sợi thực vật sử dụng trong gia cường vật liệu polyme trong composite

1

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA: Công nghệ Hóa Học
Báo cáo tiểu luận thuộc học phần: CN Gia công Chất dẻo

SỢI THỰC VẬT SỬ DỤNG TRONG GIA CƯỜNG VẬT LIỆU
POLYME TRONG COMPOSITE

Giáo viên hướng dẫn : Thầy Nguyễn Tuấn Anh
Nhóm:
Lớp/ Khóa : Hữu cơ
Khoa : Công nghệ Hóa

1


2

MỤC LỤC

NHẬN XÉT TIỂU LUẬN
Giáo viên hướng dẫn nhận xét:_______________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________

________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________

2


3

MỞ ĐẦU
Vật liệu composite đã có mặt từ khá lâu trong hầu hết các lĩnh vực: từ
công nghiệp dân dụng, y tế, thể thao, xây dựng, giao thông vận tải cho đến
các ngành công nghiệp nặng (đóng tàu, hóa chất, điện lực…) và đặc biệt
trong ngành hàng không vũ trụ. Vật liệu composite có nhiều ưu điểm nổi
bật như khối lượng riêng nhỏ (nhẹ hơn thép 4-6 lần), độ bền cơ học cao,
chịu mài mòn, không dẫn điện, chịu hóa chất và bền khí hậu.
Ở Việt Nam, hiện nay tiêu thụ khoảng 5.000 tấn/năm với nhiều sản
phẩm đã đi vào đời sống, với các mặt hàng gia dụng như bàn, ghế, bồn tắm,
đồ chơi... và các sản phẩm công nghiệp như thuyền bè, canô, bồn chứa hoá
chất...

đem

lại

nhiều

lợi

ích

và

hiệu

quả

trong

kinh

tế.

Sự phát triển mạnh mẽ của vật liệu polyme compozit gia cường bằng sợi
tổng hợp đã đặt ra những thách thức to lớn đối với nhân loại do sự gia tăng
lượng chất thải khó phân hủy vào môi trường. Chính vì vậy trong hai thập
kỷ gần đây, việc sử dụng sợi tự nhiên để thay thế một phần hoặc toàn bộ
cho sợi tổng hợp đã và đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.
Việc mở rộng nghiên cứu ứng dụng loại sợi tre nói riêng và sợi tự nhiên nói
chung vào lĩnh vực vật liệu PC với các loại nhựa nền khác nhau là một
hướng ứng dụng mới không những đem lại hiệu quả kinh tế cao mà còn
góp

phần

đáng

kể

việc

bảo

vệ

môi

trường.

Trong số những sợi tự nhiên được sử dụng gia cường trong vật liệu
compozit, tre nứa là vật liệu có tỷ trọng thấp và độ bền cơ lý cao, lại sẵn có,
rẻ tiền, nguồn nguyên liệu dồi dào có khả năng tái tạo và phân hủy sinh
học.
Hiện nay, vật liệu PC sợi tre/nền PEKN có nhiều ưu điểm như dễ gia công,
giá thành rẻ, tính chất cơ lý khá tốt đã được chú trọng nghiên cứu và đạt
được những thành công nhất định. Tuy nhiên sợi tre cũng như các loại sợi
3


4
tự nhiên khác đều có nhược điểm chung là độ bám dính với nhựa nền kém.
Tính chất cơ học của vật liệu còn thấp cần phải khắc phục mới có thể cạnh
tranh được với PC sợi tổng hợp. Như chúng ta đã biết cơ tính của vật liệu
composite gia cường sợi phụ thuộc chủ yếu vào những đặc tính sau: cơ tính
của các vật liệu thành phần, luật phân bố hình học của vật liệu cốt, tác dụng
tương hỗ giữa các vật liệu thành phần. Vật liệu cốt và nền phải liên kết chặt
chẽ với nhau mới có khả năng tăng cường và bổ sung tính chất cho nhau.
Đối với compozit gia cường sợi tre nói riêng và sợi tự nhiên nói chung,

