Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất xử lý đến cơ tính của vật liệu composite từ polyester/bột thân cây dừa

Khả năng ứng dụng của phần thân cây dừa hiện nay rất hạn chế (chủ yếu được xẻ thành ván sử dụng trong các kết cấu không quan trọng) trong khi chúng chiếm tỉ trọng rất lớn trong toàn bộ cây dừa. Các nghiên cứu về composite từ sợi xơ dừa (lấy từ vỏ quả dừa) là khá phổ biến ở trong nước cũng như trên thế giới. Trong nghiên cứu này, vật liệu composite làm từ nhựa polyester không no và bột thân cây dừa được chế tạo, thử nghiệm và đánh giá cơ tính.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất xử lý đến cơ tính của vật liệu composite từ polyester/bột thân cây dừa Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2017 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CHẤT XỬ LÝ ĐẾN CƠ TÍNH CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TỪ POLYESTER/BỘT THÂN CÂY DỪA STUDY ON THE EFFECT OF ALKALI TREATMENT CONCENTRATION TO POLYESTER/COCONUT TRUNK PARTICLES COMPOSITE Phạm Thanh Nhựt1 Ngày nhận bài: 23/12/2015; Ngày phản biện thông qua: 15/5/2016; Ngày duyệt đăng: 10/3/2017 TÓM TẮT Khả năng ứng dụng của phần thân cây dừa hiện nay rất hạn chế (chủ yếu được xẻ thành ván sử dụng trong các kết cấu không quan trọng) trong khi chúng chiếm tỉ trọng rất lớn trong toàn bộ cây dừa. Các nghiên cứu về composite từ sợi xơ dừa (lấy từ vỏ quả dừa) là khá phổ biến ở trong nước cũng như trên thế giới. Trong nghiên cứu này, vật liệu composite làm từ nhựa polyester không no và bột thân cây dừa được chế tạo, thử nghiệm và đánh giá cơ tính. Bột thân cây dừa được ngâm trong dung dịch xút (NaOH) với các mức nồng độ khác nhau. Sau đó, chúng được kết hợp với nhựa polyester không no trong khuôn ép ở cùng điều kiện lực ép và nhiệt độ môi trường để tạo ra các tấm mẫu composite. Các thử nghiệm kéo, uốn và va đập được thực hiện để xác định và đánh giá cơ tính của vật liệu trong trường hợp ngâm trong dung dịch xút (theo mức nồng độ) và không ngâm. Từ khóa: bột thân dừa, nhựa polyester, dung dịch NaOH, cơ tính ABSTRACT Applicability of the coconut trunks at present is extremely limited (mainly using coconut trunk planks in the minor structures), while they occupy a very large proportion of the entire coconut tree. Studies of coir fiber composites (derived from coconut) are quite popular in Viet Nam and the world. In this work, unsaturated polyester resin reinforced coconut trunk particles composite materials were manufactured, tested and evaluated the mechanical properties. Coconut trunk particles were soaked in alkali solution (NaOH) with different concentration levels. Then, they were combined with unsaturated polyester resin and these composite sample plates were made by the same compression molding at room temperature. The tensile, flexural and impact test were carried out to determine mechanical properties of materials (for different concentration levels) and compare with other results of untreated case. Keywords: coconut trunk particles, polyester resin, NaOH solution, mechanical properties I. ĐẶT VẤN ĐỀ Với sự phát triển mạnh mẽ của vật liệu composite gia cường bằng sợi tổng hợp như sợi carbon, thủy tinh, aramid..., nhân loại đang đối mặt với những thách thức to lớn do sự gia tăng lượng chất thải khó phân hủy vào môi trường. Do đó, trong những năm gần