NGHIÊN cứu vật LIỆU COMPOSITE làm từ sợi TRE

NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU COMPOSITE LÀM TỪ SỢI TRE


ĐẶT VẤN ĐỀ
•

Sự cần thiết của thực hiện nghiên cứu
Tre là một trong những loại vật liệu tự nhiên có cơ tính ưu việt trên thế giới,

một số tính chất vượt trội hơn hẳn so với các vật liệu khác, kể cả kim loại.
Ở Việt Nam và một số nước châu Á, tre là loại cây có diện tích nuôi trồng và
tự nhiên khá lớn. Nó dễ trồng, tốc độ sinh trưởng nhanh, nhanh cho thu hoạch, có cơ tính
tốt. Ngoài ra toàn bộ cây tre đều sử dụng được từ rễ đến ngọn nên cho hiệu quả kinh tế cao.
Mặt khác, hiện nay nguồn tài nguyên gỗ đang dần cạn kiệt do tốc độ khai thác
quá nhanh so với tốc độ sinh trưởng của cây thân gỗ. Kéo theo đó là các ảnh hưởng tiêu cực
tới môi trường như hiệu ứng nhà kính, lũ lụt, xói mòn đất, …. Cây thân gỗ được khai thác
chủ yếu để phục vụ mục đích trang trí nội ngoại thất, xây dựng.
Nên giải pháp mới hiện nay là sử dụng cây thân thảo với ưu điểm là tốc độ
sinh trưởng nhanh và có cơ tính không khác biệt đáng kể so với cây thân gỗ để làm vật liệu
thay thế.
Vì vậy, đè tài “Nghiên cứu vật liệu composite làm từ sợi tre” tập trung nghiên
cứu tấm composite từ sợi tre từ đó hướng đến những ứng dụng thực tiễn.
•

Mục tiêu nghiên cứu
Khảo sát cơ tính uốn, kéo, hệ số hút âm, hệ số cách nhiệt của tấm composite

làm từ sợi tre để làm cơ sở khoa học cho việc gia công những sản phẩm thay thế gỗ truyền
thống.
•

Đối tượng nghiên cứu
Luận vàn này tập trung nghiên cứu cây trúc sào vàng ở Việt Nam.

•

Nội dung nghiên cứu
Đo lực uốn, kéo để tính ứng suất tương ứng từ đó đưa ra tỉ lệ nguyên vật liệu

tối ưu của composite.
Khảo sát hệ số hút âm và hệ số cách âm.


•

Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu đánh giá:
-

Phương pháp xác định tỉ trọng.
Phương pháp xác định cơ tính: bền uốn, bền kéo, hệ số hút âm, hệ số cách
nhiệt.

•

Tính mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn
 Tính mới của đề tài
Việc sử dụng tre làm vật liệu composite trên thế giới đã khá phổ biến tuy

nhiên sự đa dạng về mẫu mã cũng như về công nghệ vẫn còn thấp. Việc nghiên cứu đưa ra
một hướng tiếp cận mới cho cách sử dụng vật liệu tre từ đó gia tăng sự đa dạng về ứng dụng

cũng như mẫu mã composite làm từ tre.
 Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề tài này đưa ra một hướng tiếp cận mới hiệu quả với thiết bị và qui trình
đơn giản ta có thể tạo ra được các sản phẩm có cơ tính tốt thay thế cho các vật liệu cũ.
 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Với tốc độ sinh trưởng nhanh của tre, đề tài này đưa ra một hướng tiếp cận
mới, hiệu quả, rẻ tiền, hứa hẹn mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như gia tăng tính thẩm
mĩ.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về tre
1.1.1 Sơ lược về cây tre
Tre là một trong những thành viên họ Hoà Thảo (POACEAE) có hệ thống
thân rễ phát triển tốt, thân gỗ và rỗng ở trong. Họ Hoà Thảo (POACEAE) gồm nhiều phân
họ trong đó có phân họ Tre (BAMBUSOIDEAE) có tất cả 1575 loài. Trong đó có 1 tông gỗ
(BAMBUSEAE, trong tông này được chia thành 10 phân tông) và 5 tông cỏ[ CITATION
Die99 \l 1033 ].
Hệ thống rễ ngầm của tre phát triển tốt và tạo nên nền tảng cấu trúc của cây.
Nó nằm dưới đất và phân nhánh cao. Rễ có kích thước và hình dạng đối xứng. Chúng hình
thành ở đáy của thân và từ các mắt của thân rễ.
Thân tre thẳng, láng, thường có màu xanh, ruột rỗng, thể tích rỗng phụ thuộc
vào loài và độ tuổi của tre. Trên thân có mấu mắt, từ đó mọc ra các cành và lá. Có rất nhiều
công dụng thiết thực còn được sử dụng đến ngày nay.
Tre có thể sống ở điều kiện tương đối cằn cỗi, không cần sự chăm sóc nhiều.
Sinh trưởng tốt ở các vùng nhiệt đới, nhưng vẫn có thể sống sót ở vùng khí hậu ôn đới. Tre
sinh trưởng nhanh và dễ dàng khai thác phục vụ cho các lĩnh vực khác nhau như: xây dựng,
mĩ thuật, lương thực, mĩ nghệ, … cho giá trị kinh tế lớn. Tre mọc thành từng bụi, góp phần
giảm sói mòn đất nhờ hệ thống rễ chằn chịt và là “lá phổi xanh” hiệu quả hạn chế sự nóng
lên toàn cầu.