xử lý bề mặt sợi là giải pháp hiệu quả nhằm tăng cường khả năng liên kết
với nền nhựa. Có nhiều phương pháp xử lý đã được đề cập đến như: xử lý
kiềm, biến tính bề mặt sợi bằng các phương pháp hóa học hay vật lý, v.v…
Cho đến nay, phương pháp xử lý kiềm vẫn là phương pháp hiệu quả. Hiện
nay, phương pháp xử lý plasma lạnh là một trong những phương pháp xử lý
vật lý thân thiện với môi trường và có hiệu quả cao. Với bề mặt sợi, việc xử
lý bằng plasma sẽ làm tăng các liên kết ngang trên bề mặt sợi, năng lượng
bề mặt tăng hoặc giảm, các gốc nhóm hoạt động có thể được tạo
thành,..Tùy vào từng loại plasma và từng loại sợi mà hiệu quả xử lý thu
được

là

khác

nhau.

Gần đây, những tiến bộ trong kỹ thuật xử lý sợi cùng với việc sử dụng
các chất liên kết, các phương pháp gia công phù hợp và đặc biệt sử dụng
compozit lai tạo giữa sợi tre và sợi thủy tinh đã làm tăng đáng kể tính chất
cơ lý của chúng.

4


5

TỔNG QUAN
1. Khái quát về vật liệu composite
1.1.

Khái niêm vật liệu Composite

Compsite còn gọi là Vật liệu tổng hợp, Vật liệu compozit,hay composite là
vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau, nhằm mục
đích tạo nên một vật liệu mới, ưu việt và bền hơn so với các vật liệu ban
đầu. Vật liệu composite bao gồm vật liệu nền và cốt. Vật liệu nền đảm bảo
việc liên kết các cốt lại với nhau, tạo cho vật liệu gồm nhiều thành phần
có tính nguyên khối, liên tục, đảm bảo cho composite độ bền nhiệt, bền
hoá và khả năng chịu đựng khi vật liệu có khuyết tật. Vật liệu nền của
composite có thể là polyme, các kim loại và hợp kim, gốm hoặc các bon
(carbon). Vật liệu cốt đảm bảo cho composite có các mođun đàn hồi và độ
bền cơ học cao. Các cốt của composite có thể là các hạt ngắn, bột, hoặc các
sợi cốt như sơi thuỷ tinh, sợi polyme, sợi gốm, sợi kim loại và sợi các bon
– carbon,…
Tính chất
Trong điều kiện sử dụng các vật liệu đúng tiêu chuẩn thì vật liệu composite
có những ưu điểm chủ yếu sau:
- Nhẹ nhưng cứng vững, chịu va đập, uốn, kéo tốt.
-

Chịu hoá chất, không sét gỉ, chống ăn mòn. Đặc tính này thích hợp cho

biển và khí hậu vùng biển.
- Chịu thời tiết, chống tia tử ngoại, chống lão hoá nên rất bền.
-

Chịu nhiệt, chịu lạnh, chống cháy.

-

Cách điện, cách nhiệt tốt.
5


6
- Chịu ma sát, cường độ lực, nhiệt độ cao (thể hiện ở composite sợi
carbon).
-

Hấp thụ sóng điện tử tốt (composite – thủy tinh).

-

Không thấm nước, không độc hại.

-

Màu sắc đa dạng, đẹp bền vì được pha ngay trong nguyên liệu.

- Thiết kế, tạo dáng thuận lợi, đa dạng, có nhiều công nghệ để lựa chọn.
1.2.

Phân loại

Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật
liệu thành phần.
Phân loại theo hình dạng:
+ Vật liệu composite độn dạng sợi: Khi vật liệu tăng cường có dạng sợi, ta
gọi đó là composite độn dạng sợi, chất độn dạng sợi gia cường tăng cơ lý

tính cho polymer nền.
+ Vật liệu composite độn dạng hạt: Khi vật liệu tăng cường có dạng hạt,
các tiểu phân hạt độn phân tán vào polymer nền. Hạt khác sợi ở chỗ nó
không có kích thước ưu tiên.
Phân loại theo bản chất, thành phần:
+ Compozit nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt có dạng: sợi hữu
cơ (polyamit, kevlar...), sợi khoáng (thủy tinh, cacbon...), sợi kim loại (bo,
nhôm)
+ Compozit nền kim loại: nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al,…)
cùng với độn dạng hạt: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (Si, C)…
+ Compozit nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt
kim loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)…

6


7
1.3.

Ưu điểm của vật liệu composite

Ưu điểm lớn nhất của composite là có thể thay đổi cấu trúc hình học, sự
phân bố và các vật liệu thành phần đẻ tạo ra một vật liệu mới có độ bền
theo mong muốn. Rất nhiều đòi hỏi khắt khe của kỹ thuật hiện đại
( như nhẹ, lại chịu được nhiệt lên đến 3000oC,…) chỉ có composite mới đáp
ứng nổi, vì vậy, vật liệu composite giữ vai trò then chốt trong cuộc cách
mạng về vật liệu mới.
Ưu điểm của vật liệu composite được tổng hợp dưới đây:
+ Khối lượng riêng nhỏ, độ bền cơ học cao, độ cứng vững và uốn kéo tốt.
+ Khả năng chịu đựng thời tiết, chống lão hóa, chống tia UV cao, cách

điện và cách nhiệt tốt.
+ Khả năng kháng hóa chất và kháng ăn mòn cao, không gây tốn kém
trong bảo quản, không cần phải sơn phủ chống ăn mòn.
+ Gia công và chế tạo đơn giản, dễ tạo hình, tạo màu, thay đổi và sửa
chữa, chi phí đầu tư trang thiết bị sản xuất và chi phí bảo dưỡng thấp.
+ Tuổi thọ sử dụng cao (thời gian sử dụng dài hơn kim loại, gỗ khoảng 2-3
lần).
1.4.

Nhược điểm của vật liệu Composite

Bên cạnh những điểm ưu việt của vật liệu composite, chúng ta vẫn cần biết
đến những nhược điểm của loại vật liệu này để ứng dụng phù hợp:
+ Khó tái chế, tái sử dụng khi hư hỏng hoặc là phế phẩm trong quá trình
sản xuất.
+ Giá thành nguyên liệu thô tương đối cao, phương pháp gia công tốn thời
gian.
7


8
+ Phức tạp trong phân tích cơ, lý, hóa tính của mẫu vật.
+ Chất lượng vật liệu bị phụ thuộc nhiều vào trình độ của công nhân
1.5.

Ứng dụng vật liệu composite

Vật liệu composite được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực để tạo ra các sản
phẩm phục vụ đời sống, sản xuất khắc phục những nhược điểm mà những
loại vật liệu khác có, góp phần nâng cao hiệu suất, hiệu quả, chất lượng

công việc và đời sống con người, ví dụ như:
+ Vỏ động cơ tên lửa
+ Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ
+ Bình chịu áp lực cao.
+ Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp 3 lớp (Sử dụng công nghệ cuốn
ướt của Nga và các tiêu chuấn sản xuất ống dẫn xăng, dầu).
+ Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là
ống nhựa cốt sợi thủy tinh);
+ Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất composite;
+ Ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngậm mặn, nhiễm
phèn;
+ Vỏ bọc các loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất,
tấm panell composite;
+ Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng;
+ Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ cilicon, sứ epoxy các loại sứ
chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ trong các bộ thiết bị điện, chống sét, cầu chì;
+ Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp;
+ Vỏ tàu thuyền composite (vỏ lãi)….
8


9
+ Thùng rác công cộng
+ Mô hình đồ chơi trẻ em
+ Vật liệu sửa chữa, nâng cấp công trình dân dụng và công nghiệp, cụ thể
như sợi carbon, sợi thủy tinh để gia cố các kết cấu công trình cầu cảng, tấm
bọc cọc pilejax

9

10

1.6.

Thành phần của vật liệu compozit

Những thành phần của vật liệu composite bao gồm: vật liệu nền, cốt gia
cường,

chất

độn

và

phụ

gia

Vật liệu nền (matrix) vật liệu nền (kết dính) là pha liên tục, đảm bảo cho
sự liên kết và làm việc hài hòa giữa các thành phần của composite với
nhau, đảm bảo tính liền khối của vật liệu, tạo ra các kết cấu composite,
phân bố lại chịu tải khi một phần cốt đã bị đứt gãy để đảm bảo tính liên tục
của kết cấu. Ngoài ra, vật liệu nền cũng quyết định một phần lớn khả năng
chịu nhiệt, chịu ăn mòn của vật liệu và nó cũng là cơ sở để xác định
phương thức công nghệ chế tạo sản phẩm. Chức năng chính của nhựa nền
là truyền ứng suất tới các cốt gia cường, nó liên kết và bảo vệ các cốt khỏi
sự phá hủy cơ lý và môi trường. Phụ thuộc vào tính chất của composite cần
chế tạo, người ta chọn loại nền phù hợp trong 4 nhóm: kim loại, ceramic,

polyme và hỗn hợp. Thành phần cốt gia cường (reinforcement) là pha
không liên tục (các sợi, hạt,…) nhằm đảm bảo cho composite có được
những tính năng cơ học cần thiết, đồng thời cốt phải nhẹ để tạo nên độ bền
riêng cao. Cốt có thể được làm bằng tất cả các loại vật liệu : kim loại,
ceramic và polyme. Tính chất cơ của vật liệu composite phụ thuộc nhiều
vào loại và khối lượng của vật liệu gia cường. Với vật liệu gia cường là sợi
thì

tính

chất

cơ

lý

còn

phụ

thuộc

vào

hướng

của

nó.

Chất độn và phụ gia được sử dụng không chỉ làm giảm giá thành của sản
phẩm mà còn nhằm giúp cho sản phẩm đạt được những tính chất riêng mà
nếu sản phẩm composite không có nó thì không thể có được như tăng độ
bền cơ, giảm độ co ngót, tăng độ bền cháy ,… của sản phẩm composite.

10


11

2. Sợi tự nhiên
Vải sợi thiên nhiên là loại vải được đệt từ các sợi có sẵn trong thiên
nhiên mà chủ yếu là từ các loại cây trồng do con người trồng và chăm sóc
để khai thác lấy sợi dể dệt vải, đây là loại vải sợi chính được sử dụng từ
hàng ngàn năm qua, từ thời cổ đại cho đến trước khi cuộc cách mạng công
nghiệp bắt đầu, loài người chỉ sử dụng các loại vải từ tự nhiên để làm trang
phục. Các loại cây trồng chính để thu lấy sợi dệt vải đó là cây bông vải, cây
lanh, cây gai, cây đay, chúng ta có thể thu được các loại sợi lanh, sợi gai,
sợi đay để dệt ra các loại vải theo phương pháp thủ công hay công nghiệp.

Kén tằm

11


12

Cây bông

Dệt lụa tơ tằm

Ngoài các loại vải sợi tự nhiên có nguồn gốc từ thực vật mà chúng tôi vừa
đề cập ở trên thì cũng có nhiều loại vải sợi có nguồn gốc từ động vật như:
Vải lụa tơ tằm thu được từ việc nuôi tằm lấy tơ hay như sợi len thu được từ
lông các loài thú như cừu, dê, lạc đà, thỏ mà chủ yếu là từ cừu. Vải sợi
thiên nhiên được dùng phổ biến trên thế giới cũng như ở nước ta là vải dệt
12


13
từ sợi bông, vải len, dạ và lụa

tơ tằm. Đặc biệt hiện nay các loại vải lụa

tự nhiên có nguồn gốc từ tơ tằm luôn là một loại vải quý được thế giới rất
ưu chuộng và có giá bán cũng rất cao.

Nuôi cừu lấy lông
2.1.

Phân loại sợi tự nhiên:

2.1.1. Vải Cotton (xơ cellulose):

13


14

Cây bông
+ Nguồn gốc: Dệt từ sợi bông của cây bông vải, một loại cây trồng được

biết tới từ thời cổ đại.
+ Ưu điểm: Hút ẩm cao, thấm hút mồ hôi rất tốt ( sợi bông có khả năng
hút/ thấm nước rất cao, có thể thấm nước đến 65% so với trọng lượng) nên
các loại quần áo may bằng vải sợi bông mặc rất thoáng mát, dễ chịu, thích
hợp với khí hậu nhiệt đới hay các loại trang phục mùa hè. Sợi bông thân
thiện với da người (không làm ngứa) và không tạo ra các nguy cơ dị ứng
việc khiến cho sợi bông trở thành nguyên liệu quan trọng trong ngành dệt
may. Trong ngành may mặc và chế biến người ta phân biệt các loại bông
trước tiên theo chiều dài của sợi, sau đó đến mùi, màu và độ sạch của cuộn
sợi. Sợi bông càng dài thì càng có chất lượng cao. Sợi bông dễ cháy nhưng
có thể nấu trong nước sôi để tiệt trùng.
+ Nhược điểm: Dễ bị co, dễ nhăn nhàu nên phải ủi nhiều lần, khi ủi xong
khó giữ nếp, dễ bám bẩn (Sợi bông có khuynh hướng dính bẩn và dính dầu
mỡ), giặt khó sạch. Ngoài ra độ bền của vải không cao, dễ chảy sệ hoặc bị
kéo dãn, dễ bị mục do vi khuẩn, nấm mốc xâm hại.
+ Cách nhận biết: Khi kéo đứt sợi thấy dai và chỗ đứt không bị xù lông.
Khi vò nhẹ vải đẻ lai nhiều nếp nhăn. Khi đốt vải cháy nhanh và có mùi
như giấy cháy, tàn tro trắng mủn nhanh. Khi đổ nước lên vải, vải rất hút
nước, chỗ ướt loang rộng rất nhanh.
+ Ứng dụng: Dùng may quần áo mặc mùa hè, các loại áo thun công sở, áo
thun cao cấp, phù hợp để may quần áo trẻ em, người già, người bệnh, trang
14


15
phục bảo hộ lao động và trang phục quân đội. Vải cotton còn thích hợp cho
đồ dùng sinh hoạt cần hút ẩm tốt như áo gối, chăn mền, tấm trải giường,
khăn tay, khăn tắm, khăn bàn, khăn ăn, giày vải .
+ Bảo quản: Nhiệt độ ủi thích hợp từ 180 – 200 độ C, là khi vải ẩm, giặt
bằng xà phòng kiềm. Phơi ngoài nắng, cất giữ nơi khô ráo để tránh bị ẩm

mốc.
2.1.2. Vải Lụa Tự Nhiên (xơ protid)

Vải lụa thời trang

+ Nguồn gốc: Dệt từ tơ của kén tằm. Có 4 loại tơ tằm tự nhiên, tơ của tằm
dâu là loại được sản xuất nhiều chiếm 95% sản lượng trên thế giới. Sợi tơ
tằm được tôn vinh là “Nữ Hoàng” của ngành dệt mặc dù sản lượng sợi tơ
sản xuất ra thấp hơn nhiều so với các loại sợi khác như: bông, đay, gai. Lụa
là một loại vải mịn, mỏng được dệt bằng tơ. Loại lụa tốt nhất được dệt từ tơ
tằm.
15


16
+ Ưu điểm: Chất vải sáng, rất mềm mại, bóng mượt, nhẹ. Hút ẩm tốt, đem
lại cảm giác thoáng mát cho người mặc. Cách nhiệt tốt nên mặc mát vào
mùa hè ấm vào mùa đông.
+ Nhược điểm: Kém chịu nhiệt, nhiệt độ cao làm tơ lụa bị giòn, ánh nắng
và mồ hôi dễ làm tơ mau mục và úa vàng, vải dễ co rút và nhăn. Kém bền
với chất kiềm như bột giặt. Sợi tơ có thể hút ẩm, bị ảnh hưởng bởi nước
nóng, axit, bazơ, muối kim loại, chất nhuộm màu.
+ Cách nhận biết: Sở mát tay, mặt vải láng mịn (Người cầm có thể cảm
nhận được vẻ mịn và mượt mà của lụa không giống như các loại vải dệt từ
sợi nhân tạo), óng ánh ( Mặt cắt ngang sợi tơ có hình dạng tam giác với các
góc tròn. Vì có hình dạng tam giác nên ánh sáng có thể rọi vào ở nhiều góc
độ khác nhau, sợi tơ có vẻ óng ánh tự nhiên ). Khi đốt lụa cháy chậm và có
mùi khét như tóc cháy (tính chất chung của các loại vải có nguồn gốc từ
đồng vật hay còn gọi là xơ protid), đầu đốt sủi bọt màu nâu, xốp, bóp vỡ
vụn.

+ Ứng dụng: Lụa tơ tằm được dùng phổ biến nhất để may áo dài, váy dạ
hội, đồ lễ phục, các hàng thời trang cao cấp. Quần áo bằng lụa rất thích hợp
với thời tiết nóng và hoạt động nhiều vì lụa dễ thấm mồ hôi. Quần áo lụa
cũng thích hợp cho thời tiết lạnh vì lụa dẫn nhiệt kém làm cho người mặc
ấm hơn.
+ Bảo quản: Nhiệt độ là thích hợp từ 140 – 150 độ C. Là ở mặt trái hoặc
mặt phải, dùng khăn ẩm để lên mặt vải trước khi là ở mặt phải. Nếu là ở
nhiệt độ quá cao, tơ sẽ mất độ bóng. Không nên ngâm vải lâu trong xà bông
nên Giặt bằng xà phòng trung tính như dầu gội đầu, chanh, bồ kết trong
nước ấm., không nên phơi ở nơi có nhiệt độ và ánh nắng gắt sẽ làm lụa bị

16


17
giòn và úa vàng nên phơi ở nơi râm mát, tránh ánh nắng mặt trời chiếu trực
tiếp vào vải.
2.1.3. Vải Len (xơ protid)

Len thô cuộn trước khi dệt
Len thành phẩm
+ Nguồn gốc : Vải được dệt từ sợi thu được từ lông cừu và một số loài
động vật khác, như dê, lạc đà. Người ta sản xuất len bằng dụng cụ quay các
sợi lông cừu lại với nhau hay bện lại thành một liên kết sợi. Chất lượng của
len được xác định bởi đường kính sợi, quá trình uốn, năng suất, màu sắc, và
độ bền trong đó đường kính sợi là chất lượng quan trọng nhất để xác định
đặc tính và giá cả.
+ Ưu điểm: Giữ nhiệt tốt do đó thường được may đồ giữ ấm, được yêu
thích ở các nước ôn đới. Vải nhẹ, xốp, có độ bền cao. Ít nhăn, ít co giãn, ít
hút nước.

+ Nhược điểm: Kém bền với kiềm, dễ bị vi khuẩn, nấm mốc phá huỷ.

17


18
+ Cách nhận biết: Cảm giác thô ráp khi cầm nắm, mặt vải có xù lông cứng,
khi kéo đứt sợi có độ kéo dãn lớn. Vải cháy yếu, có mùi khét như tóc cháy (
xơ protid). Tro tàn đen, xốp, dễ vỡ. Len bị đốt cháy ở nhiệt độ cao hơn
bông và một số sợi tổng hợp.
+ Ứng dụng: Dùng để may quần áo mặc ngoài về mùa đông như áo khoác
đồng phục, áo khoác thời trang, áo dạ, áo măng tô, làm chăn, khăn quàng
cổ, mũ len, găng tay, tất. Cung cấp nguyên liệu để dệt, đan, chế tạo các loại
áo len là mặt hàng áo giữ ấm thông dụng trên thế giới, nhất là những nước
có khí hậu lạnh.
+ Bảo quản: Giặt bằng xà phòng trung tính tránh ngâm lâu, các loại hàng
len cao cấp thường phải giặt khô, là hơi vì nếu giặt bình thường sẽ bị biến
dạng, giảm chất lượng và vẻ đẹp của sản phẩm. Tránh giặt bằng nước
nóng.Nên phơi ở nơi râm mát, thoáng gió. Cất giữ cẩn thận để tránh bị
gián, nhậy cắn.
2.2 Cấu trúc và tính chất cơ lý của sợi tự nhiên
2.2.1 Cellulose (xét loại vật liệu điển hình là cotton)
Cellulose - polymer của glucose - là thành phần hoá học cơ bản nhất của tất
cả các loại thực vật. Monomer cua cellulose là 1,2,4-8-anhydroglucose, số
lượng monomer có thể từ 1,000 đến 18,000 đơn vị.

18


19

Chuỗi liên kết dài của cellulose làm cho các mối liên kết hydro của các
phân tử liền kề liên kết chặt chẽ với nhau. Các chuỗi liên kết liên phân tử
này cộng với cấu trúc mạch thẳng của phân tử cellulose hình thành nên
những vùng có cấu trúc tinh thể của cellulose (microfibril). Những
microfibril này liên kết, sắp xếp lại với nhau thành 1 cấu trúc lớn hơn gọi là
fibril (sợi).
2.2.2 Cotton
Cotton là đại diện lớn nhất và quan trọng nhất về vật liệu vải sợi của họ này
vì đây là loại vật liệu được ứng dụng rộng rãi nhất ngày nay (chiếm khoảng
50%

số

lượng

các

sản

phẩm

từ

vải

sợi

trên

thế

giới).

Cotton được lấy từ cây bông vải, thường được trồng ở những nước ôn đới
và nhiệt đới. Sau khi được khai thác, sợi cotton được xử lý qua nhiều công
đoạn để loại bỏ những thành phần chất béo, chất sáp bám trên thành vỏ sợi
làm tăng tính thấm nước và quy trình tẩy trắng sợi. Sau quá trình xử lý, sợi
cotton sẽ được trải qua những công đoạn khác để làm nên tấm vải.

19 nên sợ cotton thô
Thành phần cấu tạo


20

Cấu trúc của sợi cotton rất phức tạp, gồm 3 phần chính. Lớp biểu bì ngoài
cùng có tính kỵ nước, có chức năng bảo vệ. Ngoài cellulose ra còn có
những lớp chất béo và sáp, nên để có tính thấm nước tốt thì cotton phải
được xử lý. Bên dưới lớp biểu bì là lớp thành sợi chính, do những sợi
(fibril) nhỏ đan ngang dọc với nhau tạo thành. Bên dưới lớp thành sợi chính
là lớp thành sợi phụ, chiếm hầu hết khối lượng của sợi cotton, do các lớp
sợi liên tiếp chồng lên nhau và ngược hướng nhau tạo thành. Ruột (lumen)
của sợi cotton rỗng, để dẫn protein đi nuôi lớn sợi cotton. Khi sợi đã trưởng
thành, sợi khô đi và ruột bị thu hẹp lại, làm cho những sợi cotton xoắn lại
(do lớp thành sợi phụ).

Cotton thuộc họ cellulose, là polyalcohol (có nhóm -OH), nhưng mối
liên kết hydro giữa những nhóm hydroxyl của các phân tử liền kề khá bền

Hình chụp những sợi cotton thô dưới kính hiển vi điện tử

20


21
vững, ngăn không cho nước xuyên thấu vào những vùng có cấu trúc tinh
thể của cellulose, do đó nó không hoà tan trong nước. Tuy nhiên, cotton lại
khá ưa nước, có khả năng thấm hút nước tốt. Cấu trúc tổ ong với các lỗ li ti
giúp các phân tử nước xuyên thấu qua những vùng trống trong chuỗi
polymer và hình thành liên kết hydro với các cellulose hydroxyl tự do. Các
sợi cotton khi hút nước sẽ phồng lên, trở nên dẻo dai hơn, mềm hơn và độ
bền tăng lên (20%) do liên kết hydro mới tạo thành. Mức độ thấm hút nước
của cotton thông thường là và tăng lên đến 25 - 30% ở độ ẩm tương đối
100%,

nhiệt

độ

phòng.

Giữa những vùng cấu trúc tinh thể trong cotton là những vùng trống, những
chất màu của thuốc nhuộm hay mực in sẽ bám vào những vùng này.
Cotton sẽ bị phân huỷ (hydro hoá) khi gặp dung dịch acid loãng nóng hoặc
đậm đặc lạnh, nhưng không có tác dụng với acid loãng ở nhiệt độ phòng.

Cotton bền với dung dịch kiềm nên dung dịch kiểm được dùng trong quá
trình xử lý vải gọi là mercerization. Trong dung dịch kiềm, sợi cotton sẽ
phồng lên, trở nên tròn, đều đặn và giảm thiểu tính xoắn của các sợi. Nếu
trong khi phồng lên, vải được giữ chặt để tránh co rút thì cotton sẽ thay đổi

hình dạng và tạo ra 1 bề mặt nhẵn hơn. Sau khi tẩy chất kiềm và sấy khô,
sợi cotton vẫn giữ nguyên dạng hình ống tròn. Tuy không có sự khác biệt
rõ rệt về tính chất hoá học của vải được xử lý mercer và không được xử lý
nhưng vải qua xử lý sẽ cho tính bám màu tốt hơn và chất lượng hình ảnh
cao hơn 8%.

21


22

22


23

23


24

3. Composit sợi tự nhiên
Thiên nhiên đã tạo ra những vật liệu composite từ hàng triệu năm nay. Gỗ
và xương được coi như những vật liệu composite từ tự nhiên. Gỗ bao gồm
các sợi xenlulo bền kéo và uốn, được hóa cứng nhờ liên kết với nền lignin.
Còn xương với độ dai và độ bền nhờ sự phân tán các mảng xương cứng
dạng tinh thể của hydroxyapatit (khoáng) trong dạng nền mềm dẻo với các
sợi

collagen

(protein).

Những ưu điểm của vật liệu composite khi so sánh với những vật liệu
truyền thống khác gồm: Độ bền và độ cứng cao so với khối lượng; khối
lượng riêng thấp; bền ăn mòn; có thể thiết kế tính dẻo; giá thành sản xuất
giảm…
3.1.

Sợi tự nhiên

Việc sử dụng rộng rãi các vật liệu polyme compozit từ các loại sợi truyền
24


25
thống như sợi thủy tinh, cacbon, bo và kevlar đã gây những tác động xấu
tới môi trường do phế thải sau khi sử dụng rất khó bị phân hủy. Vì vậy
trong vài thập kỷ gần đây việc nghiên cứu và phát triển những loại vật liệu
PC có khả năng phân hủy sinh học, thân thiện môi trường đã thu hút nhiều
sự quan tâm của các nhà khoa học. Một trong những giải pháp đó là sử
dụng sợi có nguồn gốc tự nhiên như sợi đay, sợi tre, xơ dừa, xidan và dứa,
… làm vật liệu gia cường.
Ưu điểm của sợi tự nhiên:
Có nguồn nguyên liệu dồi dào, có thể tái tạo với chi phí thấp; tỷ trọng thấp,
dẫn đến độ bền và độ cứng riêng cao hơn sợi thủy tinh; chịu uốn dẻo cao,
thích hợp cho các sản phẩm chịu uốn; sợi có khả năng biến đổi hóa học bề
mặt cao; dễ gia công hoặc tái chế, không mài mòn thiết bị, vốn đầu tư thấp;
không độc hại, không gây kích thích da; phế thải sau sử dụng có thể phân
hủy sinh học hoặc phân hủy hoàn toàn bằng nhiệt.

Nhược điểm: Tính chất cơ học thấp hơn so với sợi tổng hợp, tuy nhiên có
thể nâng cao độ bền vật liệu compozit nhờ lai tạo với sợi tổng hợp; Có độ
hút ẩm cao (với hàm lượng hơi ẩm từ 3-13%) dẫn đến làm giảm độ bền của
sản phẩm. Có thể khắc phục bằng cách axetyl hóa bề mặt sợi hoặc sơn phủ
bề mặt sản phẩm; sợi có độ phân cực khá lớn nên tương hợp kém với đa số
nền nhựa không ưa nước dẫn đến tính chất cơ lý, hóa của sản phẩm không
cao; nhiệt độ gia công sản phẩm thấp (< 2000C) do tính chịu nhiệt kém.
Sợi tự nhiên có thể được phân loại theo sợi gỗ (sợi gỗ mềm – cây hạt trần
và sợi gỗ cứng – cây hạt kín) và phân loại theo sợi phi gỗ, gồm có: sợi từ
vỏ cây (lanh, gai, đay, dâm bụt…); sợi từ lá cây (xidan, chuối abaca…); sợi
từ quả (xơ dừa…); sợi từ hạt (bông…) và sợi từ thân cây (tre nứa, rơm,
cọ…).
Thành phần hóa học của sợi tự nhiên thay đổi phụ thuộc vào từng loại sợi.
25