LUẬN văn CÔNG NGHỆ hóa NGHIÊN cứu vật LIỆU COMPOSITE GIA CƯỜNG BẰNG sợi xơ dừa TRÊN nền NHỰA POLYPROPYLENE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU COMPOSITE
GIA CƢỜNG BẰNG SỢI XƠ DỪA
TRÊN NỀN NHỰA POLYPROPYLENE

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

TS. Trƣơng Chí Thành

Trƣơng Minh Châu

KS. Lƣơng Huỳnh Vủ Thanh

MSSV: 2072132
Ngành: Công Nghệ Hóa Học-Khóa 33

Tháng 05/2011


Trƣờng Đại học Cần Thơ

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Khoa Công Nghệ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Công nghệ hóa học

---------------Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2011

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHO SINH VIÊN
NĂM HỌC: 2010 – 2011
1. Cán bộ hƣớng dẫn
- Tiến sĩ Trƣơng Chí Thành, Bộ môn Công Nghệ Hoá Học, Khoa Công Nghệ,
Trƣờng Đại học Cần Thơ.
- Kỹ sƣ Lƣơng Huỳnh Vũ Thanh Bộ môn Công Nghệ Hoá Học, Khoa Công
Nghệ, Trƣờng Đại học Cần Thơ.

2. Tên đề tài
“Nghiên cứu vật liệu composite gia cƣờng bằng sợi xơ dừa trên nền nhựa
polypropylene”

3. Địa điểm thí nghiệm
- Phòng thí nghiệm Vật liệu Polymer và Composite, Bộ môn Công Nghệ Hoá
Học, Khoa Công Nghệ, Trƣờng Đại học Cần Thơ
- Phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, Bộ môn Công Nghệ Hoá Học, Khoa Công
Nghệ, Trƣờng Đại học Cần Thơ.

4. Sinh viên thực hiện
Họ và tên: Trƣơng Minh Châu
MSSV: 2072132
Lớp: Công nghệ hóa học - Khóa 33

5. Mục đích của đề tài
Xây dựng quy trình gia công tấm composite bằng phƣơng pháp ép nóng đồng
thời cũng đánh giá ảnh hƣởng của tỷ lệ thể tích sợi và hiệu quả của việc xử lý bề
mặt sợi bằng dung dịch NaOH ở các điều kiện nồng độ, thời gian khác nhau đến cơ
tính của vật liệu composite gia cƣờng bằng sợi xơ dừa trên nền nhựa polypropylene.

6. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài
6.1. Các nội dung chính
Chƣơng 1. LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU
1.1. Vật liệu composite
1.1.1. Khái niệm vật liệu composite
1.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến cơ tính vật liệu composite
1.1.3. Ƣu điểm và nhƣợc điểm của vật liệu composite
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu composite
1.1.5. Phƣơng pháp gia công vật liệu composite
1.2. Sợi tự nhiên
1.2.1. Tổng quan về sợi tự nhiên
1.2.3. Sợi xơ dừa
1.3. Nhựa nhiệt dẻo
1.3.1. Tổng quan về nhựa nhiệt dẻo
1.3.2. Nhựa polypropylene
1.4. Độ bền liên diện
1.4.1. Tầm quan trọng của độ bền liên diện
1.4.2. Độ bền liên diện giữa sợi tự nhiên và nhựa nhiệt dẻo
1.4.3. Sự bám dính và các kiểu liên kết
1.4.4. Các phƣơng pháp kiểm tra độ bền liên diện composite
1.4.5. Các phƣơng pháp nâng cao độ bền liên diện composite

Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị
2.1.1. Nguyên liệu, hóa chất
2.1.2. Thiết bị
2.3. Quy trình thực hiện đề tài
2.3.1. Khảo sát tính chất của sợi xơ dừa nguyên liệu
2.3.2. Khảo sát điều kiện gia công tấm composite
2.3.3. Khảo sát tỷ lệ sợi thích hợp cho tấm composite
2.3.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ NaOH và thời gian xử lý lên cơ tính
composite
2.3.5. Khảo sát các tính chất của sợi xơ dừa sau khi xử lý bằng dung dịch NaOH
2.4. Mẫu thử
2.4.1. Mẫu đo kéo
2.4.2. Mẫu đo uốn ngang
2.4.3. Mẫu đo va đập
Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM
3.1. Khảo sát tính chất sợi xơ dừa
3.1.1. Xác định độ hút ẩm của sợi xơ dừa
3.1.2. Phân tích hàm lƣợng cellulose
3.1.3. Chụp SEM bề mặt sợi xơ dừa
3.1.4. Xác định độ giảm khối lƣợng của sợi sau khi xử lý
3.1.5. Xác định hàm lƣợng tro trong sợi xơ dừa sau khi xử lý
3.2. Khảo sát điều kiện gia công cho tấm composite
3.3. Khảo sát tỷ lệ sợi thích hợp cho tấm composite
3.4. Gia công tạo tấm composite
3.4.1. Làm sạch sơ bộ sợi xơ dừa nguyên liệu
3.4.2. Xử lý sợi bằng dung dịch NaOH

3.4.3. Rửa và sấy sợi sau khi xử lý
3.4.4. Gia công tạo tấm composite
3.5. Đo cơ tính mẫu composite
3.5.1. Đo mẫu kéo
3.5.2. Đo mẫu uốn ngang
3.5.3. Đo va đập
Chƣơng 4. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
6.2. Giới hạn đề tài
Khảo sát các điều kiện nhiệt độ và thời thích hợp cho tấm composite gia công
bằng phƣơng pháp ép nóng. Tạo tấm composite bằng phƣơng pháp ép nóng và cắt
mẫu thử, đo cơ tính (kéo, uốn ngang, va đập) nhằm đánh giá ảnh hƣởng của tỷ lệ sợi
và hiệu quả của việc xử lý bề mặt sợi xơ dừa bằng dung dịch NaOH đến cơ tính
composite gia cƣờng bằng sợi xơ dừa trên nền nhựa polypropylene.

7. Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài
Các hóa chất, dụng cụ và thiết bị cần thiết để thực hiện đề tài.

8. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 3 triệu VND
DUYỆT CỦA CB TẠI CƠ SỞ

DUYỆT CỦA CBHD

TS. Trƣơng Chí Thành

KS. Lƣơng Huỳnh Vũ Thanh

DUYỆT CỦA BỘ MÔN

DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI VÀ XÉT TỐT NGHỆP


Trƣờng Đại học Cần Thơ

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Khoa Công Nghệ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Công nghệ hóa học

---------------Cần Thơ, ngày…tháng… năm 2011

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
1. Cán bộ hƣớng dẫn
- Tiến sĩ Trƣơng Chí Thành, Bộ môn Công Nghệ Hoá Học, Khoa Công Nghệ,
Trƣờng Đại học Cần Thơ.
- Kỹ sƣ Lƣơng Huỳnh Vũ Thanh, Bộ môn Công Nghệ Hoá Học, Khoa Công
Nghệ, Trƣờng Đại học Cần Thơ.

2. Tên đề tài
“Nghiên cứu vật liệu composite gia cƣờng bằng sợi xơ dừa trên nền nhựa
polypropylene”

3. Sinh viên thực hiện
Họ và tên: Trƣơng Minh Châu
MSSV: 2072132
Lớp: Công nghệ hóa học – Khóa 33

4. Nội dung nhận xét
a) Nhận xét về hình thức LVTN
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
b) Nhận xét về nội dung của LVTN
 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................


........................................................................................................................................


Những vấn đề còn hạn chế

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
c) Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội
dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có)
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
d) Kết luận, đề nghị và điểm
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày….tháng….năm 2011

Cán bộ hƣớng dẫn

TS. Trƣơng Chí Thành

KS. Lƣơng Huỳnh Vũ Thanh


Trƣờng Đại học Cần Thơ

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Khoa Công Nghệ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Công nghệ hóa học

---------------Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2011

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN
BIỆN
1. Cán bộ chấm phản biện: ...............................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
2. Tên đề tài
“Nghiên cứu vật liệu composite gia cƣờng bằng sợi xơ dừa trên nền nhựa
polypropylene”

4. Sinh viên thực hiện
Họ và tên: Trƣơng Minh Châu

MSSV: 2072132
Lớp: Công nghệ hóa học – Khóa 33

4. Nội dung nhận xét
a) Nhận xét về hình thức LVTN
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
b) Nhận xét về nội dung của LVTN
 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................




Những vấn đề còn hạn chế

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
c) Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội
dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có)
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
d) Kết luận, đề nghị và điểm
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày….tháng….năm 2011
Cán bộ chấn phản biện


LỜI CẢM ƠN
Quá trình thực hiện Luận văn tốt nghiệp là khoảng thời gian mà tôi gặp rất
nhiều khó khăn. Tuy nhiên, với sự hƣớng dẫn, giúp đỡ, động viên của thầy cô, gia
đình, bạn bè và cùng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn thành Luận văn tốt
nghiệp.
Trƣớc hết tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Trƣơng Chí Thành, Kỹ sƣ Lƣơng
Huỳnh Vủ Thanh đã tận tình hƣớng dẫn, hỗ trợ, truyền đạt kiến thức và kinh
nghiệm cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Chân thành cảm ơn Thạc sĩ Phan Thế Duy, Kỹ sƣ Nguyễn Việt Bách đã nhiệt
tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi và đã đóng góp nhiều ý kiến quý báo
để tôi hoàn thành tốt đề tài.
Xin cảm ơn ba mẹ và gia đình đã luôn quan tâm, ủng hộ để tôi yên tâm học tập
và hoàn thành Luận văn tốt nghiệp.
Ngoài ra, tôi xin cảm ơn các bạn lớp Công nghệ hóa học khóa 33. Các bạn luôn
động viên, giúp đỡ tôi khi gặp khó khăn trong học tập cũng nhƣ trong cuộc sống.


TÓM TẮT
Vật liệu composite gia cƣờng bằng sợi tự nhiên đã và đang thu hút đƣợc sự
quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới do chúng có khả năng phân hủy sinh
học, nhẹ và cơ tính riêng cũng chấp nhận đƣợc. Việt Nam là một nƣớc có nguồn
nguyên liệu sợi tự nhiên rất phong phú nhƣ xơ dừa, tre, đay, lanh,… Tuy nhiên, việc
ứng dụng nguồn sợi tự nhiên này để gia cƣờng cho vật liệu composite lại bị hạn chế
do một số nhƣợc điểm nhƣ khả năng thấm của nhựa vào sợi không cao. Để cải thiện
cơ tính của composite gia cƣờng bằng sợi tự nhiên thì sợi đƣợc xử lý bằng dung

dịch NaOH.
Trong đề tài này, sợi xơ dừa đƣợc sử dụng để gia cƣờng cho vật liệu composite
trên nền nhựa polypropylene. Mục tiêu của đề tài là xây dựng quy trình gia công
tấm composite bằng phƣơng pháp ép nóng, khảo sát sự ảnh hƣởng của tỷ lệ thể tích
sợi gia cƣờng và hiệu quả của các chế độ xử lý sợi bằng dung dịch NaOH đến cơ
tính của composite. Thí nghiệm kéo, uốn ngang và va đập đƣợc thực hiện để đánh
giá cơ tính của composite. Tính chất bề mặt sợi xơ dừa và bề mặt phá hủy của các
mẫu composite đƣợc thể hiện qua ảnh SEM (Scanning Electron Microscope).
Qua nhiều thí nghiệm khảo sát thì quy trình gia công tấm composite bằng
phƣơng pháp ép nóng đã đƣợc xác lập với các thông số áp suất, nhiệt độ và thời
gian thích hợp. Ảnh hƣởng của tỷ lệ sợi và hiệu quả của việc xử lý sợi bằng dung
dịch NaOH đến cơ tính composite đã đƣợc đánh giá một cách tƣơng đối. Bên cạnh
kết quả đo cơ tính thu đƣợc, ảnh SEM bề mặt phá hủy của các mẫu composite đã
cho thấy việc xử lý sợi bằng xút đã thật sự cải thiện độ bền liên diện giữa sợi và
nhựa nền, từ đó làm tăng cơ tính của composite.


ABSTRACT
Composite materials reinforced with natural fibres have attracted the attention
of scientists in the world thanks to their biological degradation ability, low density
and acceptable specific properties. Viet Nam is a country with abundant resources
of natural fibres such as coir, bamboo jute and flax,… However, the application of
these fibres as reinforcement for composite materials is limited due to some
drawbacks as the poor adhesion between fibre and matrix. To enhance the
mechanical properties of composites reinforced with natural fibres, NaOH treatment
was applied on the fibres.
In this thesis, coir fibres were used to reinforce polypropylene composites. The
objectives of the project include establishing a process for composite production
using hotpress, investigating the influences of fibre volume fraction and the effects
of alkali treatment on the mechanical properties of composites. Tensile test without

extensometer, transversal 3 points bending test with short span and impact test were
performed to evaluate the mechanical properties of composites. Scanning Electron
Microscope (SEM) was used to characterize the surface properties of coir fibres and
the fracture surfaces of the composite specimens.
With many investigating experiments, the process for composite production
using hotpress was established with relevant parameters as pressure, temperature
and heating time. The influences of fibre volume fraction and the effects of alkali
treatment on the mechanical properties of composites were evaluated relatively.
Besides the mechanical properties obtained from the tests, the Scanning Electron
Microscope (SEM) images of the fracture surfaces of the composite specimens
show that alkali treatment on coir fibres really improves the interface strength
between fibre and matrix hence the mechanical performance of their composites.


LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, vật liệu composite có vai trò ngày càng quan trọng
và đƣợc ứng dụng trong hầu hết mọi lĩnh vực. Việc sử dụng vật liệu composite gia
cƣờng bằng sợi tổng hợp lại gây ra nhiều tác động không tốt cho môi trƣờng và
cũng ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời lao động. Do vậy, các loại composite có khả
năng phân hủy sinh học và có thể tái sử dụng ngày càng đƣợc tập trung nghiên cứu
đặc biệt là composite gia cƣờng bằng sợi tự nhiên trên nền nhựa nhiệt dẻo.
Composite gia cƣờng bằng sợi xơ dừa trên nền nhựa polypropylene đang đƣợc tập
trung nghiên cứu mạnh mẽ ở nƣớc ta và các nƣớc có nguồn nguyên liệu phong phú
này. Tuy nhiên, có những hạn chế trong việc tạo ra composite gia cƣờng bằng sợi
xơ dừa trên nền nhựa polypropylene là sự không tƣơng hợp giữa sợi và nhựa, khả
năng thấm của nhựa vào sợi cũng rất thấp. Hệ quả là liên diện giữa sợi và nhựa có
độ bền thấp, cơ tính của composite thu đƣợc không cao. Giải pháp để khắc phục
những hạn chế này là áp dụng biện pháp xử lý hóa học mà cụ thể là dùng dung dịch
NaOH để xử lý bề mặt sợi xơ dừa nhằm cải thiện độ bền liên diện giữa sợi và nhựa.
Với xu hƣớng nhƣ vậy thì trên thế giới đã có một số nghiên cứu nhƣ: Xử lý xút

với sợi xơ dừa cho vật liệu composite gia cƣờng bằng sợi xơ dừa trên nền nhựa
polyester (S. V. Prasad, C. Pavithran, P. K. Rohaygi, 1983), Khảo sát ảnh hƣởng
của xử lý hóa học đến hình thái và cấu trúc của sợi xơ dừa (V. Calado, D. W.
Barreto, J. R. M. D’Almedia, 2000),... Ở Việt Nam cũng có một số nghiên cứu liên
quan đến đề tài nhƣ Một số thay đổi về tính chất sợi dứa Việt Nam bằng phƣơng
pháp xử lý trong dung dịch sodihydroxide (Nguyễn Hữu Hiếu, Phan Thanh Bình,
Huỳnh Sáu, 2007), Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng sợi và chất trợ tƣơng hợp
polypropylene ghép anhydride maleic đến cơ tính của vật liệu composite nhựa nền
polypropylene gia cƣờng bằng sợi xơ dừa (Nguyễn Hữu Tân, 2008), Nghiên cứu cải
thiện tính năng của vật liệu composite sợi đay/nhựa polypropylene bằng phƣơng
pháp biến tính nhựa nền (Đoàn Thị Thu Loan, 2010),…
Đề tài “Nghiên cứu vật liệu composite gia cƣờng bằng sợi xơ dừa trên nền
nhựa polypropylene” đƣợc thực hiện nhằm mục đích xây dựng quy trình gia công
tấm composite bằng phƣơng pháp ép nóng đồng thời cũng đánh giá ảnh hƣởng của
tỷ lệ thể tích sợi và hiệu quả của việc xử lý bề mặt sợi bằng dung dịch NaOH đến cơ
tính của vật liệu composite gia cƣờng bằng sợi xơ dừa trên nền nhựa polypropylene.


Mục lục

MỤC LỤC
PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT
LỜI MỞ ĐẦU
MỤC LỤC .................................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... xi
DANH MỤC BẢNG PHỤ LỤC ............................................................................... xii
Chƣơng 1. LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU .......................................................................1
1.1.Vật liệu composite..................................................................................................1
1.1.1. Khái niệm vật liệu composite .......................................................................1
1.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến cơ tính vật liệu composite ..................................2
1.1.3. Ƣu điểm và nhƣợc điểm của vật liệu composite ..........................................2
1.1.3.1. Ƣu điểm của vật liệu composite...........................................................2
1.1.3.1. Nhƣợc điểm của vật liệu composite .....................................................3
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu composite .................................................................3
1.1.5. Phƣơng pháp gia công vật liệu composite ....................................................4
1.1.5.1. Một số phƣơng pháp gia công ..............................................................4
1.1.5.2. Gia công vật liệu composite bằng phƣơng pháp ép nóng ....................8
1.2 Sợi tự nhiên ..........................................................................................................11
1.2.1. Tổng quan về sợi tự nhiên ..........................................................................11
1.2.1.1. Cấu trúc vi mô và kích thƣớc của sợi tự nhiên ..................................11
1.2.1.2. Thành phần hóa học của sợi tự nhiên ................................................13
SVTH: Trương Minh Châu

i


Mục lục

1.2.1.3. Tính chất của sợi tự nhiên ..................................................................15
1.2.2. Sợi xơ dừa ...................................................................................................17
1.2.2.1. Cấu trúc của sợi xơ dừa......................................................................17
1.2.2.2. Thành phần hóa học của sợi xơ dừa ...................................................17
1.2.2.3. Tính chất của sợi xơ dừa ...................................................................18
1.2.2.4. Ứng dụng của sợi xơ dừa ...................................................................19

1.3. Nhựa nhiệt dẻo ....................................................................................................21
1.3.1. Tổng quan về nhựa nhiệt dẻo .....................................................................21
1.3.2. Nhựa polypropylene ...................................................................................24
1.3.2.1. Khái niệm ...........................................................................................24
1.3.2.2. Cấu trúc lập thể của nhựa polypropylene ..........................................24
1.3.2.3. Tính chất nhựa polypropylene ...........................................................25
1.3.2.4. Ứng dụng nhựa polypropylene ..........................................................26
1.4. Độ bền liên diện ..................................................................................................29
1.4.1. Tầm quan trọng của độ bền liên diện .........................................................29
1.4.1.1. Khái niệm ..........................................................................................29
1.4.1.2. Vai trò của độ bền liên diện ...............................................................29
1.4.2. Độ bền liên diện giữa sợi tự nhiên và nhựa nhiệt dẻo ................................29
1.4.3. Sự bám dính và các kiểu liên kết ................................................................30
1.4.4. Các phƣơng pháp kiểm tra độ bền liên diện composite .............................30
1.4.4.1. Phƣơng pháp single fiber compression test .......................................31
1.4.4.2. Phƣơng pháp fiber fragmentation test ................................................31
1.4.4.3. Phƣơng pháp fiber pull-out test .........................................................32
1.4.4.4. Phƣơng pháp fiber push-out test (microindentation test) ..................32
1.4.4.5. Phƣơng pháp slice compression test ..................................................33
1.4.4.6. Phƣơng pháp short beam shear test ....................................................33
1.4.5. Các phƣơng pháp nâng cao độ bền liên diện composite ............................34
1.4.5.1. Phƣơng pháp xử lý vật lý ...................................................................34

SVTH: Trương Minh Châu

ii


Mục lục

1.4.5.2. Phƣơng pháp xử lý hóa học ...............................................................35
Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................39
2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu.....................................................................................39
2.2. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị.........................................................................40
2.2.1. Nguyên liệu, hóa chất .................................................................................40
2.2.1.1. Sợi xơ dừa ..........................................................................................40
2.2.1.2. Nhựa polypropylene ...........................................................................40
2.2.1.3. Sodium hydroxyde .............................................................................41
2.2.2. Thiết bị ........................................................................................................41
2.2.2.1. Máy ép nóng.......................................................................................41
2.2.2.2. Thiết bị đo cơ tính ..............................................................................42
2.3 Quy trình thực hiện đề tài.....................................................................................43
2.3.1. Khảo sát tính chất của sợi xơ dừa nguyên liệu ...........................................43
2.3.2. Khảo sát điều kiện gia công tấm composite ...............................................44
2.3.3. Khảo sát tỷ lệ sợi thích hợp cho tấm composite .........................................44
2.3.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ NaOH và thời gian xử lý lên cơ tính
composite ...................................................................................................................44
2.3.5. Khảo sát các tính chất sợi xơ dừa sau khi xử lý bằng dung dịch NaOH ....44
2.4. Mẫu thử ...............................................................................................................45
2.4.1. Mẫu đo kéo .................................................................................................45
2.4.2. Mẫu đo uốn ngang ......................................................................................45
2.4.3. Mẫu đo va đập ............................................................................................46
Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM ...................................................................................47
3.1. Khảo sát tính chất sợi xơ dừa ..............................................................................47
3.1.1. Xác định độ hút ẩm của sợi xơ dừa ............................................................47
3.1.2. Phân tích hàm lƣợng cellulose ....................................................................47
3.1.3. Chụp SEM bề mặt sợi xơ dừa .....................................................................47
3.1.4. Xác định độ giảm khối lƣợng của sợi sau khi xử lý ...................................47

SVTH: Trương Minh Châu

iii


Mục lục

3.1.5. Xác định hàm lƣợng tro trong sợi xơ dừa sau khi xử lý .............................47
3.2. Khảo sát điều kiện gia công cho tấm composite .................................................48
3.3. Khảo sát tỷ lệ sợi thích hợp cho tấm composite .................................................49
3.4. Gia công tạo tấm composite ................................................................................49
3.4.1. Làm sạch sơ bộ sợi xơ dừa nguyên liệu .....................................................50
3.4.2. Xử lý sợi bằng dung dịch NaOH ................................................................51
3.4.3. Rửa và sấy sợi sau khi xử lý .......................................................................51
3.4.4. Gia công tạo tấm composite .......................................................................53
3.5. Đo cơ tính mẫu composite ..................................................................................56
3.5.1. Đo mẫu kéo .................................................................................................56
3.5.2. Đo mẫu uốn ngang ......................................................................................57
3.5.3. Đo va đập ....................................................................................................58
Chƣơng 4. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ................................................................59
4.1. Khảo sát điều kiện gia công tấm composite ........................................................59
4.2. Khảo sát tỷ lệ sợi cho tấm composite..................................................................60
4.2.1. Kết quả đo kéo ............................................................................................60
4.2.2. Kết quả đo uốn ngang .................................................................................62
4.2.3. Kết quả đo va đập .......................................................................................63
4.3. Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ NaOH và thời gian xử lý lên cơ tính composite ..65
4.3.1. Kết quả đo kéo ............................................................................................65
4.3.1.1. Kết quả đo kéo mẫu nhựa polypropylene ..........................................65
4.3.1.2. Kết quả đo kéo các mẫu xử lý bằng dung dịch NaOH.......................65
4.3.2. Kết quả đo uốn ............................................................................................68
4.3.3. Kết quả đo va đập .......................................................................................69

4.3.3.1. Kết quả đo va đập mẫu nhựa polypropylene .....................................69
4.3.3.2. Kết quả đo va đập các mẫu xử lý bằng dung dịch NaOH ..................69
4.4. Xác định các tính chất của sợi xơ dừa trƣớc và sau khi xử lý ......................71
4.4.1. Phân tích hàm lƣợng cellulose .............................................................71

SVTH: Trương Minh Châu

iv


Mục lục

4.4.2. Xác định hàm lƣợng tro trong sợi xơ dừa ............................................72
4.4.3. Xác định độ hút ẩm của sợi xơ dừa ......................................................72
4.4.4. Xác định độ giảm khối lƣợng của sợi sau khi xử lý ............................72
4.4.5. Ảnh SEM bề mặt phá hủy của các mẫu thử .........................................72
Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................75
5.1. Kết luận .........................................................................................................75
5.2. Kiến nghị ......................................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................77
PHỤ LỤC .............................................................................................................80

SVTH: Trương Minh Châu

v


Danh mục hình

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1.

Cấu tạo vật liệu composite ..................................................................1

Hình 1.2.

Pha trung gian .....................................................................................2

Hình 1.3.

Ứng dụng của vật liệu composite ........................................................3

Hình 1.4.

Ứng dụng của composite sợi tự nhiên .................................................4

Hình 1.5.

Phƣơng pháp lăn tay ............................................................................4

Hình 1.6.

Phƣơng pháp phun bắn ........................................................................5

Hình 1.7.

Phƣơng pháp quấn ...............................................................................5

Hình 1.8.

Phƣơng pháp đúc kéo ..........................................................................6

Hình 1.9.

Phƣơng pháp túi chân không ...............................................................7

Hình 1.10. Phƣơng pháp RTM ..............................................................................7
Hình 1.11. Phƣơng pháp ép nóng ..........................................................................8
Hình 1.12. Cấu trúc sợi bông vải (cotton) ...........................................................11
Hình 1.13. Mạch cellulose ..................................................................................14
Hình 1.14. Liên kết hydro cellulose ....................................................................14
Hình 1.15. Công thức cấu tạo của xylanase ........................................................14
Hình 1.16. Cấu trúc đơn giản của lignin .............................................................15
Hình 1.17. Công thức cấu tạo của pectin ............................................................15
Hình 1.18. Sợi xơ dừa .........................................................................................17
Hình 1.19. Ứng dụng của sợi xơ dừa trong nông nghiệp ....................................20
Hình 1.20. Thảm làm bằng sợi xơ dừa ................................................................20
Hình 1.21. Ứng dụng của sợi xơ dừa làm vật liệu composite .............................21
Hình 1.22. Ký hiệu của một số loại nhựa thông dụng ........................................22
Hình 1.23. Isotactic polypropylene .....................................................................24
Hình 1.24. Syndiotactic polypropylene ...............................................................24
Hình 1.25. Atactic polypropylene .......................................................................25

SVTH: Trương Minh Châu

vi


Danh mục hình

Hình 1.26. Ứng dụng của polypropylene trong bao bì ........................................27
Hình 1.27. Ứng dụng của polypropylene trong sản phẩm tiêu dùng ..................27
Hình 1.28. Ứng dụng của polypropylene trong y tế ............................................28
Hình 1.30. Các thành phần của liên diện giữa sợi và nhựa .................................29
Hình 1.31. Một số kiểu liên kết tại liên diện .......................................................30
Hình 1.32. Mẫu thử single fiber compression test ..............................................31
Hình 1.33. Mẫu thử hình xƣơng chó ...................................................................32
Hình 1.34. Mẫu thử fiber pull-out test ................................................................32
Hình 1.35. Phƣơng pháp fiber push-out test .......................................................33
Hình 1.36. Phƣơng pháp slice compression test .................................................33
Hình 1.37. Thí nghiệm uốn ba điểm ...................................................................34
Hình 1.38. Chất trợ tƣơng hợp silane ..................................................................36
Hình 1.39. Cơ chế phản ứng giữa silane và sợi tự nhiên ....................................37
Hình 2.1.

Sợi xơ dừa nguyên liệu .....................................................................40

Hình 2.2.

Nhựa PP film 19 ................................................................................40

Hình 2.3.

Sodium hydroxyde ............................................................................41

Hình 2.4.

Máy ép nóng PAN STONE P-100-PCD ...........................................41

Hình 2.5.

Thiết bị đo kéo nén Wzick/Roell BDO - FB050TN .........................42

Hình 2.6.

Thiết bị Wzick/Roell BPI - 50COMC...............................................42

Hình 2.7.

Quy trình thực hiện đề tài..................................................................43

Hình 2.8.

Mẫu đo kéo không theo chuẩn ASTM D 638 - 03 Type IV .............45

Hình 2.9.

Mẫu uốn ngang theo tiêu chuẩn ASTM D 790M - 84 ......................45

Hình 2.10. Mẫu đo va đập theo tiêu chuẩn ASTM D 256 - 04 ...........................46
Hình 3.1.

Đƣờng đặc tính của quá trình ép nóng bắt đầu ở 165oC...................48

Hình 3.2.

Quy trình gia công tạo tấm composite ..............................................49

Hình 3.3.

Thao tác loại những sợi không đạt ....................................................50

Hình 3.4.

Thao tác chải sợi ...............................................................................50

Hình 3.5.

Xử lý sợi bằng dung dịch NaOH .......................................................51

SVTH: Trương Minh Châu

vii


Danh mục hình

Hình 3.6.

Rửa sợi xơ dừa sau khi xử lý.............................................................52

Hình 3.7.

Sợi đƣợc xếp vào vỉ ...........................................................................52

Hình 3.8.

Sợi đƣợc sấy trong tủ sấy ..................................................................52

Hình 3.9.

Xếp sợi vào khuôn và sấy lại ............................................................53

Hình 3.10. Trữ mẫu và ép tạo tấm composite .....................................................54
Hình 3.11. Mặt trên và mặt dƣới tấm composite ................................................54
Hình 3.12. Mặt bị bọt khí trƣớc và sau khi ép lại ...............................................55
Hình 3.13. Mẫu composite 45% sợi chƣa xử lý ..................................................55
Hình 3.14. Đo kéo mẫu composite ......................................................................56
Hình 3.15. Đo uốn mẫu composite......................................................................57
Hình 4.1.

Điều kiện gia công tấm composite ....................................................59

Hình 4.2.

Modulus đàn hồi kéo của composite gia cƣờng bằng sợi chƣa xử lý
ở các tỷ lệ sợi khác nhau ...................................................................60

Hình 4.3.

Độ bền kéo của composite gia cƣờng bằng sợi chƣa xử lý ở các tỷ lệ
sợi khác nhau .....................................................................................61

Hình 4.4.

Độ bền uốn ngang của composite gia cƣờng bằng sợi chƣa xử lý ở
các tỷ lệ sợi khác nhau ......................................................................63

Hình 4.5.

Độ bền va đập của composite gia cƣờng bằng sợi chƣa xử lý ở các
tỷ lệ sợi khác nhau .............................................................................64

Hình 4.6.

Modulus đàn hồi kéo của composite gia cƣờng bằng sợi đƣợc xử lý
ở các điều kiện khác nhau .................................................................66

Hình 4.7.

Độ bền kéo của composite gia cƣờng bằng sợi đƣợc xử lý ở các
điều kiện khác nhau ...........................................................................67

Hình 4.8.

Độ bền uốn ngang của composite gia cƣờng bằng sợi đƣợc xử lý ở
các điều kiện khác nhau ....................................................................68

Hình 4.9.

Độ bền va đập của composite gia cƣờng bằng sợi đƣợc xử lý ở các
điều kiện khác nhau ...........................................................................70

Hình 4.10. Ảnh SEM bề mặt sợi xơ dừa .............................................................71
Hình 4.11. Ảnh SEM bề mặt phá hủy khi kéo của mẫu composite gia cƣờng
bằng sợi không xử lý với độ phóng đại 50 lần .................................73

SVTH: Trương Minh Châu

viii

Danh mục hình

Hình 4.12. Ảnh SEM bề mặt phá hủy khi kéo của mẫu composite gia cƣờng
bằng sợi đƣợc xử lý với NaOH 4% trong 3 ngày..............................73
Hình 4.13. Ảnh SEM bề mặt phá hủy khi uốn ngang của mẫu không xử lý và
đƣợc xử lý với NaOH 4% trong 3 ngày ............................................74

SVTH: Trương Minh Châu

ix


Danh mục bảng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1.

Thành phần hóa học của một số loại sợi tự nhiên .............................13

Bảng 1.2.

Quan hệ giữa hàm lƣợng cellulose và cơ tính của sợi tự nhiên ........16

Bảng 1.3.

Thành phần hóa học của sợi xơ dừa ..................................................18

Bảng 1.4.

Kính thƣớc và tính chất của sợi xơ dừa ............................................19

Bảng 1.5.

Tính chất và ứng dụng của một số loại nhựa nhiệt dẻo ....................23

Bảng 1.6.

Cơ tính của polypropylene ................................................................26

Bảng 2.1.

Kích thƣớc mẫu đo kéo tiêu chuẩn ASTM D 638-03 Type IV .........45

Bảng 2.2.

Kích thƣớc mẫu đo uốn ngang tiêu chuẩn ASTM D790M-84 .........46

Bảng 2.3.

Kích thƣớc mẫu đo va đập theo tiêu chuẩn ASTM D 256-04 ..........46

Bảng 3.1.

Bố trí thí nghiệm khảo sát điều kiện gia công tấm composite ..........48

Bảng 3.2.

Khối lƣợng sợi và nhựa của tấm composite 45% sợi ........................53

Bảng 4.1

Kết quả đo kéo các mẫu không xử lý ở các tỷ lệ sợi khác nhau .......60

Bảng 4.2.

Cơ tính kéo của sợi xơ dừa và nhựa polypropylene ..........................61

Bảng 4.3.

Kết quả đo uốn ngang các mẫu không xử lý ở các tỷ lệ sợi khác
nhau ...................................................................................................61

Bảng 4.4.

Kết quả đo độ bền va đập của các mẫu không xử lý ở các tỷ lệ sợi
khác nhau ..........................................................................................63

Bảng 4.5

Kết quả đo kéo các mẫu nhựa PP ......................................................65

Bảng 4.6.

Kết quả đo kéo của các mẫu composite gia cƣờng bằng sợi đƣợc xử
lý ........................................................................................................65

Bảng 4.7.

Kết quả đo uốn ngang của các mẫu composite gia cƣờng bằng sợi
đƣợc xử lý .........................................................................................68

Bảng 4.8.

Kết quả đo va đập các mẫu composite gia cƣờng bằng sợi đƣợc xử
lý (J/mm) ...........................................................................................69

Bảng 4.9.

Hàm lƣợng của celluloe trong sợi xơ dừa trƣớc và sau khi xử lý với
NaOH ................................................................................................71

Bảng 4.10. Độ hút ẩm của sợi xơ dừa không xử lý và đƣợc xử lý với NaOH ....72

SVTH: Trương Minh Châu

x


Danh mục các từ viết tắt

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
PP ........................................................................................................... Polypropylene
ASTM .......................................................................American Standard Test Methods
MFI ......................................................................................................Melt Flow Index
SEM.............................................................................. Scanning Electron Microscopy

SVTH: Trương Minh Châu

xi


Danh mục phụ lục

DANH MỤC PHỤ LỤC
Phụ lục i.

Kết quả đo kéo của thí nghiệm khảo sát tỷ lệ sợi ............................80

Phụ lục ii.

Kết quả đo uốn ngang của thí nghiệm khảo sát tỷ lệ sợi .................85

Phụ lục iii. Kết quả đo kéo của mẫu composite đƣợc xử lý NaOH 1% .............90
Phụ lục iv. Kết quả đo kéo của mẫu composite đƣợc xử lý NaOH 2% .............94
Phụ lục v.

Kết quả đo kéo của mẫu composite đƣợc xử lý NaOH 3% .............97

Phụ lục vi. Kết quả đo kéo của mẫu composite đƣợc xử lý NaOH 4% ...........101
Phụ lục vii. Kết quả đo uốn ngang mẫu composite đƣợc xử lý NaOH 1% .......105
Phụ lục viii. Kết quả đo uốn ngang mẫu composite đƣợc xử lý NaOH 2% .......109
Phụ lục ix. Kết quả đo uốn ngang mẫu composite đƣợc xử lý NaOH 3% .......113
Phụ lục x.

Kết quả đo uốn ngang mẫu composite đƣợc xử lý NaOH 4% .......117

Phụ lục xi. Kết quả đo kéo mẫu nhựa PP .........................................................121

SVTH: Trương Minh Châu

xii