nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ vụn và hạt nhựa phế liệu làm nguyên liệu sản xuất đồ gỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NCKH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM
TỪ GỖ VỤN VÀ HẠT NHỰA PHẾ LIỆU
LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT ĐỒ GỖ
S

K

C

0

0

3

9
1

5
8

9
0

MÃ SỐ: T 2011 - 67

S KC 0 0 3 2 7 3

Tp. Hồ Chí Minh, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Đề Tài:

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM
TỪ GỖ VỤN VÀ HẠT NHỰA PHẾ LIỆU LÀM
NGUN LIỆU SẢN XUẤT ĐỒ GỖ

MÃ SỐ: T2011 - 67

SVTH : QCH VĂN THIÊM
NGUYỄN VĂN TÚ

Tp. Hồ Chí Minh 2011


MỤC LỤC
Chương 1.ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................. 1

1.1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................3
1.4. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................3
1.5. Ý nghĩa của đề tài .................................................................................................3
Chương 2. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................................. 4
2.1. Khái quát về vật liệu Polyme Composite và Composite gỗ - nhựa ......................4
2.1.1. Khái niệm về vật liệu Polyme Composite......................................................4
2.1.2. Vâ ̣t liê ̣u Composite gỗ – nhựa (WPC) ...........................................................5
2.1.3. Lịch sử phát triển và ứng dụng của vật liệu composite gỗ-nhựa ...................5
2.2 Tình hình nghiên cứu .............................................................................................7
2.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước ...................................................................7
2.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ..................................................................10
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ....................................................................... 19
3.1. Tìm hiểu nhu cầu sử dụng nhựa và phế liệu của ngành nhựa .............................19
3.2. Tìm hiểu phế liệu của ngành gỗ ..........................................................................22
3.3. Lý luận kết hợp của vật liệu composite gỗ nhựa ................................................23
3.3.1. Sự hình thành bề mặt của vật liệu phức hợp gỗ nhựa .................................23
3.3.2. Lý luận về tính kết hợp bề mặt .....................................................................24
3.3.3. Lý luận về thấm ướt bề mặt ..........................................................................24
3.3.4. Lý luận về liên kết hóa học ...........................................................................25
3.3.5. Lý luận liên kết cơ giới .................................................................................26
3.3.6. Lý luận về liên kết lớp bề mặt yếu ................................................................26
3.3.7. Lý luận về mở rộng bề mặt ...........................................................................27
3.4. Nghiên cứu công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ - nhựa ...........................27
3.4.1. Thành phần vật liệu composite ....................................................................27
3.4.2. Sợi gia cường ..............................................................................................30
3.4.3. Vai trò của các vật liệu thành phần trong composite ..................................36
3.4.4. Tính chất chung của vật liệu composite .......................................................36
3.4.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của composite gỗ - nhựa tái chế .......37
3.5. Nghiên cứu quy trình sản xuất ván dăm - nhựa phế liệu (composite gỗ nhựa) ..39

3.5.1. Lưu trình tạo composite từ phế liệu gỗ và nhựa tái chế ..............................39
3.5.2. Mô tả lưu trình thực hiện .............................................................................40
Chương 4.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................... 44
4.1. Kết luận ...............................................................................................................44
4.2. Kiến nghị.............................................................................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 45
i


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Cấ u ta ̣o vâ ̣t liê ̣u PC cố t sơ ̣i .......................................................................... 4
Hình 2.2. Vật liệu WPC sử dụng làm ván sàn ngoài trời ............................................. 7
Hình 2.3. Sử dụng vật liệu WPC trong xây dựng nhà dân dụng .................................. 7
Hình 2.4. Một số chi tiết trong ôtô làm từ WPC .......................................................... 14
Hình 2.5. Ứng dụng WPC làm ván sàn ........................................................................ 15
Hình 2.6. Bàn ghế từ WPC ........................................................................................... 16
Hình 2.7. Trang trí và xây dựng từ WPC ..................................................................... 17
Hình 2.8. Một số profiles của composite gỗ - nhựa trong cùng một sản phẩm ........... 18
Hình 3.1. Nhựa nhiệt dẻo dùng trong sản xuất WPC ................................................... 29
Hình 3.2. Phân loại sợi thực vật ................................................................................... 30
Hình 3.3. Công thức cấu tạo xenlulo ............................................................................ 31
Hình 3.4. Cơ chế phân hủy xenlulo .............................................................................. 32
Hình 3.5. Công thức cấu tạo của một số monome của Hemixenlulo .......................... 33
Hình 3.6. Công thức cấu tạo của Lignin ....................................................................... 34
Hình 3.7. Cấu trúc của sợi thực vật .............................................................................. 35
Hình 3.8. Sơ đồ thực nghiệm tạo composite từ phế liệu gỗ và nhựa PP ...................... 39
Hình 3.9. Sơ đồ máy tạo hạt gỗ và nhựa ...................................................................... 42

ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ván dăm từ gỗ vụn và hạt nhựa phế liệu (Composite gỗ - nhựa)

iii


THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm thất từ gỗ vụn và hạt nhựa
phế liệu làm nguyên liệu sản xuất đồ gỗ - giai đoạn I
- Mã số: T2011 - 67
- Chủ nhiệm: ThS. Quách Văn Thiêm
- Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
- Thời gian thực hiện: từ tháng 3 đến tháng 11 năm 2011
2. Mục tiêu:
- Tìm hiểu tổng phế liệu của ngành nhựa và ngành chế biến gỗ
- Tìm hiểu nhu cầu sử dụng ván composite gỗ nhựa
- Xác định được cơ sở khoa học về việc liên kết vật liệu composite gỗ và nhựa
3. Tính mới và sáng tạo:
- Đã mô tả được quy trình sản xuất ván dăm - nhựa phế liệu và các yếu tố ảnh
hưởng
4. Kết quả nghiên cứu:
- Đã tìm hiểu nhu cầu sử dụng nhựa và phế liệu của ngành nhựa và đưa ra các
phương pháp sử dụng phế liệu của ngành gỗ
- Xác định được cơ chế liên kết của vật liệu composite gỗ nhựa đó là: Sự hình
thành bề mặt của vật liệu phức hợp gỗ nhựa; liên kết do thấm ướt bề mặt; liên kết
hóa học; liên kết cơ giới ; liên kết lớp bề mặt yếu; liên kết về mở rộng bề mặt
- Xác định được thành phần và vai trò của từng loại thành phần trong vật liệu
composite gỗ - nhựa

- Xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của composite gỗ - nhựa tái
chế như: Ảnh hưởng của kích thước bột gỗ; của độ ẩm bột gỗ; của hàm lượng bột
gỗ; của phương pháp gia công và thông số chế độ ép; của số lần tái chế nhựa.
- Đã xác định và mô tả được quy trình sản xuất ván
5. Sản phẩm:
- Báo cáo khoa học về quy trình sản xuất dăm - nhựa phế liệu
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
- Kết quả nghiên cứu lý thuyết về công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ vụn và nhựa
phế liệu áp dụng được trong thực tiễn sản xuất và chuyển giao công nghệ.
Ngày 22 tháng 11 năm 2011
Trưởng Đơn vị
Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên, đóng dấu)
(ký, họ và tên)

iv


INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
- Project title: Research technology manufacturing particle board from wood
debris and scrap plastic granules as raw materials for wood production - Period I
- Code number: T2011 - 67
- Coordinator: Master. Quach Van Thiem
- Implementing institution: University of Technical Education HoChiMinh City
- Duration: from March to November - 2011
2. Objective(s):
- Search a total waste of plastic and wood processing
- Search the demand for wood plastic composite board
- Identify the scientific basis for the associated wood and plastic composite

materials
3. Creativeness and innovativeness:
- Describe the production process particle board - plastic scraps and other factors
affecting
4. Research results:
- Search the demand for plastic and scrap of plastics and method of making use of
scraps of wood industry
- Determining the mechanisms that link the wood plastic composite material which
is: The formation of the surface of the wood plastic composite materials; link the
wet surface; chemical bond; associated motor; layer link surface weak; link on
extended surfaces
- Determining the composition and role of each component in composite wood
material – plastic
- Identify factors affecting the properties of composite wood - recycled plastic
such as: The effects of powder size timber of wood flour moisture; the content of
wood pulp; the processing method and mode parameters pressed; the number of
plastic recycling.
- Identify and describe the manufacturing process of plastic processing board.
5. Products:
- Scientific reports on the chip manufacturing process - plastic scrap
6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:
- The results of theoretical research on production technology of particle board
from wood debris and scrap plastic granules are applied in practical production
and technology transfer.
v


Chương 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Lý do chọn đề tài

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 10 năm trở lại
đây, kim ngạch xuất khẩu của ngành gỗ đã tăng gần 10 lần, từ 219 triệu USD năm
2000, đã tăng lên khoảng 2tỷ USD năm 2006 và năm 2007 khoảng 2,4 tỷ USD và
khoảng 3tỷ USD năm 2010.
Trong quá trình khai thác, chế biến gỗ rừng trồng, luôn luôn để lại một lượng
thứ phế liệu đáng kể là gỗ cành ngọn trong khai thác và lõi gỗ sau khi bóc ván mỏng,
mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn. Đặc điểm chung của những dạng phế liệu này là khối
lượng thể tích thấp, tiết diện hình tròn, đường kính nhỏ và độ cong ít. Nếu tiếp tục gia
công thành nguyên liệu hình hộp, bằng phương pháp xẻ, thì hiệu suất sử dụng gỗ thấp,
chí phí lớn, hiệu quả kinh tế không cao, chất thải rắn nhiều, bất lợi cho môi trường.
Đồng thời, những phần gỗ tốt nhất bị loại bỏ thành phế liệu. Tất cả nhược điểm của
những phế liệu này có thể được khắc phục bằng cách chế biến chúng thành gỗ vụn,
dăm nhỏ kết hợp với chất kết dính thích hợp để sản xuất một dạng vật liệu mới sử
dụng trong trang trí nội thất.
Hàng năm ngành công nghiệp chế biến gỗ nước ta phải nhập khẩu từ 3.5 - 4
triệu m3 gỗ tròn, trong khi đó lượng phế liệu trong cưa xẻ gỗ thường dao động từ 1112% thể tích của cây. Lượng phế liệu trong sản xuất chế biến gỗ phụ thuộc vào nguyên
liệu, kích thước tạo sản phẩm, công suất thiết bị và thường chiếm tỷ trọng từ 45-63%
thể tích nguyên liệu. Như vậy có thể thấy, lượng phế liệu gỗ rất lớn và hiện nay sử
dụng chủ yếu làm nhiên liệu, lãng phí và ảnh hưởng đến tỷ lệ lợi dụng gỗ cũng như giá
thành sản phẩm. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để sử dụng hiệu quả lượng phế liệu gỗ
này để nâng cao tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu đồng thởi bảo vệ được môi trường.
Nhựa phế liệu là dạng chất thải rắn rất khó phân hủy trong môi trường tự nhiên,
nên chúng thường được sử dụng để sản xuất các sản phẩm tái sinh. Tuy nhiên, các sản
phẩm nhựa tái sinh thường có chu kỳ tồn tại ngắn và mỗi lần tái sinh chất lượng nhựa
càng kém. Đồng thời phát sinh ô nhiễm môi trường trong sản xuất. Vì vậy, tận dụng
1


phế liệu nhựa để sản xuất sản phẩm có chu kỳ sử dụng lâu dài là điều cần thiết. Một

trong những hướng giải quyết tốt vấn đề này là sản xuất sản phẩm dạng tấm, dạng khối
làm vật liệu nền trong trang trí nội, ngoại thất và đồ mộc bằng cách sử dụng phối hợp
dăm gỗ với nhựa phế liệu làm chất kết dính
Sản phẩm gỗ - nhựa phế liệu có tính chất chủ yếu: Tính hút nước và trương nở
rất thấp. Hầu như không bị sinh vật hại gỗ phá hủy. Bề mặt có chất lượng cao, dễ dàng
thực hiện các kỹ thuật trang sức khác nhau, độ bền của sản phẩm cao hơn gỗ khoảng 4
lần... Có thể gia công trên các máy chế biến gỗ thông thường.
Kết hợp phế liệu gỗ và phế liệu nhựa để tạo ra sản phẩm vừa hạn chế được
lượng chất thải rắn đi vào môi trường, vừa tạo ra sản phẩm mới có giá trị và giá trị sử
dụng cao hơn những chất tham gia vào kết cấu sản phẩm.
Công nghệ sản xuất sản phẩm từ phế liệu gỗ - nhựa không phức tạp, phù hợp
với trình độ và điều kiện sản xuất trong nước. Hiện nay ở nước ta vẫn chưa có cơ sở
nào ứng dụng công nghệ này để sản xuất sản phẩm thương mại.
Nguồn nguyên liệu (phế liệu chất dẻo và phế liệu gỗ) để sản xuất vật liệu
composite gỗ - nhựa có tiềm năng rất lớn. Các kết quả nghiên cứu và tình hình sản
xuất vật liệu composite gỗ - nhựa từ phế liệu gỗ và phế liệu chất dẻo có thể thấy rằng,
sản xuất vật liệu composite gỗ-nhựa là xu hướng công nghệ hiện đại, thân thiện môi
trường, có ý nghĩa về mặt xã hội và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên.
Sản phẩm composite gỗ - nhựa có chiều dày khác nhau từ 4mm đến 40 mm,
khối lượng thể tích có thể đạt tới 1140 kg/m3 có rất nhiều ưu điểm như: tính ổn định
kích thước cao, khả năng chống sinh vật hại tốt, bề mặt mịn, dễ gia công, có thể tạo ra
màu sắc thích hợp.. được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: ván sàn, cầu thang, cửa, nhà
ở, đồ gỗ nội thất, vật liệu trang trí…Mặt khác dây chuyền sản xuất composite gỗ nhựa rất phù hợp với sản xuất quy mô nhỏ, vốn đầu tư thấp, sử dụng nguyên liệu là các
phế liệu trong công nghiệp gỗ và công nghệ chất dẻo.
Các kết quả nghiên cứu trong nước cho thấy vật liệu composite nói chung đã
được nghiên cứu thành công ở các cấp độ khác nhau chủ yếu là trên nền polyme nhiệt
rắn, kết hợp với các chất gia cường như sợi thủy tinh, bột gỗ, bột tre, chất tăng cường
và khả năng ứng dụng cũng rất rộng rãi. Các công trình nghiên cứu về sử dụng chất
2

dẻo phế thải và phế liệu gỗ để tạo vật liệu composite còn rất ít, mặc dù hướng nghiên
cứu này rất có tiềm năng trong tương lai.
Xuất phát từ những phân tích trên, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu
công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ vụn và hạt nhựa phế liệu làm nguyên liệu sản xuất
đồ gỗ - giai đoạn 1”
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu nhằm những mục tiêu sau:
- Tìm hiểu tổng phế liệu của ngành nhựa và ngành chế biến gỗ
- Tìm hiểu nhu cầu sử dụng ván composite gỗ nhựa
- Xác định được cơ sở khoa học về việc liên kết vật liệu composite gỗ và nhựa
1.3. Đối tượng nghiên cứu
Đề tài tập trung vào nghiên cứu các đối tượng sau:
- Các phế liệu trong chế biến gỗ như: gỗ vụn, mùn cưa, dăm bào
- Hạt nhựa Polypropylene tái chế
1.4. Phạm vi nghiên cứu
Để sản xuất nguyên liệu cho sản xuất đồ gỗ từ gỗ vụn và hạt nhựa là một lĩnh vực
mới và rất rộng đã có nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm, đòi hỏi nhiều về kinh phí
và thời gian. Trong phạm vi của đề tài trong giai đoạn 1 chúng tôi tập trung giải quyết
một số nội dung như sau:
- Tìm hiểu phế liệu của ngành nhựa
- Tìm hiểu phế liệu của ngành chế biến gỗ
- Tìm hiểu nhu cầu sử dụng ván nhân tạo trong và ngoài nước
- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về công nghệ sản xuất vật liệu composite
gỗ - nhựa kết hợp
1.5. Ý nghĩa của đề tài
Làm tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu công nghệ sản xuất vật liệu
composite gỗ - nhựa