Tre phân bố tự nhiên ở khắp các vùng trên thế giới chủ yếu là các vùng xích
đạo vào cận xích đạo.


Hình 1.1: Phân bố tre toàn cầu[ CITATION Kue15 \l 1033 ]
Châu Á có diện tích, số loài và sản lượng lớn nhất toàn cầu. Các nước có diện
tích rừng tre lớn như: Trung Quốc (5,712 km 2), Ấn Độ (5,476 km2), Lào (1,612 km2), …
Việt Nam đứng thứ năm với 1,425 km2 với các loài tre phong phú và đa dạng[CITATION
FAO10 \l 1033 ].
1.1.2 Tình hình nghiên cứu thế giới
•

Nghiên cứu của Babajide Charles FALEMARA (2015)
Năm 2015, Babajide Charles FALEMARA của trường Đại học Công nghệ liên

bang đã nghiên cứu tính bền và hút ẩm của composite tre nhựa.
Kết quả nghiên cứu cho thấy tính hút ẩm giảm dần khi thay đổi tỉ lệ nhựa/sợi
1:1 đến 1:3. Nhưng ngược lại ứng suất kéo mà modulus của chúng thì tăng. Nghiên cứu này
đã mở ra một nền tảng nghiên cứu ứng dụng khác của LDPE đã qua sử dụng.
•

Nghiên cứu của Xiaobo Li (2004)
Năm 2004, Xiaobo Li của trường Đại học bang Louisiana đã

nghiên cứu tính chất vật lý, hoá học và cơ học của tre và ứng dụng tiềm
năng cho sản xuất tấm sợi gỗ.
Kết quả nghiên cứu cho thấy trọng lượng riêng và tính uốn của
tre cho giá trị khác nhau với từng độ tuổi, lớp tre và vị trí kiểm tra. Chúng
đều tăng từ một năm tuổi tới năm năm tuổi. Lớp ngoài cho tính chất uốn

vượt trội so với lớp trong, vì vậy để sản xuất composite chịu lực tốt từ tre
thì không nên loại bỏ lớp này.
1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước
•

Nghiên cứu của Vũ Cường Mạnh và cộng sự (2017)
Năm 2017, Vũ Cường Mạnh của trường Đại học Tôn Đức Thắng và cộng sự

đã nghiên cứu về ảnh hưởng của sợi tre trắng micro/nano lên tính chất vật lý của composite
cường lực epoxy.
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi sợi tre sau khi được được xử lí bằng Silane
với tỉ lệ từ 0.1% đến 0.3% cho ứng suất và modulus uốn cũng như kéo tăng dần so với khi
không xử lý.
•

Nghiên cứu của Nguyễn Thanh Hiền, Phạm Văn Chương (2014)
Năm 2014, Nguyễn Thanh Hiền, Phạm Văn Chương của trường Đại học Lâm

nghiệp đã nghiên cứu về ảnh hưởng của kết cấu đến tính chất vật liệu composite dạng lớp từ
tre và gỗ.
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tỉ lệ kết cấu giữa tấm tre và ván gỗ tăng từ
20% đến 60% thì khối lượng thể tích và độ ẩm giảm, nhưng độ bền uốn, modulus và khả
năng dán dính của keo tăng. Nghiên cứu sử dụng Luồng và gỗ Bồ đề và sử dụng keo
Phenol-Formaldehyde để tạo ra tấm vật liệu đáp ứng tiêu chuẩn ván ép dùng trong xây dựng
và có cơ lý cao hơn ván gỗ hoàn toàn từ Bồ đề.
1.1.4 Cấu tạo cây tre
1.1.4.1 Rễ ngầm
Hệ thống rễ ngầm của tre phát triển tốt và tạo nên nền tảng cấu trúc của cây.
Nó nằm dưới đất và phân nhánh cao. Mỗi nhánh hoặc trục riêng lẻ của hệ thống rễ ngầm

được xem là 1 rễ ngầm. Rễ ngầm bao gồm hai phần là cổ rễ ngầm (rhizome neck) và rễ
ngầm riêng (rhizome proper). Độ dài rễ nối tuỳ thuộc vào loài tre. Về cơ bản có hai loại rễ
ngầm, đó là đa thân (sympodial) và đơn thân (monopodial)[ CITATION VIỆ17 \l 1033 ].


•

Rễ ngầm đa thân
Rễ ngầm đa thân có từ 6 đến 7 chồi ở hai bên rễ ngầm và sẽ mọc lên thành

những cây tre mới có cổ rễ ngầm ngắn. Các đốt rễ ngầm có đường kính to hơn chiều dài,
đặc và không đối xứng. Nhánh rễ ngầm là cơ sở cho rễ ngầm riêng – chúng thường ngắn
hơn, có hình nón ngược và liên kết rễ ngầm cây non mới với cây mẹ. Rễ ngầm thường có
hình dạng cong, hiếm khi thẳng, đồ dày tối đa thường lớn hơn thân cây một chút. Các loại
tre có rễ ngầm loại này sẽ mọc ngang từ gốc của cây mẹ và hình thành các chồi mới.
Do hình dáng của loại rễ ngầm và đặc trưng phát triển, các cây mọc sát vào
nhau tạo thành các cụm. Những cây có cổ rễ ngầm ngắn mọc thành từng cụm riêng biệt, một
số loài có loại rễ ngầm này như: Bambusa, Dendrocalamus, Cephalostachyum,
Gigantochloa, Ochlandra, Oxytenanthera, Schizostachyum, Thyrsostachys, … Những cụm
này gọi là cụm đa thân.
Những cây có cổ rễ ngầm tương đối dài tạo nên các cụm thoáng hơn, một số
loài có loại rễ ngầm này như: Bambusa cacharensis, B. polymorpha, B. vulgaris, … Tuy
nhiên, cây Melocanna baccifera có cổ rễ ngầm rất rộng (1-2m) tạo thành một hệ thống rễ
ngầm mọc lan rộng khắp dưới mặt đất. Bởi vì sự phát triển mạnh của cổ rễ ngầm nên sự
phân bố của cây rất rộng tương tự như các cây lấy gỗ có sự liên kết ở rễ. Dẫn đến các cây
mọc lên độc lập, không bị gò bó, tạo thành một cụm thưa và rộng. Không có các chồi xuất
hiện ở cổ rễ ngầm và chỉ có vài rễ ở một số điểm, nhưng có các chồi lớn xuất hiện ở dưới
gốc của cây.
Có 2 loại chồi, đó là: chồi nhọn kiểu vảy cá và chồi phẳng. Chồi phát triển
thành rễ ngầm rồi sau đó phát triển thành cây.

•

Rễ ngầm đơn thân
Rễ ngầm đơn thân có các đặc tính sau đây: dài và mảnh, có dạng hình trụ hoặc

gần trụ, đường kính thường nhỏ hơn thân cây mọc ra từ nó và nhỏ hơn chiều dài đốt, khá
đồng đều về chiều dài, hiếm khi đặc, thường là rỗng và ngăn cách với một màn chắn. Loại
rễ ngầm này thường được tìm thấy ở các loài tre mọc thành hàng. Thân cây phát triển từ
chồi, nhưng một số chồi có thể mọc rễ ngầm rồi tiếp tục phát triển thành thân
cây[ CITATION Ban15 \l 1033 ].


Hình 1.2: Hình dạng phát triển rễ ngầm của tre

Hình 1.3: Hình dạng phát triển rễ ngầm của tre. (a) Rễ ngầm đa nhân, (b) Rễ
ngầm đơn nhân[ CITATION lew \l 1033 ]
1.1.4.2 Rễ
Về ngoại hình, rễ thường đối xứng về kích thước và hình dáng. Chúng mọc ra
ở gốc của thân tre từ các mắt của rễ ngầm và thường không sâu hơn 70cm tính từ mặt đất.
Từng chiếc rễ mọc ra từ các mắt của rễ ngầm. Ở những cụm trưởng thành phát triển tốt như
của Bambusa tulda và Melocanna baccifera, rễ ngầm được phân bố ngang dưới lòng đất và
sâu khoảng 25-65 cm, bám đất và hỗ trợ thân cây của cụm. Đôi khi mặt lưng của cả hệ
thống rễ ngầm trồi lên mặt đất khoảng 1-5 cm. Khoảng 70-80 % rễ và các phần khác của
cây nằm cách 33cm mặt đất, 15-24 % ở 33-66 cm, 4-6 % ở 66-100 cm và phần còn lại 1% ở
khoảng 100-150 cm (theo bảng 1.1). Do đó, tre tạo đa số lượng rễ trong vòng 33 cm so với


mặt đất và đường kính rễ dao động từ 0.04-0.48 cm. Trong khu rừng chỉ có M. baccifera, vài
ngàn cụm mọc cạnh nhau hình thành một mạng lưới rễ ngầm nối tiếp nhau với khối rễ chằn
chịt nằm dưới lớp đất, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo tồn đất và nước trên các ngọn

đồi[ CITATION Ban15 \l 1033 ].
Bảng 1.1: Sự phân bố rễ của cụm B. tulda và M. baccifera phát triển tốt ở các độ sâu khác
nhau
Khoảng cách
từ mặt đất
(cm)

Trung bình lượng rễ trong 10 cm3 dưới lòng đất
B. tulda[ CITATION Whi45 \l
1033 ]

M. baccifera[ CITATION
Ban15 \l 1033 ]

Sinh khối (g)

Phần trăm

Sinh khối (g)

Phần trăm

0 – 33

Không có số
liệu (KCSL)

83

19.94

70.38

33 – 66

KCSL

12

6.74

23.80

66 – 100

KCSL

4

1.25

4.41

100 - 150

KCSL

1

0.4

1.41

100

100

1.1.4.3 Thân cây
Cây tre có thể mọc thành cụm hoặc không nhưng đều tạo măng từ rễ ngầm
dưới đất và phát triển thành thân cây. Đối với cây đa thân, thân phát triển từ chồi cuối; trong
khi đó đối với cây đơn thân, thân phát triển từ chồi bên của rễ ngầm.
Thân cây đa dạng từ thẳng đứng, thẳng với ngọn rũ hoặc dốc lên, hơi thẳng
cho đến hình zigzag. Có loài tre có thân nhỏ như cây bút chì, trong khi đó phần lớn có
đường kính khoảng 20 cm. Về màu sắc cũng có sự đa dạng như: màu vàng, màu xanh, màu
nâu sậm, trên vỏ có các đườn kẻ dọc và còn có loài có đốt tre phình ra như bụng Phật. Một
trong những loài tre được trồng làm vườn (Phyllostachys nigra) còn cho ra cho ra màu
đen độc nhất.
Thân cây non thường thon dần từ mặt đất lên tới ngọn. Đối với những cây
trưởng thành hơn thì nửa dưới dạng hình trụ hoặc cũng thon dần nhưng không đáng kể và
phần còn lại của cây thì thon dần nhưng dễ thấy hơn[ CITATION Ban15 \l 1033 ].


•

Đốt cây
Chiều cao của cụm phụ thuộc vào chiều dài của đốt, và nó trong khoảng từ 2

đến 37 m phụ thuộc vào đặc điểm của loài. Chiều cao cụm cùng với chiều dài đốt thay đổi
từ loài này tới loài khác và có cơ sở di truyền ổn định.
Đặc trưng của nhiều cây tre là sự xuất hiện dịch trắng trên bề mặt của đốt. Nó

đa dạng từ từng chút (như cây mận và nho) cho tới cặn nhiều đủ thấy, bông, giống như bột ít
nhiều làm che đi bề mặt của đốt. Thời điểm xuất hiện dịch liên quan đến sự phát triển của
thân cây và kết cấu của nó, kết hợp với các đặc trưng khác có thể giúp cho việc phân loại
một vài loài tre. Đối với loài Dendrocalamus giganteus, đốt được bao phủ bỏi vảy trắng như
sáp khi còn non. Phân tích dịch từ thân cây non loài Lingnania (Bambusa) chungii phát hiện
có 25% là bột và được xác định là một triterpenoid ketone gần giống như friedelin – là
thành phần trong sáp của nút bần. Đối với loài Bambusa polymorpha,
thân cây non có vảy trắng, sau 1 năm chúng chuyển thành xám cho tới
xám xanh.
Trong việc sử dụng tre để làm đồ trang trí, việc giữ được màu
sắc như xanh, vàng rất quan trọng vì giá trị của sản phẩm sẽ tăng nếu
giữ được màu sắc ổn định[ CITATION Ban15 \l 1033 ].
•

Đường kính và bề dày thân
Ở Nam Á, một vài loài tre như Bambusa balcooa, B. bambos, B. cacharensis,

