LUẬN văn CÔNG NGHỆ hóa NGHIÊN cứu CHẾ tạo vật LIỆU COMPOSITE cốt sợi xơ dừa nền NHỰA NHIỆT rắn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU
COMPOSITE CỐT SỢI XƠ DỪA
NỀN NHỰA NHIỆT RẮN

Cán bộ hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

TS. Trương Chí Thành

Nguyễn Phước Duy

Khoa Công Nghệ

MSSV: 2041617

Đại học Cần Thơ

Công Nghệ Hóa Học – K30

Năm 2008

Luận văn tốt nghiệp

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

SVTH: Nguyễn Phước Duy


Luận văn tốt nghiệp

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

……000……
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................

....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày……tháng……năm 2008
Cán bộ hướng dẫn

Trương Chí Thành

SVTH: Nguyễn Phước Duy


Luận văn tốt nghiệp

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
……000……
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................

....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày……tháng……năng 2008
Cán bộ phản biện

Nguyễn Minh Trí

SVTH: Nguyễn Phước Duy

Đặng Tấn Tài


Mục lục

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).................................................... 11
2.2.1. Giới thiệu ............................................................................................. 11
2.2.2. Cơ chế đóng rắn của BPO.................................................................... 12
2.2.3. Ưu nhược điểm của BPO ..................................................................... 13
2.3. Các dạng preform từ xơ dừa ...................................................................... 14
2.3.1. Một số dạng perform sẵn có ................................................................ 14
2.3.2. Tấm mat từ xơ dừa............................................................................... 15
Chương 3: Mục Đích Và Phương Pháp ............................................................. 17
3.1. Mục đích .................................................................................................... 17
3.2. Phương pháp .............................................................................................. 17
Chương 4: Thực Nghiệm ..................................................................................... 19
4.1. Chuẩn bị vật liệu cốt.................................................................................. 19
4.1.1. Cốt xơ dừa đẳng phương ..................................................................... 19
4.1.2. Cốt sợi thảm xơ dừa............................................................................. 19
4.1.3. Cốt tấm mat xơ dừa.............................................................................. 20
4.2. Gia công vật liệu composite ...................................................................... 23
4.2.1. Phương pháp đúc chuyển nhựa RTM (Resin Transfer Moulding)..........

..................................................................................................................... 24
4.2.1.1. Giới thiệu ....................................................................................... 24
4.2.1.2. Gia công composite bằng phương pháp RTM tại Khoa Công Nghệ .
..................................................................................................................... 25
4.2.2. Công nghệ đắp tay ( Hand Lay Up)..................................................... 30
4.2.2.1. Giới thiệu ....................................................................................... 30
4.2.2.2. Gia công composite bằng phương pháp đắp tay ........................... 30
4.3. Kiểm tra cơ tính composite........................................................................ 31
4.3.1. Thí nghiệm kéo .................................................................................... 31
4.3.2. Thí nghiệm uốn .................................................................................... 32
Chương 5: Kết Quả Và Bàn Luận ...................................................................... 34
5.1. Kết quả thí nghiệm .................................................................................... 34
5.1.1. Ảnh hưởng của việc tách sợi đến cơ tính của vật liệu composite........ 34
5.1.1.1. Mođun đàn hồi ............................................................................... 34
5.1.1.2. Độ bền kéo ..................................................................................... 35
SVTH: Nguyễn Phước Duy


Mục lục

5.1.1.3. Độ bền uốn ngang .......................................................................... 37
5.1.1.4. Độ bền va đập ................................................................................ 38
5.1.2. Ảnh hưởng của các dạng sợi khác nhau .............................................. 49
5.1.2.1. Module đàn hồi .............................................................................. 39
5.1.2.2. Độ bền kéo ..................................................................................... 40
5.1.2.3. Độ bền uốn ngang .......................................................................... 41
5.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi xơ dừa đối với cơ tính vật liệu composite cốt
sợi thủy tinh............................................................................................................ 43
5.2. Bàn luận ..................................................................................................... 45
Chương 6: Kết Luận Và Kiến Nghị.................................................................... 47

6.1. Kết luận...................................................................................................... 47
6.2. Kiến nghị ................................................................................................... 47
Tài Liệu Tham Khảo............................................................................................ 49
Phụ Lục .................................................................................................................... i

SVTH: Nguyễn Phước Duy


Danh sách bảng

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 Ak (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

SVTH: Nguyễn Phước Duy


Danh sách hình

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
SVTH: Nguyễn Phước Duy


Danh sách hình

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

SVTH: Nguyễn Phước Duy


Chương 1. Giới thiệu chung

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

SVTH: Nguyễn Phước Duy

1


Chương 1. Giới thiệu chung

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.

SVTH: Nguyễn Phước Duy

2

Chương 2. Lược khảo tài liệu

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]

SVTH: Nguyễn Phước Duy

3


Chương 2. Lược khảo tài liệu

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/m3

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 – 1000C

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
SVTH: Nguyễn Phước Duy

4


Chương 2. Lược khảo tài liệu

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 1200C).
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]

SVTH: Nguyễn Phước Duy

5


Chương 2. Lược khảo tài liệu

4

4- cơm dừa;
3- gáo dừa;
2- chỉ xơ và mụn dừa;
1- vỏ ngoài;

3
2
1

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]

a/ Sợi thô (bristle coir fiber)
b/ Sợi nhồi nệm (mattress coir fiber)
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.

SVTH: Nguyễn Phước Duy

6


Chương 2. Lược khảo tài liệu

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

Độ dãn dài

Độ bền kéo

Mođun

riêng (g/cm3)

(%)

(MPa)

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
SVTH: Nguyễn Phước Duy

7


Chương 2. Lược khảo tài liệu

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.
Thu hái quả

Đập để loại bỏ
mụn lần 2

Chải sợi

Bóc vỏ

Phơi khô

Ngâm vỏ

Rửa

Rửa ép, gỡ bỏ lớp

vỏ láng bên ngoài

Đập để loại bỏ
mụn lần 1

Kéo sợi

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.

SVTH: Nguyễn Phước Duy

8


Chương 2. Lược khảo tài liệu

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.
Vỏ dừa

Máy ép

Ngâm trong
bồn

Máy

Sợi xơ dừa thẳng

Đem phơi

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.

SVTH: Nguyễn Phước Duy

9

Chương 2. Lược khảo tài liệu

Sợi sau khi tước
Trục quay

Răng để tước sợi
Nắp máy tước

Động cơ

Hình 2.5 Thiết bị tách sợi xơ dừa thẳng
Mụn dừa và sợi rối

Thao tác tách sợi

* 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:

SVTH: Nguyễn Phước Duy

10

Chương 2. Lược khảo tài liệu

Vỏ dừa

Thiết bị tách sợi rối

Sợi rối

Mụn dừa

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.
Trục quay của động cơ
Động cơ điện

Nắp của thiết bị tách
Hình 2.7 Thiết bị tách sợi xơ dừa rối

Mụn dừa

Sợi 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 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].

SVTH: Nguyễn Phước Duy

11


Chương 2. Lược khảo tài liệu

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 800C) 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 250C. 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].

SVTH: Nguyễn Phước Duy

12


Chương 2. Lược khảo tài liệu

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 [].
O
.. ..
PhC O
.. C Ph
.. O
O

O ..
.
PhC O
..

O

.. .
O
PhC

2
..

O

+

R-CH=CH-R

.
PhC-O-CH-CH
R R

* Quá trình lan truyền (Propagation)

SVTH: Nguyễn Phước Duy

13


Chương 2. Lược khảo tài liệu

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 [].

O
.

PhC-O-CH-CH
R

+

R-CH=CH-R

R

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

R

R

R

R-CH=CH-R
O

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

O

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

R

R

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
SVTH: Nguyễn Phước Duy

14


Chương 2. Lược khảo tài liệu
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.

a. Dạng thảm

b. Dạng lưới khít

c. Dạng lưới thưa
d. Tấm mat
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.

SVTH: Nguyễn Phước Duy

15


Chương 2. Lược khảo tài liệu

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.

SVTH: Nguyễn Phước Duy

16