đây, 1 việc sử dụng cốt sợi tự nhiên để thay thế dần cho sợi tổng hợp đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Đã có rất nhiều sợi tự nhiên được nghiên cứu làm vật liệu gia cường cho composite như sợi đay, lá cọ, chuối, tre, lanh, gai dầu, sợi xơ dừa,… Khoa Kỹ thuật Giao thông - Trường Đại học Nha Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 99 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Trong số những sợi tự nhiên được sử dụng gia cường trong vật liệu composite, xơ dừa (từ quả) là vật liệu có tỷ trọng thấp và độ bền cơ lý vừa phải, lại sẵn có, rẻ tiền, có khả năng tái tạo và phân hủy sinh học. Tuy nhiên, xơ dừa cũng như các loại sợi tự nhiên khác đều có nhược điểm chung là độ bám dính với nhựa nền kém. Đồng thời, tính chất cơ học của vật liệu chưa cao nên cần phải khắc phục mới có thể cạnh tranh được với composite sợi tổng hợp. Đối với composite gia cường xơ dừa nói riêng và sợi tự nhiên nói chung, xử lý bề mặt sợi là giải pháp hiệu quả nhằm tăng cường khả năng liên kết với nền nhựa [1]. Do đó, hầu hết các công trình nghiên cứu đã công bố trong cũng như ngoài nước về composite xơ dừa và một số sợi tự nhiên khác đều chủ yếu tập trung vào việc xử lý bề mặt sợi nhằm cải thiện cơ tính của composite. Trong công trình “nghiên cứu và phát triển vật liệu composit đi từ sợi tự nhiên” của Bùi Chương [1], sợi xơ dừa là đối tượng nghiên cứu chính và dung dịch kiềm được sử dụng để xử lý sợi. S.N. Monteiro và cộng sự [3] đã khảo sát và đánh giá cơ tính của composite làm từ nhựa polyester và sợi xơ dừa (không qua xử lý) ứng với các tỉ lệ nhựa/sợi khác nhau. Trong khi các công bố khác lại quan tâm đến việc sử dụng hóa chất để xử lý sợi như Md. Mominul Haque và cộng sự sử dụng muối diazonium benzen để xử lý sợi xơ dừa/xơ chuối [4] và sợi xơ dừa/cọ [5]; nhóm nghiên cứu của F.Z. Arrakhiz [6] thì sử dụng dung dịch kiềm Alkali để ngâm sợi alfa, xơ dừa và bã mía. Các nghiên cứu về thân cây dừa hiện nay còn rất hạn chế chỉ với một vài tác giả quan tâm như Leila Fathi [7] (đặc tính và ứng dụng của gỗ dừa và cọ dầu) hay Lê Văn Tung [2] (đặc tính gỗ dừa và qui trình công nghệ sản xuất ván dán từ thân cây dừa). Có thể thấy, hầu hết các công trình nghiên cứu về composite xơ dừa đều tập trung vào xơ sợi lấy từ vỏ quả dừa, còn thân cây dừa chỉ sử dụng để làm ván trong xây dựng hoặc các công trình dân dụng không quan trọng khác. 100 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Số 1/2017 Tuy nhiên, nguồn xơ sợi từ vỏ quả dừa cũng rất hạn chế trong khi phần thân cây dừa chiếm tỉ trọng rất lớn trong toàn bộ cây dừa. Về xử lý sợi để tăng cơ tính cho composite, hầu hết đều áp dụng phương pháp xử lý hóa chất. Các kết quả nghiên cứu cho thấy với sợi xơ dừa thì phương pháp xử lý bằng dung dịch kiềm (NaOH) đạt hiệu quả cao hơn. Trong nghiên cứu này, composite từ bột thân cây dừa và nhựa polyester không no được chế tạo và thử nghiệm để đánh giá cơ tính. Vật liệu composite này có thành phần cốt dạng hạt (có vai trò như chất độn) nên chỉ ứng dụng trong các kết cấu không đòi hỏi cơ tính cao. Tuy nhiên, đây là một vật liệu mới không những có giá thành rất thấp mà còn góp phần đáng kể vào việc bảo vệ môi trường. II. ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 1. Đối tượng nghiên cứu Vật liệu composite được nghiên cứu gồm các thành phần sau: + Vật liệu cố ...