Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ trộn đều và chi phí năng lượng riêng của trộn máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz

1



ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngành gỗ Việt Nam đã đạt được trong những năm qua là có tốc độ phát
triển cao, và là một trong 10 ngành xuất khẩu chủ lực của cả nước. Chỉ trong
12 năm trở lại đây, kim ngạch xuất khẩu của ngành gỗ đã tăng trên 20 lần, từ
219 triệu USD năm 2000, đã tăng lên khoảng 4,5 tỷ USD năm 2012. Với kim
ngạch xuất khẩu đồ gỗ trong những năm qua; Việt Nam đang khẳng định vị
trí số 1 ở khu vực Đông Nam Á về sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ. Khi chế biến
gỗ có tạo ra một lượng phế liệu gỗ lớn như mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn… Để
tận dụng triệt để nguồn phế liệu này chúng ta có thể nghiền tạo thành dạng bột
kết hợp với chất kết dính để tạo ra một loại vật liệu mới có nhiều tính chất tốt;
vật liệu phức hợp giữa gỗ nhựa có thể đáp ứng và giải quyết được vấn đề này.
Vật liệu phức hợp gỗ nhựa (Wood –Plastic Composites, viết tắt WPC)
là một loại vật liệu mới là sự kết hợp giữa sợi gỗ và vật liệu nhựa, sự kết hợp
giữa vật liệu sợi gỗ và vật liệu nhựa mang lại tính năng ưu việt cho sản phẩm
phức hợp gỗ nhựa như:
Bền khi sử dụng, tuổi thọ của sản phẩm cao, có bề ngoài mang chất liệu
gỗ, có độ cứng cao hơn so với vật liệu nhựa, không có Formaldehyde Có
nhiều tính chất tốt ví dụ so với vật liệu gỗ như có kích thước ổn định hơn,
không bị xuất hiện vết rạn nứt, không bị cong vênh, dễ dàng tạo màu sắc cho
sản phẩm, có thể gia công lần thứ 2 giống như vật liệu gỗ, dễ dàng cắt gọt,
dùng keo để kết dính, có thể dùng đinh hoặc ốc vít để liên kết, cố định, quy
cách hình dạng có thể căn cứ vào yêu cầu của người dùng để điều chỉnh, tính
linh hoạt cao. Có tính nhiệt dẻo của vật liệu nhựa từ đó dễ dàng gia công, tạo
hình, thông thường có thể gia công theo mẫu đặt sẵn hoặc có thể gia công
theo yêu cầu cụ thể, có khả năng ứng dụng rộng. Tính năng hóa học tốt, chịu
được độ pH, chịu được hóa chất, chịu được nước mặn, có thể sử dụng được ở
2

nhiệt độ thấp, không bị biến đổi hình dạng khi hút ẩm. Có thể sử dụng nhiều
lần hoặc thu hồi tái sử dụng, có lợi ích trong bảo vệ môi trường.
Hiện nay nhu cầu sử dụng vật composite gỗ nhựa trong nước là rất lớn,
tuy nhiên việc đáp ứng nhu cầu này chủ yếu dựa vào nhập khẩu. Còn tình
hình sản xuất trong nước chưa phát triển, nguyên nhân của việc này xuất phát
từ lý do đó là chưa có nhiều nghiên cứu về máy móc thiết bị và công nghệ,
hoặc việc nhập công nghệ và máy móc thiết bị về Việt Nam có chi phí rất lớn.
Để sản xuất trong nước được phát triển thì việc nghiên cứu về công nghệ,
máy móc thiết bị, nguyên vật liệu phù hợp với đặc điểm phát triển ở trong
nước là rất cần thiết và quan trọng.
Để tạo ra một sản phẩm vật liệu composite gỗ nhựa hoàn chỉnh phải trải
qua hai công đoạn chính, đó là công đoạn trộn tạo hạt và công đoạn ép vật
liệu thành phẩm trong đó công đoạn trộn tạo hạt là công đoạn rất quan trọng,
có ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm do sản phẩm được sản xuất từ nhựa
WPC chưa được phổ biến ở Việt Nam nên các công trình nghiên cứu về máy
trộn hạt nhựa gỗ chưa được quan tâm.
Xuất phát từ những vấn đề trên chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ trộn đều và chi phí
năng lượng riêng của trộn máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz”.
3



Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát chung về vật liệu gỗ nhựa
1.1.1. Giới thiệu chung

Gỗ nhựa (WPC – Wood Plastic Composite) là một loại nguyên liệu
tổng hợp, được tạo thành từ bột gỗ và nhựa. Ngoài nhựa và bột gỗ, WPC còn
có thể chứa một số chất phụ gia làm đầy có gốc cellulose hoặc vô cơ. Do đó,
WPC còn có thể được gọi là vật liệu composite nhựa sợi tự nhiên hay sợi tự
nhiên được gia cường bằng nhựa.


Hình 1.1: Nguyên liệu chính hình thành nên WPC
4



Trong những năm gần đây, WPC được nghiên cứu thành công tại Mỹ
và đã phát triển rất mạnh ở nhiều nước trên thế giới như Nhật, Mỹ, Phần Lan,
Đức, Thuỵ Điển, Nga, Trung Quốc. Sản phẩm gỗ nhựa WPC rất đa dạng và
được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực: xây dựng, nội ngoại thất, công trình dân
dụng, giao thông.
Trong công nghiệp chế tạo ôtô: Vật liệu composite được sử dụng nhằm
làm giảm trọng lượng của xe, tiết kiệm nhiên liệu và giảm độ rung, ồn cho xe.
Bên cạnh đó sử dụng vật liệu composite còn có tác dụng giảm bớt nguy hiểm
cho người sử dụng xe khi gặp nguy hiểm. Hiện nay loại vật liệu này được ứng
dụng làm một số bộ phận trong ôtô như: vỏ, trần, nội thất…
Trong công nghiệp đóng tàu: So với các vật liệu như kim loại thì vật
liệu polyme composite (PC) có những ưu điểm khi sử dụng làm vật liệu đóng
tàu như tỉ trọng thấp, có khả năng cách điện tốt, đặc biệt là bền trong môi
trường hóa chất và nước biển…Hiện nay trong ngành đóng tàu vật liệu
composite đang được sử dụng để sản xuất một số chi tiết như: thân tàu, cột
buồm, thùng chứa, ca nô cứu sinh…
Trong công nghiệp xây dựng: Vật liệu composite được ứng dụng để sản
xuất các sản phẩm với nhiều chủng loại như: tấm lợp, thanh chịu lực, ống

dẫn…
Ngoài ra composite rất nhẹ, chỉ bằng 40% so với nhôm nếu cùng thể
tích. Nhờ ưu điểm này, gần đây vật liệu composite đã được sử dụng để thay
thế kim loại trong các sản phẩm của ngành cơ khí, chế tạo máy, đóng xuồng
Người ta có thể phủ lên mặt composite một lớp nhũ có ánh kim để tạo cảm
giác giống kim loại.
5




Hình 1.2: Ứng dụng WPC để trang trí

Hình 1.3: Ứng dụng WPC làm các chi tiết ôtô
6




Hình 1.4: Ứng dụng WPC hàng rào lang can

Hình 1.5: Ứng dụng WPC làm ghế ngoài trời
7



Nhựa gỗ hiện vẫn là một loại vật liệu rất mới so với lịch sử phát triển
lâu dài của gỗ tự nhiên trong ứng dụng làm vật liệu xây dựng, nhưng nó có
thể thay thế gỗ trong hầu hết trường hợp không chịu lực (non-structural).
Nhựa gỗ được hình thành từ gỗ, (như mùn cưa, sợi bột giấy, vỏ đậu

phộng, tre nứa, trấu, ) và nhựa (có thể sử dụng nhựa HDPE, PVC, PP, ABS,
PS, ). Bột nhựa gỗ được trộn đều, đồng nhất, sau đó được đùn hoặc ép thành
các hình dạng theo yêu cầu. Các phụ gia như chất tạo màu, chất tạo nối, chất
ổn định, chất gia cường, chất tạo nổi, sẽ giúp cho sản phẩm cuối cùng phù
hợp cho nhiều hướng ứng dụng.

Hình 1.6: Hỗn hợp nhựa WPC
Một lợi thế lớn của gỗ - nhựa so với gỗ là khả năng có thể tạo hình
thành hầu hết các hình dạng không gian theo yêu cầu. Nó dễ dàng uốn, và cố
định để tạo thành các đường cong lớn. Do sự kết hợp trong quá trình sản xuất,
nhựa gỗ vừa có tính chất như gỗ: Có thể gia công bằng các công cụ mộc
truyền thống. Đồng thời, nhựa gỗ vừa có tính chất như nhựa: Khả năng chống
ẩm và chống mục nát, mặc dù độ cứng chắc không bằng gỗ thường, và có thể
hơi biến dạng trong môi trường thời tiết cực nóng.
Sản xuất các vật liệu thành phần bao gồm bột gỗ và nhựa là bước đầu
trong quá trình hình thành sản phẩm WPC. Trong bước tiếp theo, bột gỗ hoặc
8



sợi gỗ được kết hợp với nhiệt dẻo nóng chảy để tạo nên một hỗn hợp đồng
nhất. Hai phương pháp phổ biến để sản xuất WPC là đùn và đúc áp lực.
* Ưu – nhược điểm của composite gỗ - nhựa
Ưu điểm:
+ Dễ bảo quản - có thể được sơn hoặc nhuộm màu (nếu cần thiết).
+ Khả năng chống ẩm tốt.
+ Bền hơn (nghĩa là không thể bẻ cong hoặc tách).
+ Thân thiện với môi trường - sử dụng vật liệu tái chế và bản thân
chúng có thể tái chế được.
+ Có thể được gia công và lắp ghép giống như gỗ.

+ Không cần bảo trì thường xuyên.
Nhược điểm:
+ Giá thành cao hơn các sản phẩm tương tự sản xuất từ các vật liệu
khác
+ Nặng hơn gỗ hơn 2 lần (Tỷ trọng của WPC là 0,95-1,46 và gỗ là
0,35-0,5949).
+ WPC dễ phân hủy, mức độ phụ thuộc vào tỉ lệ gỗ (ví dụ như bị nấm
móc khi không sử dụng chất bảo quản).
+ Bị lão hóa bởi tia cực tím khi ứng dụng ngoài trời.
1.1.2. Thành phần gỗ nhựa
1.1.2.1. Vật liệu cốt (gỗ)
a) Thành phần hóa học
Trong sợi thực vật gồm bốn thành phần chính sau xenlulo,
hemixenlulo, lignin và các thành phần vô cơ khác. Trong đó xenlulo,
hemixenlulo và lignin là các thành phần ảnh hưởng lớn đến các tính chất của
sợi. Thành phần hóa học của sợi phụ thuộc vào môi trường sống, tuổi cây,
phương pháp tách sợi …[15].
9



+ Xenlulo [14]
Được coi là polysacarit tự nhiên, có cấu trúc mạch thẳng không phân
nhánh, được tạo thành từ các mắt xích cơ bản là anhydro–D–gluco–pyranozơ,
liên kết với nhau qua liên kết 1,4––glucozit.
Xenlulo có mặt trong tất cả các loài thực vật nhưng mỗi loài có một
hàm lượng khác nhau. Công thức phân tử của xenlulo là (C
6
H
10

O
5
)
n
hay
[C
6
H
7
O
2
(OH)
3
]
n
; và công thức cấu tạo như sau:

Hình 1.7: Công thức cấu tạo xenlulo [18]
Cơ chế phân hủy sinh học của xelulo: Một số nấm có thể tiết ra các
enzym, xúc tác phản ứng oxy hóa xenlulo. Ví dụ peroxydaza có thể cung cấp
hydroperoxyt để tấn công vào vị trí C
2
– C
3
của xenlulo, tạo ra andehyt
xenlulozơ hoạt tính rất cao và có thể thủy phân thành các phân đoạn khối
lượng phân tử nhỏ hơn. Các vi khuẩn cũng sản sinh ra các enzym nội bào và
ngoại bào, một trong số đó sẽ tạo ra các phức làm thủy phân xenlulo, tạo ra
các thức ăn cacbuahydrat cho các vi sinh vật.

Hình 1.8: Cơ chế phân hủy xenlulo [9]
10



+ Hemixenlulo [10]
Cũng là một loại polysacarit tự nhiên, khi thủy phân chủ yếu tạo ra
các đồng phân lập thể thuộc pentoza (D–xyloza, L–arabinoza) và một số
đồng phân lập thể thuộc hexoza (D–glucoza, D–mannoza, D–galactoza) và
các dẫn xuất của axit metoxyuronic.
Hemixenlulo có cấu trúc phức tạp hơn xenlulo và có cấu trúc phân tử
có mạch nhánh nhiều, độ trùng hợp thấp n < 200. Do cấu trúc mạch nhánh
nên hemixenlulo có cấu trúc chủ yếu ở vùng vô định hình, ngoài ra còn có
một ít tồn tại ở vùng tinh thể của xenlulo. Vì vậy nó dễ thủy phân trong dung
dịch axit, dễ bị trích ly khỏi sợi trong dung dịch kiềm loãng, dễ hấp thụ ẩm,
có khả năng thủy phân dưới tác dụng của vi khuẩn và làm suy giảm độ bền
nhiệt của sợi, tính chất cơ học kém, không bền.

Hình 1.9: Công thức cấu tạo của một số monome của Hemixenlulo [14]
11



+ Lignin[4]
Lignin là một polyme thơm tự nhiên, là một hỗn hợp phức tạp của
nhiều polyme dạng phenolic, có cấu tạo mạng không gian ba chiều. Trong
thực vật lignin là chất liên kết giữa các tế bào, làm cho thành tế bào cứng hơn,
chịu va đập, chịu nén, bền dưới tác động của vi sinh vật. Một số quan điểm
cho rằng lignin đóng vai trò như nhựa nền trong thực vật, còn xenlulo đóng
vai trò chất gia cường. Có quan điểm cho rằng axit polyuronic và các

hydrocacbon là thành phần tạo nên lignin.
Lignin có cấu trúc vô định hình, có khối lượng phân tử từ 4000 -10000,
độ trùng hợp cao n = 25 – 45, liên kết giữa các đơn vị lignin rất phức tạp. Bản
chất của các liên kết này chưa được xác định rõ ràng, trong lignin có nhiều
nhóm chức như hydroxyl tự do, nhóm metoxyl, nhóm cacbonyl và nối đôi,
nhờ vậy mà nó có thể tham gia các phản ứng như oxy hóa làm đứt mạch
cacbon tạo thành các axit béo và thơm, hydro hóa và khử, phản ứng với
halogen, axit nitric, phản ứng metyl hóa. Lignin nóng chảy ở nhiệt độ 140 –
160
o
C.
Một dạng công thức điển hình của lignin như sau:

Hình 1.10: Công thức cấu tạo của Lignin [14]
12



+ Thành phần vô cơ [10]
Hàm lượng các chất vô cơ trong thực vật thường được quy về hàm
lượng tro, nó được đo xấp xỉ bằng lượng muối khoáng và các chất vô cơ khác
trong sợi sau khi nung ở nhiệt độ 575±25
o
C. Các chất vô cơ thường gặp trong
thành phần của tro là oxit silic chiếm chủ yếu 90 - 97%, oxit kali chiếm 1.8 -
2.8%, CaO, PbO, Al
2
O
3
, Fe

2
O
3
…
b) Cấu trúc sợi
Sợi thực vật nói chung và sợi gỗ nói riêng bao gồm hai thành phần tinh
thể và vô định hình. Trong đó phần tinh thể bao gồm các vi sợi, chúng được
tạo nên bởi các phân tử xenlulo. Các vi sợi được kết hợp với nhau bởi một
phần vô định hình bao gồm hemixenlulo và lignin. Độ bền của sợi thực vật sẽ
tăng khi hàm lượng phần tinh thể lớn. Bề mặt sợi được tạo nên bởi hỗn tạp
của các polyme không đồng nhất về trạng thái pha bao gồm xenlulo,
hemixenlulo và lignin. Nhóm chức –OH của xenlulo và nhóm –COOH, -OH
của hemixenlulo tạo nên tính ưa nước cho bề mặt sợi. Khi cho sợi tiếp xúc với
nước thì góc thấm ướt và năng lượng bề mặt của sợi giảm. Điều này được giải
thích do sự xâm nhập của nước vào sợi và làm trương sợi. Tính ưa nước của
sợi là một nhược điểm khi sử dụng làm chất gia cường cho nhựa nhiệt dẻo vì
hầu hết chúng là không ưa nước[4].

Hình 1.11: Cấu trúc của sợi thực vật [21]

13



c) Các đặc điểm của sợi tự nhiên khi sử dụng làm chất gia cường cho WPC
Mặc dù là mới được nghiên cứu khoảng gần chục năm trở lại đây,
nhưng vật liệu WPC gia cường bằng sợi thực vật đang được rất nhiều các nhà
khoa học quan tâm vì:
+ WPC là loại vật liệu thân thiện với môi trường.
+ Giảm ô nhiễm môi trường.

+ Tái chế dễ dàng.
+ Giá thấp hơn gỗ tự nhiên rất nhiều.
+ Giúp giảm thiệu nạn phá rừng.
+ Giá thành sợi rẻ.
+ Nguồn nguyên liệu sẵn có và dễ chế tạo.
+ Có khả năng phân huỷ sinh học, hoặc phân huỷ bởi nhiệt.
Do vậy, sử dụng sợi thực vật gia cường cho vật liệu WPC không những
thu được hiệu quả kinh tế cao mà còn giảm tối thiểu được ô nhiễm môi
trường.
Nhược điểm của vật liệu WPC gia cường bằng sợi thực vật: Trong sợi
thực vật thường chứa các nhóm ưa nước do vậy khó tương hợp với chất nhựa
nền. Đồng thời, sợi thực vật dễ hấp thụ ẩm làm giảm độ bền và tuổi thọ của
sản phẩm. Nhược điểm này có thể được khắc phục bằng cách xử lý sợi bằng
một số chất hoá học khác nhau.
1.2.2.2. Vật liệu nền (nhựa polypropylen)
Sự lựa chọn loại nhựa để sử dụng trong vật liệu tổng hợp nhựa - gỗ phụ
thuộc vào một số yếu tố. Trong đó có yếu tố nhiệt độ, chất lượng gỗ sẽ bị suy
giảm ở nhiệt độ cao, cho nên chất dẻo nào có thể xử lý được ở nhiệt độ dưới
200°C thường được sử dụng.
Sự lựa chọn của nhựa sẽ phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể. Dựa
trên công nghệ WPC hiện có, các vật liệu polymer thích hợp nhất để sử dụng
14



trong việc sản xuất WPC là Polyetylen (PE), Plypropylen (PP),
Polyvinylclorua (PVC), Polystiren (PS).
Nhiệt độ gia công của PVC nằm trong khoảng 150-220
o
C, tuy nhiên ở

nhiệt độ lớn hơn 140
o
C thì PVC bị phân hủy, do đó khi gia công cần phải
dùng thêm chất ổn định nhiệt. Ngoài ra, PVC dễ bị lão hoá do ánh sáng nên
trong một số trường hợp phải sử dụng thêm chất ổn định quang.

Hình 1.12: Hạt nhựa PVC tái sinh
Polypropylen (PP) là loại vật liệu chất dẻo có tỉ trọng thấp nhất, nhưng
độ bền kéo và độ bền nhiệt thì PP vượt hẳn PE, PS và một số PVC mềm.
Tính chất cách điện và bền với nước của PP gần với các loại PE.
15



Bảng 1.1: So sánh PE và PP
Tính chất PP
PP so với PE
Nhiệt độ nóng chảy
Lớn hơn (160-170
0
C)
Độ bền kéo
Lớn hơn
Độ kết tinh
Thấp hơn
Độ cứng
Cao hơn do có nhóm methyl.
Ứng dụng
Nhựa PP thường dùng làm các sản phẩm ngoài trời.
Qua sự phân tích và kết quả so sánh về tính chất cơ lý nhóm nghiên cứu

đã chọn nhựa PP làm vật liệu nền trong composite gỗ -nhựa.

Hình 1.13: Hạt nhựa PP tái sinh
* Một số tính chất của nhựa PP:
 Tính chịu nhiệt
Polypropylene (PP) là loại nhựa bán kết tinh có nhiệt độ nóng chảy cao
hơn PE (160-170
0
C). Nếu không có tác dụng của ngoại lực thì PP có thể giữ
được trạng thái kích thước 3 chiều ở nhiệt độ gần 150
o
C.
Ở nhiệt độ 155
0
C, PP còn ở thể rắn nhưng đến gần nhiệt độ nóng chảy,
PP chuyển sang trạng thái mềm cao. Khi giảm từ nhiệt độ nóng chảy đến
120
0
C, PP bắt đầu kết tinh lại. Ở 300
0
C, nếu PP có chứa chất ổn định thì khả
năng chịu nhiệt sẽ tăng lên và không bị phân hủy ngay cả khi đun vài giờ
trong không khí.
16



 Tính chất hóa học
Ở nhiệt độ thường, PP không tan trong các dung môi hữu cơ, trương
trong hydrocacbon thơm và clo hóa, khi nhiệt độ lớn hơn 80

0
C thì PP bắt
đầu tan trong hai loại dung môi trên.
 Tính chất cơ học
Ở nhiệt độ 20
o
C độ bền của PP là 50 – 60 N/mm
2
thì ở nhiệt độ
120
o
C độ bền chỉ còn lại 8-9 N/mm
2
.
Bảng 1.2: Tính chất của PP có trọng lượng phân tử 80000 – 150000
(vật liệu Phi kim)
Tỷ trọng g/cm
3
0,9 -0,91
Độ bền N/mm
2

- Kéo
- Uốn
- Nén

30 - 35
90 - 120
60 - 70
Biến dạng dài tương đối %

500 - 700
Độ cứng Brinel N/mm
2
0,6 - 0,65
Độ chịu lạnh thấp
o
C
-5 đến -15
Nhiệt độ nóng chảy
o
C
164 - 170
Hằng số điện môi ở 10
16
Hz
0,0002 – 0,0003
Điện thế đánh thủng kV/mm
30 - 32
Polypropylen (PP) là loại vật liệu dẻo được dùng nhiều trong các lĩnh
vực công nghiệp và dân dụng, polypropylen được gia công bằng các phương
pháp như đúc, phun, tạo hình dưới chân không và các phương pháp khác….
1.2. Phương pháp trộn
Các máy trộn đều có nguyên lý làm việc chung là xáo trộn hai hay
nhiều thành phần nguyên liệu để cho các thành phần đó di chuyển xen kẽ lẫn
17



nhau. Về nguyên lý cấu tạo, theo dạng nguyên liệu đưa vào trộn mà máy trộn
có cấu tạo khác nhau.

1.2.1. Phân loại theo phương pháp làm việc
Theo phương pháp làm việc các máy trộn hỗn hợp rời hoạt động theo 3
phương pháp cơ học sau:
+ Sự chuyển động của các cánh trộn.
+ Sự quay của thùng có chứa hỗn hợp trộn.
+ Cho hỗn hợp cần trộn đi qua một lỗ phun.
1.2.2. Phân loại theo nguyên tắc làm việc
Theo nguyên tắc làm việc người ta chia máy trộn làm hai loại: liên tục
và gián đoạn.
Thuộc về máy trộn làm việc gián đoạn gồm những loại sau:
+ Máy trộn thùng quay.
+ Máy trộn cánh nằm ngang, thẳng đứng.
+ Máy trộn vít tải đứng.
+ Máy trộn lớp sôi có cánh đảo.
Thuộc về máy trộn làm việc liên tục gồm những loại sau:
+ Máy trộn vít tải ngang.
+ Máy trộn ly tâm.
1.2.3. Phân loại theo nguyên tắc cấu tạo
Về cấu tạo máy trộn gồm hai loại chính sau đây:
- Máy trộn có bộ phận trộn quay:
Loại này được dùng phổ biến trong nông nghiệp gồm các kiểu: vít tải,
cánh gạt, hành tinh, cánh quạt…, ưu điểm chủ yếu của loại này là chất lượng
cao, dễ nạp và xả liệu, dễ sử dụng, làm việc liên tục được, có thể trộn vật liệu
ở trạng thái khô, ẩm, lỏng. Nhược điểm là khó làm sạch nhất khi trộn ẩm,
mức tiêu thụ điện năng cao.
18



- Máy trộn thùng quay:

Loại này gồm kiểu trống, lập thể, côn…được dùng rộng rãi trong công
nghiệp. Ưu điểm của loại này là có cấu tạo đơn giản, dễ làm sạch, công suất
thấp. Nhược điểm là tốc độ trộn thấp, làm việc gián đoạn, thể tích hữu ích
thấp, không thể trộn nguyên liệu dính.
+ Cấu tạo máy trộn thùng quay
Máy trộn thùng quay được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp.
Trong công nghiệp hóa học sử dụng để trộn các phối liệu, trong công nghiệp
thực phẩm để trộn các loại hạt liệu rời…
Yêu cầu của vật liệu đưa vào trộn phải rời xốp, độ kết dính nhỏ và cho
phép làm dập nát. Máy trộn loại này chủ yếu làm việc gián đoạn, nhưng đối
với loại thùng nằm ngang cũng có thể làm việc liên tục. Cấu tạo của máy
gồm: thùng trộn, bộ phận dẫn động và bộ phận đỡ.
Thùng trộn có nhiều cách bố trí và có nhiều hình dạng khác nhau để tạo
ra dòng vật liệu chuyển động khác theo yêu cầu công nghệ. Thông thường là
hình trụ nằm ngang (hình 1.14a) hoặc thẳng đứng (hình 1.14b). Loại này dễ
chế tạo, dễ lắp ráp, dễ điều chỉnh. Để trộn sản phẩm thật mãnh liệt và khi trộn
cho phép nghiền, người ta dùng thùng quay lục giác nằm ngang (hình 1.14c).
Loại thùng quay hình trụ chéo (hình 1.14f) bảo đảm trộn nhanh chóng và chất
lượng cao vì ở đây thực hiện đồng thời cả trộn chiều trục lẫn trộn hướng kính,
cả trộn khuếch tán lẫn trộn đối lưu, va đập và nghiền.
Loại thùng hình trụ kép chữ V (hình 1.14g) dùng khi cần trộn hiệu quả
cao. Máy dùng để trộn các hỗn hợp có yêu cầu độ trộn đều cao như premix,
thuốc thú y dạng bột,… Ở loại máy trộn này có đầy đủ cả năm quá trình trộn
đã nêu.
Máy trộn hình nón gồm hai hình nón cụt nối với ống hình trụ, trục quay
thường đi qua theo đường kính ống (hình trụ), hay trong những trường hợp
riêng có thể trùng với đường tâm của hình trụ. Trong loại máy trộn này, hiệu
19

quả trộn được tăng lên nhờ trộn được vật liệu rời dọc theo bề mặt thay đổi của
hình nón. Trên hình 1.154 và hình 1.14e trình bày cấu tạo máy trộn hình côn
đứng và máy trộn hình côn ngang.

Hình 1.14: Các dạng máy trộn thùng quay
a. Kiểu trục nằm ngang b. Kiểu hình trụ thẳng đứng
c. Kiểu lục giác nằm ngang d. Kiểu hình côn đứng
e. Kiểu hình côn nằm ngang f. Kiểu hình trụ chéo
g. Kiểu chữ V h. Kiểu nồi quay.
Máy trộn dạng nồi quay (hình 1.14h) gồm chủ yếu có bình chứa dạng
lập phương quay trên trục nằm ngang với đường tâm quay của bình chứa
trùng với đường chéo chính của nó. Việc sử dụng hình dạng lập phương thay
cho dạng hình trụ là do ở trong những hình trụ dài khó đảm bảo việc trộn đều
và tháo sản phẩm nhanh chóng. Trộn trong nồi quay rất có hiệu quả và còn có
20



thể tăng thêm hiệu quả mạnh hơn nhờ lắp thêm những cánh đảo quay theo
hướng ngược chiều quay của nồi.
+ Cấu tạo máy trộn có bộ phận trộn quay
Cấu tạo máy trộn có bộ phận trộn quay bao gồm các cơ cấu trộn, thùng
trộn và bộ phận dẫn động.
Máy trộn dải băng xoắn (hình 1.15a,b,c) thuộc loại máy trộn vận chuyển.
Việc trộn được tiến hành bằng băng xoắn. Băng xoắn ngoài việc trộn vật liệu,
băng xoắn còn có tác dụng làm dịch chuyển vật liệu trộn. Thùng trộn của máy
trộn dải băng thường có dạng máng hay bình kín khi thích ứng làm việc với
chân không. Để chuyển chỗ sản phẩm khi trộn ở hai hướng ngược chiều nhau,
trong một vài cấu tạo của máy trộn dùng băng xoắn người ta lắp hai dải băng

có đường vít trái và vít phải. Dải băng được cố định trên trục. Trong trường
hợp khi dung máy trộn băng xoắn để trộn sản phẩm rời rắn và đồng thời làm
ẩm vật liệu thì trục máy trộn phải có những cào đặc biệt. Để làm sạch thành
máng, khi đó băng xoắn phải quay với khe hở thành thùng khoảng vài mm.
Loại máy trộn này được sử dụng ở những nhà máy thức ăn.

Hình 1.15: Các dạng máy trộn có bộ phận trộn quay
21



Máy trộn dạng cánh đảo (hình 1.15d,e) cũng thuộc loại máy trộn vận
chuyển. Việc khuấy trộn được tiến hành bằng cánh đảo, thông thường thì các
cánh này được lắp chặt trên trục nằm ngang. Các máy trộn loại này có thể làm
việc liên tục hay gián đoạn.
Ở những máy làm việc liên tục, các cánh đảo được lắp chặt trên trục
theo đường ren vít, nhằm đảm bảo đồng thời khuấy trộn và chuyển dời sản
phẩm dọc trục. Chất lượng trộn của loại máy này phụ thuộc vào thời gian trộn
và được xác định bằng thực nghiệm. Thời gian trộn phải phù hợp với thời
gian chuyển dời sản phẩm trong máy trộn từ cửa nạp đến cửa tháo. Thời gian
đó có thể thay đổi bằng cách thay đổi số vòng quay của trục cánh đảo cũng
như góc xoay của cánh đảo đối với trục. Trong máy trộn dùng cách đảo làm
việc gián đoạn, sản phẩm thường được trộn bằng cách đảo hướng tâm, hơi
nghiêng một chút đối với trục thùng quay. Cách bố trí như vậy của những bộ
phận làm việc đảm bảo quá trình trộn và đồng thời tuần hoàn sản phẩm ở
trong máy trộn.
Máy trộn kiểu vít tải có thể làm việc gián đoạn hay liên tục. Ở máy trộn
vít tải cánh đứt (hình 1.15f) thực hiện trộn vật liệu bằng cả năm quá trình trộn.
Nó được sử dụng khi vừa trộn vừa vận chuyển vật liệu. Vật liệu được đảo
trộn mảnh liệt hơn nếu trộn ở máy trộn vít tải hai trục (hình1.15g). Các bộ

phận của loại máy này tương tự như ở máy trộn cánh nhưng trục trộn ở đây
dài hơn và cánh phải nằm trên bề mặt vít hoặc cánh liền thành bề mặt vít. Như
vậy máy trộn vít tải cánh đứt là trường hợp riêng của máy trộn cánh. Máy trộn
vít tải thẳng đứng làm việc gián đoạn gồm có cơ cấu trộn dạng vít tải nằm
trong ống khuếch tán. Ở máy trộn này vật liệu được tuần hoàn nhiều lần và
đảo trộn khá mạnh nên được dùng để trộn những sản phẩm dạng bột.
Cũng thuộc loại máy trộn vít tải làm việc gián đoạn còn có máy trộn vít
xoắn nghiêng, còn gọi là máy trộn hành tinh. Loại máy trộn này được mô tả
như ở hình 1.15i gồm thùng trộn hình nón, bên trong đặt vít xoắn nghiêng. Vít
22



xoắn nghiêng đặt theo độ nghiêng của đường sinh vỏ thùng. Ngoài ra ở trên
vít còn được nối với cơ cấu quay vít do động cơ quay để quay vít theo trục
thẳng đứng của thùng. Vít xoắn được truyền động từ động cơ qua hộp giảm
tốc tới khớp cac đăng. Sau thời gian đảo trộn đạt yêu cầu, mở van chắn của
ống tháo sản phẩm để thu hồi sản phẩm bột hỗn hợp.
Để trộn vật liệu dạng bột khô, người ta còn dùng máy trộn ly tâm
(hình 1.15k). Cấu tạo của máy gồm vỏ cố định, rô to hình nón cụt có gắn các
cánh trộn và có các lỗ vào cửa thông liệu. Quá trình cứ tiếp tục như thế cho
tới khi đạt yêu cầu.

Hình 1.16: Sơ đồ phân loại máy trộn
1.3. Một số công trình nghiên cứu về vật liệu gỗ nhựa
1.3.1. Trên thế giới
Tại một số quốc gia, vật liệu phức hợp gỗ nhựa được đưa vào ứng dụng
từ những năm giữa thế kỷ 20. Thập niên 80 của thể kỷ 20 Italia tạo vật liệu
hỗn hợp sử dụng 50% bột gỗ và 50% nhựa PP được gọi là wood-stock. Vật
23

liệu phức hợp gỗ nhựa có các ưu thế như giá thành rẻ, cường độ tốt, độ cứng
cao, được hãng ôtô Ford sử dụng trong đồ nội thất ô tô, đến nay đã được sử
dụng rộng rãi. Năm 2004 khi mà châu âu và Nhật bản đóng cửa rừng thì sản
phẩm gỗ nhựa là sản phẩm thay thế số 1 cho vật liệu gỗ tự nhiên. Những năm
90 của thế kỷ 20 thì sợi thực vật kết hợp với vật liệu nhựa hình thành lên vật
liệu phức hợp gỗ nhựa là sản phẩm lựa chọn hàng đầu, đây là giai đoạn đưa
sản phẩm ứng dụng vào thực tế, nhưng sản phẩm chủ yếu được ứng dụng vào
tạo ván, đóng thùng…Những năm gần đây trên thế giới kỹ thuật sản xuất các
sản phẩm từ vật liệu gỗ nhựa phát triển lên một tầm cao mới, bổ xung phát
triển thành phần bột gỗ làm biến tính vật liệu nhựa. Tại Nhật bản sản phẩm
nổi tiếng là “Tình yêu với gỗ” là một ví dụ cụ thể; công ty Xiede của Canada
phát triển và sản xuất các sản phẩm từ vật liệu phức hợp gỗ nhựa(sử dụng
phương pháp phun và phương pháp nén áp); tại Autralia, Hàn quốc đều có các
công ty sản xuất từ vật liệu này. Vật liệu phức hợp gỗ đã trở thành một ngành
công nghiệp phát đạt tại châu Âu, điển hình là sử dụng nội thất xe hơi, như tại
Mỹ có tập Ford, GM; tại Đức thì có Volkswagen; Audi, Nhật bản có Toyota,
Honda, Nisan các hãng xe đều sử dụng vật liệu phức hợp gỗ nhựa trong làm
ván cửa trước, cửa sau và làm giá đỡ, hộp đựng hành lý với những ứng dụng
khác nhau. Năm 2004, chỉ tính riêng tại Mỹ vật liệu WPC sử dụng trong xây
dựng đã chiếm tỷ lệ 15% -20% trong tổng số các loại vật liệu gỗ. Lĩnh vực sử
dụng vật liệu composite gỗ-nhựa rất rộng rãi: làm ván sàn, ván ốp tường, ván
phủ mặt, khung cửa sổ, cửa đi, đồ dùng ngoài trời, sàn tàu, khung cửa sổ, cửa
đi, các chi tiết mộc, trang trí, dụng cụ thể thao…
Vật liệu Composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, khoảng
5.000 năm trước Công nguyên người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu
composite vào cuộc sống (ví dụ: sử dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo
sự dãn nở trong quá trình nung đồ gốm). Người Ai Cập đã biết vận dụng vật

liệu Composite từ khoảng 3.000 năm trước Công nguyên, sản phẩm điển hình
24



là vỏ thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum về sau này các thuyền đan bằng tre
chát mùn cưa và nhựa thông hay các vách tường đan tre chát bùn với rơm, dạ
là những sản phẩm Composite được áp dụng rộng rãi trong đời sống xã hội.
Sự phát triển của vật liệu composite đã được khẳng định và mang tính đột
biến vào những năm 1930 khi mà stayer và Thomat đã nghiên cứu, ứng dụng
thành công sợi thuỷ tinh; Fillis và Foster dùng gia cường cho Polyeste không
no và giải pháp này đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế
tạo máy bay, tàu chiến phục vụ cho đại chiến thế giới lần thứ hai. Năm 1950
bước đột phá quan trọng trong ngành vật liệu Composite đó là sự xuất hiện
nhựa Epoxy và các sợi gia cường như Polyeste, nylon,… Từ năm 1970 đến
nay vật liệu composite nền chất dẻo đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong
các ngành công nghiệp và dân dụng, y tế, thể thao, quân sự vv
Các kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu composite gỗ - nhựa cho
thấy có thể tạo ra các sản phẩm vật liệu composite gỗ - nhựa có chiều dày
khác nhau từ 4mm đến 40mm, khối lượng thể tích từ 0.65g/cm
3
đến 1.2g/cm
3

và có nhiều ưu điểm so với sản phẩm gỗ truyền thống. Vật liệu có thể tái tạo,
ít bị khuyết tật, khả năng cách nhiệt tốt hơn so với chất dẻo; tính năng giống
như gỗ nhưng có độ bền uốn rất cao tính ổn định kích thước cao hơn gỗ; tính
ổn định kích thước cao, khả năng hút ẩm thấp; Có khả năng chống nấm mốc,
sinh vật hại gỗ; có thể sản xuất với các hình dạng khác nhau; không bị nứt
toác hoặc tách khả năng gia công tốt và thân thiện với môi trường.

Những lợi thế của vật liệu composite gỗ - nhựa so với các vật liệu khác
như ván dăm, ván sợi là có thể tạo ra các hình dạng phức tạp khác nhau và
hoàn toàn có thể tái chế sử dụng. Công nghệ và thiết bị đáp ứng được yêu cầu
của công nghệ và thiết bị hệ tiên tiến và có chất lượng cao khi sử dụng hầu hết
phế liệu gỗ và chất dẻo phế thải. Trong thành phần của vật liệu composite gỗ-
nhựa bao gồm một số thành phần như sau: Bột gỗ được nghiền nhỏ, kết hợp
25



với nhựa nguyên sinh, chất tăng cường để nâng cao tính chất công nghệ và sử
dụng của sản phẩm.
Sản xuất vật liệu composite gỗ-nhựa có thể thực hiện bằng các phương
pháp ép đùn, ép trong khuôn kín. Công nghệ ép đùn có thể tạo ra các sản
phẩm có hình dạng (Profile) khác nhau ở dạng đặc, rỗng. Hình dạng sản phẩm
phụ thuộc vào khuôn ép trục vít ở trong máy ép đùn. Công nghệ ép đùn được
xem là loại hình công nghệ tiên tiến, hiện đại trong việc tạo ra các sản phẩm
có nhiều ưu điểm và thân thiện với môi trường có khả năng thay thế vật liệu
gỗ truyền thống.
Công nghệ tạo vật liệu composite trong khuôn ép kín bao gồm các công
đoạn: tạo bột gỗ, nhựa nguyên sinh hoặc nhựa phế thải, trộn hỗn hợp, trải trên
khuôn ép, ép trong khuôn kín, làm nguội. Ưu điểm của phương pháp này là
công nghệ đơn giản, đầu tư thấp, hiệu quả cao phù hợp với điều kiện sản xuất
nhỏ. Nhược điểm là kích thước sản phẩm bị hạn về chiều dài, chiều rộng và
chiều dày thường mỏng. Năng suất và mức độ tự động hoá không cao so với
ép đùn.
Như vậy, công nghệ sản xuất vật liệu gỗ - nhựa đã phát triển rất mạnh
trên thế giới. Sản phẩm gỗ-nhựa rất đa dạng và được ứng dụng ở nhiều lĩnh
vực: xây dựng, nội ngoại thất, công trình dân dụng, giao thông.
1.3.2. Trong nước

Từ năm 1972 đến 1973 tại Trường đại học Bách khoa Hà nội bắt đầu sử
dụng composite trên cơ sở nhựa Epgoxy (EP) gia cường bằng sợi thủy tinh
ứng dụng sửa chữa các đường ống dẫn dầu. Từ năm 1986 đến nay, vật liệu
composite trên cơ sở nhựa polyeste không no gia cường bằng sợi thủy tinh đã
phát triển trong cả nước với nhiều sản phẩm nổi bật: vòm che máy bay (1996-
1999), bồn chứa, lớp bọc chống ăn mòn, vách nhà làm từ tre và bùn ao trộn
với rơm, thuyền tre trát sơn trộn mùn cưa…