3

Chương 2
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1. Khái quát về vật liệu Polyme Composite và Composite gỗ - nhựa
2.1.1. Khái niệm về vật liệu Polyme Composite
Thuâ ̣t ngữ Composite là tên go ̣i của loa ̣i vật liệu đươ ̣c kết hợp từ hai hay nhiều
loại vật liệu khác nhau tạo ra loại vật liệu mới có tính năng khác với các vật liệu ban
đầu khi ở riêng rẽ . Các tính năng này thường là tốt hơn hay phù hợp hơn với mục đích
và điều kiện sử dụng cụ thể . Đặc trưng của vật liệu Composite là được cấu thành t ừ
nhiề u thành phầ n vâ ̣t liê ̣u nên chúng còn đươ ̣c go ̣i là vâ ̣t liê ̣u đa thành phầ n .
Vâ ̣t liê ̣u Polyme Composites (viết tắt: PC) là một loại vật liệu Composite được
cấu tạo bởi 2 hay nhiều cấu tử (thành phần). Trong đó, loại cấu tử thứ nhất là 1 hay
nhiều polyme nền. Loại cấu tử thứ hai là các chất phụ gia (hay còn go ̣i là chất độn,
chấ t gia cường , cố t) như: vật liệu sợi, bột của các chất vô cơ... Còn có thể có thêm 1
thành phần thứ ba là chất trơ ̣ liên kế t (hay trơ ̣ tương hơ ̣p ), có tác dụng làm tăng tính
năng kết hợp giữa chất độn và nhựa nền. Polyme composite có các tính chất hoá, lý
khác nhiều so với từng vật liệu thành phần riêng rẽ.
Vật liệu composite bao gồm hai hay nhiều pha thường khác nhau về bản chất và
không hòa tan lẫn nhau . (Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của
vật liệu composite ) Trong đó , một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một
pha liên tục duy nhất. Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường làm nhiệm vụ
liên kết các pha gián đoạn lại . Pha gián đoạn được gọi là cốt , còn gọi là vật liệu gia
cường hay vật liệu tăng cường

(reinforcement), được trộn vào pha nền làm tăng cơ

tính, tính kết dính, chống mài mòn, chống xước...
Nền

Vùng trung gian
(tác nhân dính kết)

Sợi

Bề mặt tiếp xúc

Hình 2.1. Cấ u ta ̣o vâ ̣t liê ̣u PC cố t sơ ̣i

4


Vật liệu PC được phân loại theo 2 cách dựa trên đặc điểm của 2 pha.
+ Theo pha nền polyme:
-

Vật liệu PC nền nhựa nhiệt rắn

-

Vật liệu PC nền nhựa nhiệt dẻo

+ Theo pha gia cường:
-

Chất gia cường dạng phân tán (bột).

-

Chất gia cường dạng sợi ngắn hay vẩy.

-

Chất gia cường dạng sợi liên tục (sợi cacbon, sợi thủy tinh…).

-

Độn không khí hay xốp.

-

Hỗn hợp polyme – polyme hay còn gọi là blend polime.

2.1.2. Vâ ̣t liêụ Composite gỗ – nhưạ (WPC)
Vật liệu Composite gỗ-nhựa (Wood Plastic Composites – WPC) là loại vật
liệu composite được tổ hợp chủ yế u từ nhựa nề n là các loa ̣i nhựa nhiệt dẻo

(PE, PP,

PVC...), có thể từ nhựa tái sinh hoặc nguyên sinh cùng với cố t (vâ ̣t liê ̣u gia cường) là
các loại bột gỗ , sơ ̣i gỗ hay các loa ̣i vâ ̣t liê ̣u có c ấu tạo sợi xenlulo khác . Ngoài ra, có
thể có thêm một số chất phụ gia trơ ̣ liên kế t khác . Sản phẩm WPC có cơ tính tốt, có
độ ổn định kích thước cao và có thể chế tạo ra các loại sản phẩm có hình dạng phức
tạp.
Sản phẩm WPC có thể sử dụng công ng hệ ép đùn , ép phun hay ép khuôn để
tạo ra sản phẩm . Gỗ có thể đươ ̣c sử du ̣ng ở dạng bô ̣t gỗ

, dăm gỗ hay các phế liê ̣u

trong chế biế n gỗ như mùn cưa , vỏ bào… Nhựa nhiệt dẻo có thể sử dụng nhựa tái

sinh hoặc nguyên sinh tuỳ vào lĩnh vực và yêu cầ u sử dụng của vật liệu.
2.1.3. Lịch sử phát triển và ứng dụng của vật liệu composite gỗ-nhựa
Vật liệu WPC là loại vật liệu mới được phát triển trong vài thập kỷ gần đây và
bắt nguồn từ Mỹ. Vào năm 1983, công ty American Woodstock ở Sheboygan,
Wisconsin bắt đầu sản xuất WPC panel cho nội thất ôtô, sử dụng công nghệ ép đùn
của Italia. Polypropylen với hàm lượng xấp xỉ 50% bột gỗ đã được ép đùn tạo thành
tấm phẳng và sau đó được gia công tạo các hình dạng khác nhau dùng làm panel cho
ôtô. Đây cũng là lĩnh vực ứng dụng đầu tiên của công nghệ WPC ở Mỹ.

5


Vào đầu những năm 1990, Advanced Enviromental Recycling Technologies
(AERT, Junction, TX) và công ty Mobil Chemical bắt đầu sản xuất vật liệu WPC từ
nhựa PE và bột gỗ với hàm lượng 50%. Loại vật liệu này được bán ở dạng tấm sàn,
gỗ thẩm mỹ, bàn picnic và sàn nhà công nghiệp. Vật liệu này sau đó được gia công
tạo cửa sổ hay các chi tiết khác. Cũng vào đầu những năm 1990, tập đoàn Strandex đã
sáng chế ra công nghệ ép đùn các loại vật liệu compozit có hàm lượng sợi gỗ cao,
trực tiếp tạo ra sản phẩm cuối cùng mà không cần quá trình cắt gọt hoặc tạo hình tiếp
theo. Công nghệ này vẫn đang được nghiên cứu để phát triển thêm.
Tập đoàn Andersen bắt đầu sản xuất vật liệu compozit sợi gỗ gia cường cho
PVC sử dụng trong sản xuất cửa ở Pháp vào năm 1993. Đến năm 1990 Vật liệu
compozit gỗ- PVC đã được sử dụng làm khung của sổ. Sản phẩm này có thể sản xuất
từ phế liệu trong công nghiệp gia công gỗ và sử dụng các loại chất dẻo tái sinh.
Vào năm 1996, một vài công ty ở Mỹ đã bắt đầu sản xuất các nguyên liệu sợi
gỗ, sợi tự nhiên và chất dẻo ở dạng hạt. Vào khoảng thời gian này thì công nghiệp sản
xuất WPC đã bắt đầu phát triển rất nhanh. Theo nghiên cứu thị trường tại Mỹ, vào
năm 2001 thị trường WPC tiêu thụ khoảng 32000 m3 và sản lượng tăng gấp đôi vào
năm 2005. Xu hướng phát triển dự báo tăng mạnh trong những năm tiếp theo.
Hiện nay ở Việt Nam, khi mà nguồn nguyên liệu cung cấp cho sản xuất vật liệu

