm nhựa cùng loại. Tuy nhiên, một khuyết ñiểm rất lớn không thểphủnhận của
loại sản phẩm này là khó phân hủy và tái chế. Nguyên nhân là do vật liệu gia cường
thường ñược sửdụng là các loại vật liệu tổng hợp nhưsợi thủy tinh, sợi carbon, sợi
aramide Thêm vào ñó, việc sửdụng sợi tổng hợp gây nhiều tác ñộng có hại cho
sức khoẻngười lao ñộng (ví dụnhưsợi thủy tinh gây ngứa, có hại cho phổi khi hít
phải). Do ñó, việc sửdụng sợi tựnhiên làm vật liệu gia cường cho composite càng
ñược tập trung nghiên cứu vì ñây là loại sợi không gây hại cho sức khỏe người lao
ñộng, thân thiện với môi trường và có thểbịphân hủy bởi vi sinh vật.
Chương I: MỞ ðẦU
SVTH: Nguyễn Hữu Tân 2
Ngay từkhi bắt ñầu có nền văn minh, con người ñã biết sửdụng rơm, cỏgia
cường cho ñất sét ñểxây dựng các công trình, nhà ở, nơi trú ẩn Như ởnước ta,
ngay từngày xưa, ông bà ta ñã truyền lại cách làm “nhà tranh vách ñất” lấy bùn trộn
với rơm băm trát vách nhà. ðó là những composite sợi tựnhiên ñầu tiên ñược con
người sửdụng. Trong sựphát triển của ngành vật liệu composite, composite sợi tự
nhiên cũng ñược nghiên cứu chuyên sâu hơn nữa, phát triển không ngừng và ñã ñạt
ñược nhiều thành tựu khảquan. ðã có rất nhiều loại sợi tựnhiên ñược sửdụng làm
vật liệu gia cường cho composite như: ñai (jute), lanh (flax), gai dầu (hemp), bã mía
(bagasse), lục bình (water hyacyth), lá cây si-dan (sisal), lá cây cọ(palm), sợi xơ
dừa (coir/coconut), bông vải (cotton)
Trong các loại sợi kểtrên, sợi xơdừa ñang thu hút ñược sựtập trung nghiên cứu
của các nhà khoa học cảtrong lẫn ngoài nước bởi sựdồi dào và phổbiến của nguồn
nguyên liệu. ỞViệt Nam, dừa là một loại cây rất quen thuộc với người dân và ñược
trồng với diện tích khá lớn (ví dụnhư ởtỉnh Bến Tre). Việc sửdụng phếphẩm vỏ
dừa ñểsản xuất sợi dùng làm vật liệu gia cường cho composite góp phần làm tăng
giá trịcho cây dừa, tăng nguồn thu nhập cho người nông dân.
ðềtài này ñược tiến hành với mục ñích sửdụng sợi xơdừa gia cường cho
composite nhằm mục tiêu thương mại, góp phần ña dạng hóa sản phẩm, tăng thu
nhập cho người nông dân trồng dừa. ðồng thời, qua ñềtài, chúng tôi mong muốn
góp phần nhỏvào những nghiên cứu vềvật liệu composite sợi tựnhiên.
201 trang |
Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 4724 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Composite nhựa nền Polypropylene gia cường bằng sợi xơ dừa, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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 XÃ 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 .........................