B. polymorpha, B. nutans, B. tulda, B. vulgaris, D. giganteus, D. hamiltonii, D. strictus, …
có đường kính rất rộng với bề dày mỏng hoặc dày. Trong khi đối với các loài Bambusa
glaucescens, M. baccifera, Ochlandra travancorica, O. stridula, Schizostachyum dullooa, …
có đường kính nhỏ và bền dày mỏng. Tuy nhiên đường kính thân có thể tăng hoặc giảm tuỳ
thuộc vào điều kiện nơi sinh trưởng và tuổi của cây. Thân cây rỗng ở trong, bề dày vách
ngăn đa dạng giữ các loài. Do đó, có thể phân loại tre thành 2 loại là vách mỏng và vách
dày. Tuy nhiên ở loài D. strictus khoang rỗng gần như không có. Điều đặc biệt này được tìm
thấy ở một số thân nhất định trong cụm của loài này khi nó sinh trưởng tại vùng đất khô cằn
ở đồi Siwalik gần Hardwar, Ấn Độ[ CITATION Ban15 \l 1033 ].


1.1.4.4 Lá
Le tre thường thon dài, chúng có cuống lá nhỏ gắn vào cành hoặc thân cây,

thường không nằm giữa lá và kéo dài suốt chiều dài lá. Phiến lá thường mỏng hơn phiến
màn thân tre (culm sheath blades) và dễ phân biệt 2 mặt. Lá của các loài tre có ngoài hình
chung tương tự nhau, kích thước lá phụ thuộc khá nhiều tại vị trí mọc của lá trên cây. Kích
thước lá còn phụ thuộc vào giai đoạn phát triển của cây và độ ẩm – tre sống trong điều kiện
ẩm thường có lá to hơn là vùng khô[ CITATION Ban15 \l 1033 ].
1.1.5 Thuộc tính cấu trúc
Thành phần cấu trúc của thân tre đa dạng để đáp ứng nhiều ứng dụng trong
cuộc sống, cả khi ở dạng ống hay đã được tách ra. Thân tre được chia ra thành các mắt và
đốt như hình 1.4. Chiều dài giữa các nút khác nhau giữa các loài. Dài nhất là ở khoảng giữa
của thân cây. Sự sắp xếp nghiêm ngặt của các bó mạch bị gián đoạn tại các mắt, vậy nên cái
loài có đốt dài như Bambusa textilis lên tới 60cm chiều dài đốt thích hợp cho nội thất, tách
và dệt. Thân cây bao gồm vách thân và khoảng trống ở trung tâm cây, chỉ có một vài loài
đặc ruột như Dendrocalamus strictus và Thyrsostachys siamensis. Độ dày của vách thân cho
thấy sự khác biệt giữa các giống loài, và cũng quyết định đến các tính cơ học của
cây[ CITATION Lie15 \l 1033 ].

Hình 1.4: Thành phần của thân tre[ CITATION ABa17 \l 1033 ]
Đường kính thân nhỏ dần từ gốc đến ngọn với sự khác biệt giữa các loài.
Đoạn gốc và giữa với đốt dài được ứng dụng trong xây dựng, nội thất, làm thảm và bảng.


Đường kín giảm kéo theo đó là bề dày thành giảm, từ đó làm tỉ trọng trung bình tăng. Số bó
mạch không thay đổi theo chiều dài, trong khi nhu mô (parenchyma tissue) giảm bớt.
Cấu trúc giải phẫu của một cây tre có vẻ đồng đều hơn so với gỗ. Mặc dù sự
khác biệt giữa khoảng 1200 loài tre khá nhỏ nhưng một số loài nhất định được ưa chuộng
cho các mục đích sử dụng cụ thể.
Nhìn chung, thân cây chứa khoảng 50 % nhu mô, 40 % sợi và 10 % các bó
mạch. Hình 1.5 cho thấy có bó mạch cùng với các sợi tụ lại với nhau nằm trong các nhu mô,
điều này đóng vai trò quan trọng trong đặc trưng cấu trúc của thân. Tất cả các thân tre cho ra
kết cấu tương tự. Tỉ lệ sợi giảm dần từ ngoài vào trong, trong khi nhu mô tăng dần. Gốc

thân chứa nhiều nhu mô và phần trên thì có nhiều bó mạch nhỏ hơn với tỉ lệ sợi cao, làm
cho chúng mỏng manh hơn[ CITATION Lie15 \l 1033 ],[ CITATION LiX04 \l 1033 ].

Hình 1.5: Mặt cắt của thân tre, bó mạch nằm trong nhu mô[ CITATION Lie15 \l 1033 ]
Các sợi được đặc trưng bởi hình dáng thon dài và thường được chẻ đôi ở phía
cuối sợi. Chúng bao quanh các bó mạch như vỏ bọc và tách biệt chúng với các mạch còn lại.
Chúng có khoảng 40 % sinh khối và từ 60-70% khối lượng của thân. Chiều dài của chúng
phụ thuộc vào cấu trúc xác định của vách và theo chiều dài của thân. Nó thay đổi giữa các
loài từ 1.5-3 mm, dài hơn rất nhiều so với các loại cây gỗ cứng và gỗ mềm. Thành phần và
chiều dài ảnh hưởng đến tỉ trọng của chúng (từ 0.5-0.9 kg/cm 3) và độ bền cũng như tính chất


bột. Chiều dài sợi có sự tương quan mạnh đến đường kính sợi, bề dày thành tế bào cũng như
với modulus đàn hồi và độ bền nén. Phần ngoài của thân với sợi sắp xếp dày đặc của sợi
giúp cho tỉ trọng của phần này cao hơn phần phía trong[ CITATION Lie15 \l 1033 ],
[ CITATION LiX04 \l 1033 ].
Thân tre được phân chia ra bởi các mắt. Các mắt có ý nghĩa đặc biệt cho sự
phát triển và chức năng của thân cây. Cấu trúc ba chiều của hệ thống mạch được thể hiện
trong hình 1.4. Phần lớn các bó mạch quanh trục đi từ đốt này xuyết qua mắt và qua đốt tiếp
theo. Ở vùng ngoài biên của thân, chúng bị uốn cong ra ngoài một chút và phân nhánh một
phần vào vỏ bọc. Ở vùng phía trong, chúng liên kết với vách ngăn. Ở vùng trên của mắt, các
bó phình to hơn và mạch nối nhau phát triển mạnh mẽ. Ở rìa trên của vách ngăn, nhiều bó
xoay ngang và xoắn liên tục[ CITATION Lie15 \l 1033 ].

Hình 1.6: Cấu trúc tại mắt[ CITATION Lie15 \l 1033 ]
Kích thước và hình dáng của các tế bào trong vùng mắt khác biết so với các
vùng khác của đốt. Ống metaxylem (metaxylem vessels) thì ngắn hơn rất nhiều, nhỏ hơn và
bị biến dạng. Chúng có một vài lỗ lớn trên các vách bên và kha khá lỗ nhỏ nối trực tiếp giữa
các ống. Sợi và nhu mô ở vùng mắt chứa các hột tinh bột. Việc thiếu các tế bào dẫn xuyên
tâm ở đốt, các ống có khả năng dẫn truyền chéo nước và các hất dinh dưỡng. Cấu trúc ở mắt

cũng quan trọng trong việc chuyển động chất lỏng trong quá trình sấy và sơ chế đồng thời
cũng ảnh hưởng đến vài cơ tính và lý tính của thân tre. Do vùng mắt sợi bị rút ngắn và bề


dày dày lên đồng bộ, thân tre thường bị vỡ ở mắt khi chịu tác động lực. Mắt có hàm lượng
holocellulose thấp nhưng nhiều chất chiết, pentosans, lignin và tro hơn ở đoạn đốt. Mắt cho
ra bột có độ bền thấp nhưng lại rất khó loại bỏ chúng trong sản xuất [ CITATION Lie15 \l
1033 ].
1.1.6 Thành phần hoá học
Thành phần hoá học chính của tre là cellulose, hemicelluloses, và lignin; phần
nhỏ một số loại polysaccharides, proteins, mủ, tannins, sáp và một ít tro. Thành phần chính
của tre cũng không có sự khác biệt quá nhiều so với vật liệu gỗ. thành phần khác nhau giữ
các loài, điều kiện sinh trưởng, tuổi của tre và vị trí. Bởi vì mô tre trưởng thành trong vòng
1 năm nên khi chồi mỏng manh trở nên cứng cáp, thành phần lignin và cacbohydrates thay
đổi trong quá trình này. Tuy nhiên, sau khi đã trưởng thành hoàn toàn thì có khuynh hướng
giữ ở mức ổn định[ CITATION Lie15 \l 1033 ][ CITATION LiX04 \l 1033 ].
Mắt chứa ít thành phần tan trong nước, pentosans, tro và lignin nhưng chứa
nhiều cellulose hơn ở đốt. Vào mùa khô chứ thành phần tan trong nước nhiều hơn là mùa
mưa. Hàm lượng tinh bột đạt mức tối đa vào những tháng khô nhất trước khi vào mùa mưa
và nhú mầm. Hàm lượng tro ở phía trong thì lớn hơn ở phía ngoài[ CITATION LiX04 \l
1033 ]. Thành phần silica dao động từ 1-6 % tăng dần từ gốc đến ngọn. Phần lớn silica tập
trung ở mô biểu bì và các mô ở đốt hầu như không có. Hàm lượng silica ảnh hưởng đến tính
chất bột của tre[ CITATION Lie15 \l 1033 ].


CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1 Nội dung thực hiện
Trong khuôn khổ luận văn:” Nghiên cứu vật liệu composite làm từ sợi tre”, sẽ
tiến hành giải quyết các vấn đề sau:

Hình 2.7: Sơ đồ nội dung thực hiện
2.2 Nguyên liệu
2.2.1 Sợi tre
Nguyên liệu được sử dụng là 2 loại sợi có kích thước khác nhau lấy cùng một
nơi là “Làng tre Phú An”, xã Phú An, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương.
2.2.2 Polyester
Polyester được sử dụng là loại polyester hồng 638 cho cơ tính tốt sử dụng chất
đóng rắn MEKP 2%.


2.3 Dụng cụ
2.3.1 Cân
Hãng sản xuất: US Balance – Mĩ
Kích thước: 5 X 4.25 X 0.9 inch
Khối lượng cân tối đa: 2000 g
Độ chính xác: 0.1 g
Nguồn: 2 pin x AAA
Kích thước bàn cân: 4 x 4 inch

Hình 2.8: Cân US Balance
2.3.2 Máy ép Dake
Hãng sản xuất: Dake – Mĩ
Mẫu máu: 44 – 225, Serial: 158694
Kích thước mâm: 2 x 12 inch


Hình 2.9: Máy ép Dake 44-225
2.3.3 Máy đo cơ tính Testometric M350-10CT
Hãng sản xuất: Testometric – Anh
Mẫu máy: Model M350-10CT

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật
- Kích thước:

590 x 450 x 1575 mm

- Khối lượng:

178 kg

- Độ chính xác:

± 0.5%

- Phạm vi tốc độ:

0 – 1000 mm/phút

- Lực kéo tối đa:

10 kN

- Nhiệt độ hoạt động: -10 đến 40 oC
- Công suất:

450 W


2.3.4 Dụng cụ, thiết bị hỗ trợ khác
 Cưa lọng cầm tay
 Thước kẹp

 Túi PE
 Máy hàn nhiệt
 Con lăn sắt composite
 Ly, muỗng
2.4 Quy trình thực nghiệm
2.4.1 Sơ đồ khảo sát

Hình 2.10: Sơ đồ tổng quát quy trình tạo mẫu và đo các cơ tính, tính chất của
tấm composite sợi tre


2.4.2 Giải thích quy trình
2.4.2.1 Sợi tre và nhựa polyester
Sợi tre khi đem về có tình trạng vón cục dính với nhau làm khó khăn cho việc
nhựa di chuyển vào khoảng trống giữa các sợi nên cần phải làm tơi trước khi tạo mẫu.
2.4.2.2 Tính toán khối lượng và tỉ lệ
Ta khảo sát ở tỉ lệ sợi/nhựa lần lượt là 1/3, 1/4, 1/5, 1/6.
2.4.2.3 Tạo tấm composite và kiểm tra
Dùng túi PE lót khuôn dưới để tránh tấm composite sau khi đóng rắn dính vào
khuôn. Đổ 1 lớp polyester với khối lượng bằng với 1/2 khối lượng nhựa đã cân ban đầu, sau
đó cho sợi tre vào và sắp xếp sao cho đều để tránh tình trạng không đồng nhất tính chất tại
các vị trí trên tấm composite. Sau đó, đổ lượng polyester còn lại vào và dùng con lăn sắt lăn
hỗn hợp để giúp nhựa thấm đều và giảm chiều cao của hỗn hợp. Cuối cùng dùng túi PE để
lên hỗn hợp để tránh dính vào khuôn trên. Đóng khuôn trên và đem toàn bộ lên mâm máy
ép.
Ép hỗn hợp ở 11000 psi trong vòng 90 phút tính từ lúc đạt được 11000 psi.
Sau khi đã ép xong ta kiểm tra xem sản phẩm có lượng nhựa thấm đều cả sản
phẩm không, nếu không thì tính toán lại lượng sợi tre sử dụng từ đó làm thay đổi lượng
nhựa sử dụng.

Hình 2.11: Tấm composite sợi tre tỉ lệ 1/3


Hình 2.12: Tấm composite sợi tre tỉ lệ 1/4

Hình 2.13: Tấm composite tỉ lệ 1/5

Hình 2.14: Tấm composite tỉ lệ 1/6


2.4.2.4 Tạo mẫu
Đối với tấm composite đo độ bền uốn và kéo có bề dày dao động từ 2.4 – 6.54
mm, mỗi tấm cắt được 5 mẫu đo độ bền uốn và 5 mẫu đo độ bền kéo.
Đối với tấm composite đo tính hút âm và cách nhiệt có bề dày dao động từ 25
– 32 mm.
2.4.2.5 Ghi nhận thông số và đo cơ tính
Tiến hành đo bề dày, chiều rộng của các mẫu đo độ bền uốn và kéo từ đó tính
toán nhập vào thông số chạy máy đo cơ tính.
Khảo sát cơ tính các mẫu bằng máy đo cơ tính Testometric SM 350-10CT. Kết
quả đo được ghi nhận và phân tích so sánh.
2.5 Phương pháp đánh giá
2.5.1 Xác định tỉ lệ thực tế của sợi tre và nhựa
Phương pháp này dựa trên các công thức sau:
•

Công thức xác định hàm lượng sợi tre có trong tấm từ công thức xác định
khối lượng riêng tổng:
(2.1)
Trong đó:


ρΣ: Khối lượng riêng của tấm composite, g/cm3



ρs: Khối lượng riêng của sợi tre, g/cm3



ρN: Khối lượng riêng của polyester, g/cm3

 xs: Hàm lượng sợi tre có trong tấm composite, biểu thị bằng % khối lượng
•

Công thức xác định khối lượng riêng:
(2.2)



Trong đó:


ρΣ: Khối lượng riêng của tấm composite, g/cm3

 m: Khối lượng mẫu, g
 V: Thể tích lượng nước dâng lên, mL
2.5.2 Đo độ bền uốn
Phương pháp này thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM 790, cho phép xác định các
tính chất uốn cho nhựa gia cường, không gia cường và vật liệu cách điện.
Một mẫu có thiết diện hình chữ nhật được đặt trên 2 gối đỡ và được tác động

lực vào chính giữa, thiết bị sẽ tiếp tục tác dụng lực và ghi nhận thông số cho đến khi mẫu bị
phá huỷ hoặc đạt đến độ giãn 5% tuỳ thuộc vào điều nào diễn ra trước.

Hình 2.15: Đo độ bền uốn tại 3 điểm
Vì mẫu có độ dày lớn hơn 1.6 mm nên ta cắt mẫu the thông số sau:
 Chiều dài:

100 mm

 Chiều rộng:

12.7 mm

 Khoảng cách 2 gối đỡ: 80 mm


Thông số kiểm tra:
 Tốc độ kiểm tra: 3.5 mm/phút
 Nhiệt độ:
 Số lượng mẫu kiểm tra: 40 mẫu (5x8)
•

Tính ứng suất uốn:
(2.3)
Trong đó:


: Ứng suất uốn lớn nhất khi mẫu bị phá huỷ, MPA

 P: Lực lớn nhất mẫu chịu, N

 L: Chiều dài gối đỡ, mm
 b: Chiều rộng mẫu, mm
 d: Bề dày mẫu, mm
2.5.3 Đo độ bền kéo
Phương pháp này thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM 638, cho phép xác định các
tính chất kéo của nhựa.
Một mẫu dạng thanh có thể được đúc khuôn hoặc cắt ra có hình theo tiêu
chuẩn được kẹp vào hai đầu ngàm sau đó được tác dụng lực cho đến khi bị phá huỷ.

Hình 2.16: Hình dạng tiêu chuẩn mẫu đo độ bền kéo
Vì đây là vật liệu gia cường nên ta cắt mẫu theo loại 1


Bảng 2.3: Thông số mẫu thử loại 1 (đơn vị: mm)
WO

W

L

LO

D

G

R

19

13

57

165

115

50

76

Thông số kiểm tra:
 Tốc độ kéo: 5 mm/phút
 Nhiệt độ:
 Số lượng mẫu kiểm tra: 40 mẫu (5x8)

• Tính ứng suất kéo
(2.4)
Trong đó:


: Ứng suất kéo lớn nhất khi mâu bị phá huỷ, MPA

 P: Lực lớn nhất mẫu chịu, N
 W: Chiều rộng của mẫu, mm
 T: Bề dày của mẫu, mm

2.5.4 Đo tính hút âm
Phương pháp này thực hiện theo tiêu chuẩn ISO 10534-1, cho phép xác định

hệ số hút âm của mẫu cần đo.
Mẫu được cố định vào đầu 1 đường ống có chiều dài L và đường kính D xác
định, đầu còn lại là loa tạo ra sóng âm có tần số f xác định, trong ống có đầu dò gắn trên xe
đẩy và được nối với máy đo và phân tích âm. Di chuyển xe đấy để thu được giá trị mức
cường độ âm lớn nhất và nhỏ nhất từ đó ta có thể xác định được hệ số hút âm.
Thông số kiểm tra: