Nghiên cứu vật liệu composit trên nền nhựa polyeste gia cường bằng sợi đay

Để có liên kết tốt giữa sợi và nhựa nền trong vật liệu composite, sợi đay được xử lý bằng dung dịch kiềm. Trong công trình nghiên cứu này, ảnh hưởng của nồng độ kiềm, thời gian và nhiệt độ lên quá trình xử lý sợi đay đã được khảo sát. Kết quả cho thấy, sợi đay được xử lý bằng dung dịch NaOH 5% ở 500C trong 4 giờ có sự cải thiện tính chất cơ lý của sợi cũng như vật liệu composite được gia cường. Sợi sau khi xử lý có bề mặt đồng nhất, tăng độ kết tinh, tăng % xenlulo trong sợi, giảm tạp chất do đó cải thiện được liên kết giữa sợi đay và nhựa polyester không no.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu vật liệu composit trên nền nhựa polyeste gia cường bằng sợi đay NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU COMPOSIT TRÊN NỀN NHỰA POLYESTE GIA CƯỜNG BẰNG SỢI ĐAY STUDY ON UNSATURATED POLYESTER RESIN MATRIX COMPOSITES REINFORCED WITH ALKALI-TREATED JUTE FIBERS NGUYỄN BÁ TRUNG - TRẦN VĂN PHƯỚC Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Để có liên kết tốt giữa sợi và nhựa nền trong vật liệu composite, sợi đay được xử lý bằng dung dịch kiềm. Trong công trình nghiên cứu này, ảnh hưởng của nồng độ kiềm, thời gian và nhiệt độ lên quá trình xử lý sợi đay đã được khảo sát. Kết quả cho thấy, sợi đay được xử lý bằng dung dịch NaOH 5% ở 500C trong 4 giờ có sự cải thiện tính chất cơ lý của sợi cũng như vật liệu composite được gia cường. Sợi sau khi xử lý có bề mặt đồng nhất, tăng độ kết tinh, tăng % xenlulo trong sợi, giảm tạp chất do đó cải thiện được liên kết giữa sợi đay và nhựa polyester không no. ABSTRACT In order to create good bonding between the fiber and the resin matrix in the composite applications, jute have been treated with alkali. In this study, the effects of NaOH concentration, time and temperatures on jute treatment have been investigated. The results indicated that jute fibers treated by 5% NaOH at 500C for 4 hours showed an overall improvement in properties both as fibers as well as reinforced composites. The fibers after treatment had finer surface, high in percentage of cellulose, increased crystalline, reduced amount of defects resulting in superior bonding with the unsaturated polyester resin. 1. GIỚI THIỆU Trong những năm gần đây, vật liệu composite gia cường từ sợi thiên nhiên đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học [1],[2]. Đặc điểm của các loại sợi này là khối lượng riêng thấp, modun đàn hồi cao [3], khả năng thấm ướt nhựa nền tốt, dễ bị phân hủy sinh học và có giá thành thấp hơn nhiều so với composite sợi tổng hợp. Trong số các loại sợi thiên nhiên, đay là loại sợi được quan tâm nhiều nhất. Để tạo vật liệu composite có liên kết tốt giữa sợi và nhựa nền, sợi đay được xử lý bằng dung dịch kiềm [4],[5],[6]. Các nghiên cứu đã thực hiện xử lý sợi đay ở các điều kiện khác nhau để thay đổi dạng tồn tại và tính chất của sợi. Trong công trình này, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaOH, thời gian và nhiệt độ xử lý đến quá trình tách tạp chất ra khỏi sợi đay được canh tác trong điều kiện khí hậu miền trung Việt Nam. Ảnh hưởng của điều kiện xử lý sợi đến tính chất cơ lý của vật liệu composite cũng được khảo sát một cách đầy đủ. Nhằm cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu, chúng tôi nghiên cứu thay thế một phần sợi đay bằng sợi thủy tinh. Ảnh hưởng của môi trường đến độ bền của vật liệu composite tạo ra cũng được khảo sát đầy đủ nhằm xem xét phạm vi ứng dụng của loại vật liệu này. 2. THỰC NGHIỆM 2.1.Nguyên liệu và hóa chất - Sợi đay (đay xanh) được thu thập ở xã Duy Phước, huyện Duy Xuyên, tỉnh Quảng Nam. Sợi đay được giữ trong túi polyetylen tối màu, ở nhiệt độ phòng. - Nhựa polyeste không no (UPE) được sử dụng làm nền. Metyl etyl ketone peroxit (MEKP), Co napthenat và N, N-dimetyl anilin được sử dụng để làm chất xúc tác, xúc tiến, chất trợ xúc tác tương ứng.  - Vải thủy tinh dạng mat, dệt 450g/m2 do Trung Quốc sản xuất - Các hóa chất khác: NaOH, CH3COOH dạng tinh khiết, wax chống dính … 2.2. Phương pháp hoá học xử lý sợi đay bằng kiềm Sợi đay được ngâm trong dung dịch NaOH ở nồng độ, thời gian và nhiệt độ khảo sát tương ứng. Sợi được rửa nhiều lần bằng nước sạch nhằm loại bỏ toàn bộ NaOH bám dính trên bề mặt sợi, trung hòa bằng dung dịch axit axetic loãng sau đó rửa lại bằng nước cất đến pH bằng 7. Sợi được làm khô ở nhiệt độ phòng trong 48 giờ, sấy ở 1000C trong 6 giờ. 2.3. Phương pháp phân tích vật lý - Phương pháp phân tích nhiệt: Xác định hàm lượng sợi sau xử lý và khả năng loại bỏ tạp chất khỏi sợi. - Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM): Khẳng định hiệu quả quá trình tách tạp chất ra khỏi sợi; khả năng tương hợp của vật liệu gia cường và nhựa nền. 2.4. Quá trình gia công vật liệu composite Sợi đay sau khi xử lý ở điều kiện như mục (2.2) được sử dụng để làm cốt gia cường cho vật liệu composite. Vật liệu composite được gia công bằng tay, đóng rắn ở điều kiện thường. Tỉ lệ khối lượng sợi là 20% được chuẩn bị sẵn trước khi gia công. Khuôn được chùi sạch và bôi chất chống dính. Đắp liên tục từng lớp nhựa và sợi, dùng con lăn để đuổi bọt khí, thực hiện đến khi mẫu đạt độ đày cần thiết thì dừng lại. Mẫu composite sẽ đóng rắn hoàn toàn sau 48 giờ. Vật liệu composite lai tạo được thực hiện bằng cách thay thế một phần sợi đay bằng sợi thủ ...