WPC từ phế thải công nghiệp gỗ rất dồi dào mà nguồn gỗ tự nhiên ngày càng khan
hiếm. Các sản phẩm từ gỗ rừng trồng không đáp ứng kịp nhu cầp của xã hội nên việc
phát triển vật liệu này là rất cần thiết.
Sử dụng vật liệu WPC sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng các nguồn tài nguyên. Sản
phẩm của WPC không cần các quá trình gia công tiếp theo với những ưu điểm vượt
trội như sản phẩm WPC chịu thời tiết và chịu nước tốt, WPC cho các ứng dụng ngoài
trời.Vì khả năng chịu môi trường tốt và có các tính năng cơ lý cao, vật liệu WPC có
thể thay thế cho gỗ tự nhiên trong nhiều lĩnh vực, từ lĩnh vực công nghiệp đến lĩnh vực
dân dụng. Một số ứng dụng cụ thể của vật liệu composite như: Làm ván sàn ngoài trời
(hình 2.2), sử dụng làm vật liệu cho nhà dân dụng (hình 2.3)…

6


Hình 2.2. Vật liệu WPC sử dụng làm ván sàn ngoài trời

Hình 2.3. Sử dụng vật liệu WPC trong xây dựng nhà dân dụng
2.2 Tình hình nghiên cứu
2.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Trong những năm gần đây, trên thế giới, vật liệu composite nhân tạo rất được
quan tâm nghiên cứu và sử dụng, đặc biệt là những vật liệu được gia cường bằng sợi
tự nhiên có chứa thành phần xenlulo như sợi lanh, đay, gai, tre, dứa, gỗ… Các loại sợi
này được sử dụng như một giải pháp để thay thế cho các chất vô cơ khó phân hủy khác
và chúng giúp nâng cao được một số tính chất của vật liệu composite. Với những ưu
điểm như khối lượng riêng thấp, tính năng cơ lý cao, ít gây tác dụng mài mòn thiết bị
gia công, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường và nguồn nguyên liệu sẵn có, các sản
phẩm composite sợi tự nhiên đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Vật liệu WPC là loại vật liệu vật liệu được tạo ra bằng cách trộn bột gỗ với các
loại nhựa, hay đưa bột gỗ vào gia cường cho nhựa nền, qua ép đùn hoặc đúc ở nhiệt

7


độ cao. Vật liệu Polypropylene (PP) gia cường bằng các loại sợi tự nhiên hay bột gỗ
cũng thuộc nhóm vật liệu này. Sản phẩm của nó đều có đặc tính cơ học rất tốt và được
ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, nhưng do đặc tính của nhựa PP là kỵ nước,
phân cực kém, khó kết hợp với sợi tự nhiên có đặc tính ưa nước và phân cực cao, nên
khả năng tạo liên kết giữa hai loại vật liệu này là không cao (Klason et al. 1984).
Vào những năm 80, mặc dù chưa có nền tảng khoa học để xác định chính xác
về cơ chế liên kết giữa sợi gỗ và nhựa, song bằng cách sử dụng các chất trợ tương hợp
(hay chất ghép nối) các nhà nghiên cứu đã tiến hành xử lý hóa học để nâng cao tính
tương hợp của hai loại vật liệu này. Các nghiên cứu cho thấy phần lớn các chất trợ
tương hợp như silans, maleic anhydride ghép polyolefin đều làm tăng khả năng bám
dính giữa hai loại vật liệu (Bledzki and Gassan,1999, ; Kishi 1988; Gatenholm and
Felix 1993. Kishi và các đồng nghiệp (1988) đã tạo ra quá trình este hóa bằng cách xử
lý sợi gỗ với dung dịch MAPP. Qua phân tích quang phổ cho thấy liên kết MA với gỗ
và PP đã xuất hiện.
Năm 1988, một số nhà khoa học đã nghiên cứu phương pháp biến tính nhựa
nền PP bằng MA nhằm tạo ra một chất có các gốc tự do, các gốc này được ghép nối
với sợi gỗ bởi những liên kết đồng hóa trị và Hydro, như vậy MAPP đã làm tăng đáng
kể hiệu quả sử dụng của sợi gỗ và nhựa. Không chỉ dừng lại ở đây, trên thế giới đã có
nhiều nghiên cứu về chất trợ tương hợp MAPP với các tỷ lệ và các phương pháp khác
nhau trên cơ sở nền nhựa PP gia cường bằng sợi tự nhiên đã được nghiên cứu như:
Jochen Gassan và Andrzej K.Bledzki (1999) đã tiến hành nghiên cứu ảnh
hưởng của quá trình xử lý bề mặt sợi đến tính chất cơ học của compozit PP- sợi day.
Tác giả đã tiến hành xử lý sợi bằng dung dịch MAPP trong toluen với các hàm lượng
MAPP khác nhau trong 5phút và 10 phút, đem sấy chân không trong 2 giờ ở 750c. Kết
quá cho thấy, Hiệu quả của chất trợ tương hợp phụ thuộc vào nồng độ và thời gian xử
lý, Môđun uốn tăng 90% qua xử lý bằng MAPP trong 5 phút bằng dung dịch toluen .
Xử lý lâu hơn và nồng độ MAPP cao hơn sẽ làm modun uốn giám xuống. Độ bền uốn

tăng 40% khi xử lý bằng dung dịch MAPP 0,1% TL trong toluen với thời gian xử lý 15
phút. Khi tăng nồng độ MAPP lên 0,6% thi kết quả nhận được với 5 và phút 10 là như
nhau.
8


Fauzi Febrianto, Dina Styawatti (2006) đã tiến hành nghiên cứu về Ảnh hưởng
của bột gỗ và hàm lượng chất biến tính MA đến tính chất vật lý và đặc tính cơ học của
vật liệu composit Bột gỗ và PP tái sinh. Nghiên cứu chỉ ra rằng tính chất vật lý và đặc
tính cơ học của vật liệu composite phụ thuộc vào hàm lượng và kích thước của bột gỗPP. Khi càng tăng tỷ lệ gỗ-nhựa thì độ bền kéo càng giảm, modun đàn hồi tăng. Tính
chất vật lý và đặc tính cơ học của vật liệu được và bị ảnh hưởng bởi hàm lượng chất
MA, khi cho 2,5%TL MA tất cả các chi số về độ bề kéo, độ bền kéo đứt và modun đàn
hồi đều tăng gấp 2.15, 2.27 and 1.18 lần so với composite không có MA.
F. Febrianto và các đồng nghiệp đã nghiên cứu về ảnh hưởng của MA và DCP
đến cường độ của vật liệu composite trên nền nhựa PP tái sinh gia cường bằng bột gỗ,
và kết quả nghiên cứu cho thấy, khi tăng hàm lượng MA, tính chất vật liệu cũng tăng
lên đáng kể.
Karmarker và J.A.Youngquis (1996) Ép phun vật liệu composite trên cơ sở PP
gia cường bằng sợi day đã được A.C sợi đay nguyên sinh được rửa bằng nước để loại
bỏ tạp chất và sấy khô đến hàm ẩm 8% TL. Sợi ban đầu có chiều dài khoảng 3-3,5 m,
sau đó được cắt ngắn để dễ trộn hợp trong máy trộn có cường độ động học cao với tỷ
lệ sợi đay và PP là 50:50 TL, cùng với 3% chất trợ tương hợp MAPP so với sợi đay.
Kết quả đã chỉ ra được ảnh hưởng của sợi day và MAPP lên độ bền kéo và uốn của PP
với 50% TL sợi đay, độ bền uốn của PP tăng được từ 31,33 Mpa lên 49,97 Mpa và
tăng mạnh đến 87,66 Mpa khi bổ sung 3% TL MAPP. Khi có MAPP độ bền kéo của
compozit tăng lên khoảng gấp đôi (từ 29,82 đến 59,13 Mpa).
Cao jin-zhen, Wang Yi, Wang Lei (2010) nghiên cứu sơ bộ về đặc tính dẻo của
vật liệu composites MAPP ghép với bột gỗ bạch dương và PP bằng phương pháp đo
độ mỏi và Phân tích cơ động lực học (DMA) của vật liệu. Trong nghiên cứu đã sử
dụng tỷ lệ gỗ : nhựa 40:60, 60:40 và 80:20 cùng với 5 cấp tỷ lệ MAPP (0,1,2,4 và 8%)

để nghiên cứu về ảnh hưởng của MAPP đến đặc tính dẻo của MAPP-WPC. Kết quả
chỉ ra rằng: Tỷ lệ gỗ cao hơn sẽ cho kết quả độ bền mỏi cao hơn với vật liệu không
dùng MAPP. Khi biến tính bằng MAPP ở tỷ lệ gỗ-nhựa là 60:40 và 80:20 thì dễ dàng
thấy được ảnh hưởng của nó đến độ bền mỏi của MAPP-WPC cao hơn, nhưng hầu như
không ảnh hưởng với tỷ lệ 40:60. Độ bền mỏi tốt nhất khi MAPP ở 1% với tỷ lệ gỗ/PP
9


là 60:40. Kết quả cũng cho thấy việc sử dụng MAPP với tỷ lệ phù hợp sẽ ảnh hưởng
tích cực đến đặc tính dẻo của WPC khi tỷ lệ gỗ cao hơn nhựa.
Behzad Kord nghiên cứu Ảnh hưởng của Maleic Anhydride đến độ bền uốn,
kéo, độ bền va đập của nhựa PP gia cường bằng mùn cưa. Mẫu sản phẩm được chế tạo
từ PP và bột gỗ mùn cưa với tỷ lệ 50% TL, chất trợ tương hợp (0,1 and 2%) đã được
sản xuất bằng phương pháp ép nóng chảy và ép phun. Kết quả cho thấy: Độ bền
kéo,độ bền va đập đã tăng mạnh khi tăng chất trợ tương hợp MA, các đặc tính cơ học
của vật liệu composite gỗ- nhựa cũng tăng lên.
K.Rauna et al, R.Rowell, A. Mandal đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất trợ
tương hợp MAPP trong composite PP gia cường bằng sợi day ngắn với hàm lượng sợi
được khảo sát ở 30, 40, 50 và 60% TL và hàm lượng chất trợ tương hợp tương 0,1,2
và 4% TL, cho hai vật liệu sau khi trộn. Kết quả cho thấy, khi có chất trợ tương hợp độ
bền của vật liệu đều tăng. Với hàm lượng sợi 60 TL, tuy sử dụng 1% TL chất trợ
tương hợp nhưng đã tăng được độ bền uốn lên 100%, độ bền kéo tăng 120% và độ bền
va đập tăng 175%.
M.Khalid, S.Ali, LC Abdullah đã nghiên cứu Ảnh hưởng của chất trợ tương
hợp MAPP lên đặc tính cơ học của vật liệu composite sinh học PP gia cường bằng sợi
cây cọ dầu và cellulos. Trong nghiên cứu sử dụng chất trợ tương hợp MAPP cho PPcellulose (lấy từ cây cọ dầu) và PP- sợi từ cây cọ dầu (EFBF). Tỷ lệ trộn của PP với
cellulose và PP với EFBF là 70:30 trên máy trộn brabender tại 1800c. MAPP được cho
vào với các tỷ lệ 2,3,5 và 7% TL so với PP trong quá trình trộn. Kết quả cho thấy tỷ lệ
của MAPP đã ảnh hưởng đến độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập của vật liệu.
Khi cho 30 %TL (cellulose và Sợi ) vào 2% MAPP thì cho kết quả tốt nhất đối với vật

liệu PP- EFBF, độ bền kéo của PP- EFBF, tăng 58% so với khi không có chứa chất trợ
tương hợp MAPP, nhưng lại không có sự thay đổi nhiều với vật liệu PP-cellulose.
2.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Năm 1970 công nghệ vật liệu composite mới phát triển, bắt đầu từ sự kiện
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã chế tạo thành công vật liệu composite để sửa
chữa các đường ống dẫn dầu. Năm 1986, viện vật liệu xây dựng thực hiện đề tài
“Nghiên cứu chế tạo vật liệu lợp xi măng cốt sợi thực vật (đay, dừa, bã mía)”.
10


Hiện nay, ở nước ta đã phát triển thực tiễn một số loại hình công nghệ tạo vật
liệu composite trên nền nhựa Epoxy, Polyester, Vinyleste, polypropylen…gia cường
bằng sợi vô cơ và sợi thực vật như composite gia cường sợi thủy tinh bao gồm sợi dài,
vải và mạt dùng để chế tạo các sản phẩm: ống dẫn có đường kính lớn, tấm lợp lấy ánh
sáng, bồn tắm, đá nhân tạo, bàn bếp, khung cửa, các loại cano, thuyền cứu sinh, hộp
công tơ điện, ghế ngồi sân vận động…vật liệu WPC gia cường bằng bột gỗ được ứng
dụng trong nội ngoại thất. Hiện nay trên thị trường, vật liệu polyme composite chủ yếu
là các loại có chứa các loại sợi gia cường như thủy tinh, cacbon và aramit, các loại này
chiếm đến 98%. Các loại vật liệu polymer composite gia cường bằng sợi thực vật chưa
được ứng dụng nhiều , thị trường tiêu thụ hạn chế, vì chất lượng của chúng chưa được
cao.
Hiện nay một số nghiên cứu về vật liệu composite gỗ nhựa đã được thực hiện
tại trung tâm polyme của trường Đại học Bách khoa, trong số đó đã có một số nghiên
cứu bước đầu chế tạo thành công vật liệu composite trên nền nhựa PP, PE gia cường
bằng bột gỗ. Các nghiên cứu này đã cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ bột gỗ và nhựa PP
đến tính chất composite gỗ nhựa và khi hàm lượng bột gỗ thay đổi thì tính chất của
composite gỗ nhựa cũng thay đổi. Hàm lượng bột gỗ tăng thì tính chất vật lý của WPC
như tỷ trọng và độ hấp thụ nước tăng còn các tính chất cơ học như độ bền uốn, độ bền
va đập và độ bền kéo giảm đi. Nghiên cứu cũng đã đề xác định tỷ lệ gỗ/nhựa là 50/50
là tỷ lệ tối ưu. Đây mới chỉ là nghiên cứu bước đầu nên nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở

việc xác định tỷ lệ gỗ/ nhựa hợp lý mà chưa đề cập sâu đến bản chất liên kết giữa bột
gỗ và nhựa PP, để tử đó đưa ra giải pháp nâng cao tính chất vật liệu khắc phục những
nhược điểm của bột gỗ và nhựa PP.
Hiện nay, ở nước ta mới chỉ phát triển một số loại hình công nghệ tạo vật liệu
composite trên nền nhựa Epoxy, Polyester, Vinyleste kết hợp với sợi thủy tinh bao
gồm sợi dài, vải và mạt dùng để chế tạo các sản phẩm: ống dẫn có đường kính lớn, tấm
lợp lấy ánh sáng, bồn tắm, đá nhân tạo, bàn bếp, khung cửa, các loại cano, thuyền cứu
sinh, hộp công tơ điện, ghế ngồi sân vận động… Khoảng 98% vật liệu polyme
composite bán ra thị trường và được chấp nhận có chứa các loại sợi gia cường như
thủy tinh, cacbon và aramit.
11


Trong công nghiệp chế biến gỗ ở nước ta đã thành công trong việc sản xuất các
loại ván dăm, ván ép định hình từ bột gỗ kết hợp với nhựa nhiệt rắn PF, UF và ứng
dụng vào thực tế sản xuất. Các loại chất dẻo phế thải PP, PE, PVC và chất thải khác
chiếm khối lượng lớn trong thực tế từ các đồ dùng bằng nhựa trong cuộc sống đã được
tái sử dụng bằng cách băm nghiền nhựa và tạo ra các hạt nhựa tái sinh để sử dụng
trong công nghệ sản xuất các sản phẩm nhựa mới. Rất nhiều cơ sở làng nghề đã thu
gom nhựa phế thải và thực hiện việc tái chế theo hướng này. Một số công trình nghiên
cứu của Trung tâm Nghiên cứu vật liệu polyme đã đề cập đến việc sử dụng sợi thực
vật (bột tre) kết hợp với ba loại nhựa nhiệt rắn có nguồn gốc polyeste không no,
epoxy, vinyleste để tạo ra vật liệu composite. Vật liệu composite trên nền nhựa nhiệt
dẻo có nguồn gốc polypropylen gia cường bằng hệ sợi lai tạo tre, luồng - thuỷ tinh đã
được nghiên cứu thử nghiệm thành công.
Bên cạnh những nghiên cứu trên cũng có một số công trình nghiên cứu đánh giá
khả năng liên kết giữa một số loại sợi thực vật và nhựa khi sử dụng chất trợ tương hợp
MAPP (Maleic Anhydride ghép PP). Qua những nghiên cứu bằng những hình ảnh
quang phổ hay SEM cho thấy MA đã giúp tạo ra liên kết giữa sợi thực vật và nhựa,
nhờ đó, chất trợ tương hợp MAPP có khả năng nâng cao chất lượng vật liệu composite

. Dưới đây là một số công trình nghiên cứu về Vật liệu composite trên nền nhựa PP gia
cường bằng một số loại sợi tự nhiên tại Việt Nam.
Năm 2003, Trần Vĩnh Diệu, Lê Thị Phái, Phan Thi Minh Ngọc, Đã nghiên cứu
chế tạo composite trên cơ sở PP gia cường bằng sợi đay. Vật liệu được chế tạo bằng
cách xếp các lớp màng PP-MAPP và vải đay theo thiết kế đảm bảo tỷ lệ sợi- nhựa và
cấu trúc dự kiến rồi ép trên máy ép thủy lực dưới áp suất 7 Mpa trong 50 phút, Kết quả
cho thấy hàm lượng MAPP có ảnh hưởng đến tính chất cơ học của composite, độ bền
kéo và độ bền uốn cực đại 7% khi dùng tỉ lệ MAPP, độ bền va đập giảm khoảng 50%.
Năm 2006, Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Phạm Duy Linh đã tiến hành khảo sát độ
bền va đập của composite PP- Bột trấu. Độ bền va đập của composite được khảo sát ở
các hàm lượng bột: 30, 35, 40, 45, 50 và 55%, cùng với chất trợ tương hợp MAPP có
hàm lượng MA 0.5%. Kết quả cho thấy, composite với hàm lượng bột trấu 55% có độ
bền va đập đạt 2.5KJ/m2, cao gấp 4 lần so vớ PP nguyên sinh.
12


Năm 2007, Nguyễn Thúy Hằng, Trần Vĩnh Diệu, đã nghiên cứu ảnh hưởng của
chất trợ tương hợp MAPP lên tính chất cơ học của composite trên nền PP gia cường
bằng matre. Kết quả cho thấy khi xử lý sợi tre bằng dung dịch kiềm và dung dịch 1%
MAPP, độ bền kéo và uốn của vật liệu đều tăng lên đáng kể, xử lý bằng MAPP cho
chất lượng tốt hơn khi xử lý sợi tre bằng kiềm ,chỉ tăng 120 %, trong khi xử lý bằng
dung dịch MAPP vật liệu có độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập tăng tương ứng
là 160, 155 và 132 %. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp
MAPP đến tính chất cơ học của vật liệu trên thì nhận thấy với hàm lượng 6% MAPP
so với PP sẽ tạo ra vật liệu PC có tính chất cơ học cao nhất.
Năm 2010, Đoàn Thi Thu Loan đã nghiên cứu cải thiện tính năng của vật liệu
composite sợi đay / nhựa PP bằng phương pháp biến tính nhựa nền. Nghiên cứu đã
tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các tác nhân tương hợp copolymer ghép của PP với
MA (MAHgPP) đến tính chất của composite nền nhựa PP gia cường bằng sợi đay. Kết
quả cho thấy, khi thêm 2% khối lượng Exxelor (Ex) vào nhựa nền PP thì khả năng kết

dính tại bề mặt tiếp xúc được cải thiện đáng kể, nhờ vậy đã làm tăng độ bền kéo trượt,
độ bền kéo, độ bền va đập và độ kháng nước của vật liệu tạo ra. Tuy nhiên không ảnh
hưởng đến môdun kéo thì ảnh hưởng không nhiều.
Từ những vấn đề trên có thể thấy rằng việc nghiên công nghệ vật liệu
composite từ gỗ và nhựa là việc làm rất quan trọng và cần thiết
2.3. Các lĩnh vực ứng dụng chính của vật liệu WPC
Các lĩnh vực ứng dụng của vật liệu WPC hết sức phong phú và đa dạng, từ các
sản phẩm đơn giản như cửa sổ, bàn, ghế, sàn giả gỗ, các sản phẩm trong ngành xây
dựng và xe hơi,… cho đến những chi tiết và kết cấu phức tạp có yêu cầu đặc biệt trong
máy bay và tàu vũ trụ. Sau đây là một số lĩnh vực ứng dụng chính:
Ứng dụng trong chế tạo ô tô và các phương tiện giao thông trên mặt đất việc sử
dụng vật liệu WPC đem lại những hiệu quả sau: Giảm trọng lượng, tiết kiệm được
nguyên liệu, tăng thời gian sử dụng, chịu mài mòn; Giảm độ ồn, độ rung động; Giảm
số vốn đầu tư cho các thiết bị sản xuất… Do có các hiệu quả trên, vật liệu WPC được
sử dụng để chế tạo các chi tiết như làm các chi tiết trong ô tô, giá để hàng…

13


Hình 2.4. Một số chi tiết trong ôtô làm từ WPC

14


Hình 2.5. Ứng dụng WPC làm ván sàn

15


Hình 2.6. Bàn ghế từ WPC

16


Hình 2.7. Trang trí và xây dựng từ WPC

17


Hình 2.8. Một số profiles của composite gỗ - nhựa trong cùng một sản phẩm

18