Ảnh hưởng của xử lý hóa học đến cơ tinh của vật liệu composite được gia cường bằng sợi xơ dừa

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 A
k
(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/m
3
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 – 100
0
C
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 120
0
C).
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]
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]
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.
3
2
1
4
4- cơm dừa;
3- gáo dừa;
2- chỉ xơ và mụn dừa;
1- vỏ ngoài;
a/ Sợi thô (bristle coir fiber) b/ Sợi nhồi nệm (mattress coir fiber)
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/cm
3
)
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]

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.
Thu hái quả Bóc vỏ Ngâm vỏ
Rửa ép, gỡ bỏ lớp
vỏ láng bên ngoài
Đập để loại bỏ
mụn lần 1
RửaPhơi khô
Đập để loại bỏ
mụn lần 2
Chải sợi
Kéo sợi
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.
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.
Vỏ dừa Máy ép
Ngâm trong
bồn
Máy tước sợi
thẳng
Đem phơiSợi xơ dừa thẳng
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.

Hình 2.7 Thiết bị tách sợi xơ dừa rối
2.2. Chất đóng rắn Benzoyl peroxide (BPO)
2.2.1. Giới thiệu:
Khi chế tạo sản phẩm composite, tức là chúng ta mong muốn nhựa lỏng liên
kết với sợi và đóng rắn trong khuôn để tạo sản phẩm. Nhưng vì trong nhựa lỏng có
Động cơ điện
Trục quay của động cơ
Mụn dừa
Sợi rối
Nắp của thiết bị tách
chất hãm (inhibitor) nên ở nhiêt độ thường thì nhiệt không đủ mức để phản ứng kết
nối ngang xảy ra, do đó nó không thể đóng rắn được. Vì vậy, phải nhờ đến chất xúc
tác (catalyst) [1].
Chất xúc tác là hợp chất hóa học được hòa vào nhựa chưa no với tỷ lệ phù
hợp để kích hoạt (khởi xướng) phản ứng kết nối ngang xảy ra một cách nhanh chóng

và mãnh liệt. Từ đó, tạo ra các gốc tự do đủ để làm cho nhựa đông và đóng rắn hoàn
toàn. Việc hòa chất xúc tác được tiến hành ngay trước khi đúc sản phẩm composite
[1].
Các chất xúc tác peroxide thường dùng cho các polyester không no. Đây là
những hợp chất có chứa nhóm peroxy (-O-O-). Peroxide được dùng làm chất xúc tác
do chúng có đặc tính là không ổn định nên dễ bị phân tách và phản ứng nhanh
chóng, dễ dàng tuy còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Hai chất xúc tác được sử dụng phổ
biến trong công nghệ composite là MEKP (Methyl ethyl ketone peroxide) và BPO
( Benzoyl peroxide), trong đó BPO là chất đã được chọn làm chất xúc tác trong đề
tài này vì chúng có một số ưu điểm so với MEKP sẽ được đề cập sau [1].
Benzoyl peroxide là loại bột trắng, tồn tại dưới ba dạng: khô (khoảng 5%
ẩm), paste trong nước ( khoảng 25% nước), và thông dụng nhất là paste trong
tricresyl-phosphonate hay dimetyl phtalate ( khoảng 70% peroxide). Nó được dùng
để đóng rắn nhựa polyester không no ( ở nhiệt độ khoảng trên 80
0
C) và thường được
dùng với tỉ lệ 0.5-2% so với nhựa [15]. Benzoyl peroxide có công thức cấu tạo như
sau:
Xúc tác BPO được sử dụng ở nhiệt độ nâng cao bằng gia nhiệt chủ yếu
trong công nghiệp ép nóng khuôn kim loại ( MEKP không sử dụng được ở nhiệt độ
cao vì dễ tạo bọt khí và bay hơi nhanh) [1].
Ở nhiệt độ phòng việc sử dụng BPO không thích hợp do nó là chất đóng rắn
chỉ có tác dụng đóng rắn ở nhiệt độ cao. Khi hòa BPO vào nhựa thì có thể ổn định
được từ 2- 4 ngày ở nhiệt độ 25
0
C. Tùy theo loại nhựa, thời gian ổn định có thể khác
nhau, cho nên phải kiểm nghiệm trước khi sử dụng. Tương tự BPO của mỗi hãng
cũng khác nhau, nên cần phải được kiểm nghiệm trước khi sử dụng [1].
2.2.2. Cơ chế đóng rắn của BPO.
Quá trình đóng rắn nhựa polyester không no là quá trình trùng hợp gốc, cơ

chế xảy ra theo hiệu ứng dây chuyền với tốc độ lan truyền sự tạo gốc tự do rất
nhanh. Khi hòa BPO vào nhựa thì nó tác dụng ngay với chất xúc tiến để tạo ra gốc
tự do ban đầu. Gốc tự do này lại phản ứng kết nối ngang với các nhóm chưa bão hòa
trong styren và trong bản thân polyester để tạo ra các gốc tự do mới. Gốc tự do mới
này lại tiếp tục phản ứng tạo ra gốc tự do mới khác….Cứ như vậy, phản ứng dây
chuyền này làm cho các chuỗi polyester ngày càng nhiều hơn, dài hơn, khiến cho
nhựa động giảm dần, quánh dần đến mức không chuyển động được nữa: đó là thời
điểm đông đặc. Nhưng lúc này vẫn còn nhiều nhóm chưa bão hòa và chưa bị phản
ứng. Cho đến khi các gốc tự do không thể kết nối ngang được nữa, vì các chuỗi trở
nên dày đặc: đó là thời điểm đóng rắn, nhưng chưa hoàn toàn. Do có nhiệt lượng
tiếp tục sinh ra trong phản ứng, như cấp thêm nguồn lực đẩy các gốc tự do xuyên
ngang đến các nhóm chưa bão hòa còn lại để phản ứng với chúng. Lúc này phản ứng
kết nối ngang mới thực sự kết thúc toàn phần: nghĩa là nhựa đóng rắn hoàn toàn [1].
Cơ chế đóng rắn của BPO ta có thể tóm tắt thành hai quá trình sau đây:
* Quá trình khơi mào (Initiation)
Ban đầu quá trình khơi mào sinh ra các gốc tự do. Trong trường hợp này,
liên kết yếu –O-O- của chất khơi mào (BPO) bị tách ra tạo nên hai gốc tự do
benzoyloxy. Sau đó mỗi gốc tự do benzoyloxy tác kích vào liên kết đôi của phân tử
polyester [].
PhC
O
O


O


C
O
Ph

PhC
O
O


.
2
O
PhC
O
O


.
+
R-CH=CH-R
PhC-O-CH-CH
-
-
R
.
R
* Quá trình lan truyền (Propagation)
Trong quá trình lan truyền, một gốc Carbon tự do tác dụng vào liên kết đôi
của một phân tử polyester để tạo nên một gốc carbon tự do lớn hơn. Gốc tự do này
lại tác kích vào một phân tử polyester khác để tạo nên một gốc tự do lớn hơn nữa, và
quá trình này cứ tiếp tục cho đến khi gốc tự do bị phá hủy bằng cách này hay bằng
cách khác [].

+

R-CH=CH-R
O
PhC-O-CH-CH
-
-
R
R
O
PhC-O-CH-CH
-
-
R
.
R
-CH-CH
R
R
.
R-CH=CH-R
O
PhC-O-CH-CH
-
-
R
R
-CH-CH
R
R
-CH-CH
R R

R
.
PhC
O
-CH-CH-CH-CH
n

O
-
-
R
R
R
.
2.2.3. Ưu nhược điểm của BPO.
BPO có các ưu điểm:
o Do đóng rắn ở nhiệt độ cao nên thời gian thao tác có thể kéo dài, đặc
biệt phù hợp cho phương pháp RTM.
o Biện pháp gia nhiệt là tốt nhất thậm chí có thể không dùng chất xúc
tiến.
BPO có nhược điểm:
o Nhiệt độ gia công cao do đó ảnh hưởng đến tuổi thọ của các thiết bị
gia công.
o Tốn kém, chi phí cao do phải đầu tư thiết bị gia nhiệt.
2.3. Các dạng preform từ xơ dừa.
2.3.1. Một số dạng preform sẵn có:
Vật liệu gia cường (hay cốt) cung cấp cơ tính cho vật liệu composite như
độ cứng, độ bền phá hủy,…Vật liệu gia cường cũng cho phép cải thiện một số tính
chất lý học của vật liệu composite như tính dẫn nhiệt, chịu nhiệt độ, độ bền mòn,
tính dẫn điện,…. Đối với vật liệu gia cường ta cần quan tâm đến những đặc trưng

sau: cơ tính phải cao, tỷ trọng nhỏ, tương thích với nhựa, dễ sử dụng khi chế tạo, giá
thành hạ…Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, vật liệu gia cường có thể là các nguồn
khác nhau như sợi thực vật, khoáng chất, tổng hợp…Tuy nhiên, vật liệu gia cường
hay được sử dụng nhất dưới dạng sợi hoặc dạng đã qua chế biến thành các dạng
perform [5].
Trên thị trường, các chất tăng cường thường được thể hiện dưới dạng [5]:
- Dạng dài ( sợi, mớ…)
- Dạng vải ( vải bình thường, mat…)
- Dạng nhiều phương (bện, tết, dệt phức tạp…)
Hiện nay, tùy theo yêu cầu sử dụng mà chúng có những hình dạng khác
nhau như sợi đồng phương, thảm xơ dừa, tết bím, đan lưới,…Sau đây giới thiệu về
một số preform sẵn có từ các sản phẩm thủ công làm bằng xơ dừa.
b. Dạng lưới khíta. Dạng thảm
d. Tấm matc. Dạng lưới thưa
Hình 2.8 Các loại thảm và lưới từ xơ dừa
Do được sản xuất cho những mục đích khác nhau nên đa số không thể ứng
dụng trực tiếp cho công nghệ vật liệu composite bởi một số lý do:
- Chúng có bề dày lớn nên khả năng thấm nhựa là rất khó.
- Chúng khó dùng để gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp do
khó theo hình dạng khuôn.
Trong khuôn khổ đề tài này, nguồn nguyên liệu mà ta sử dụng là sợi xơ dừa
thẳng được tách bằng máy để tạo nên vật liệu composite sợi đồng phương và sợi rối
cũng được tách bằng máy để tạo nên các tấm mat xơ dừa gia cường cho vật liệu
composite.
2.3.2. Tấm mat từ xơ dừa:
Để khắc phục các yếu điểm trên một loại cốt mới đã được nghĩ đến để thay
thế cho những vật liệu cốt vừa dày vừa khó sử dụng, đó là các tấm mát xơ dừa. Với
ưu điểm mỏng nên khả năng thấm nhựa tốt, dễ theo các hình dạng khuôn phức tạp,
dễ sử dụng, được sử dụng phổ biến trong công nghệ vật liệu composite . Đồng thời
phương pháp để tạo nên tấm mat xơ dừa cũng đơn giản hơn các dạng preform khác.

Ở Ấn Độ, Sri Lanka người ta cũng nghiên cứu chế tạo các tấm mat từ xơ
dừa trong những thập niên gần đây. Các tấm mat này được sử dụng chủ yếu trong
lĩnh vực trang trí nội thất như nệm, bàn ghế… và trong chế tạo các vật liệu
composite. Tuy nhiên, ở Việt Nam người ta chưa chú trọng nhiều về vật liệu
composite sợi tự nhiên. Do đó, người ta chưa tạo ra được các tấm mat sợi xơ dừa để
phục vụ cho công tác nghiên cứu cũng như trong sản xuất. Do đó, một trong những
nhiệm vụ, mục tiêu của đề tài là tìm ra được phương pháp hay nguyên lý gia công
tấm mat sợi xơ dừa.



CHƯƠNG 3
MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP