ghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit sinh học trên cơ sở nhựa polypropylen PP gia cường bằng sợi tre dài đơn hướng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------

NGUYỄN KHÁNH QUYÊN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT
SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ NHỰA POLYPROPYLEN (PP)
GIA CƯỜNG BẰNG SỢI TRE DÀI ĐƠN HƯỚNG

Chuyên ngành: Khoa học và kỹ thuật vật liệu phi kim
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS BÙI CHƯƠNG

Hà Nội - Năm 2012


MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................ 5
TỔNG QUAN VỀ COMPOZIT SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ NHỰA NỀN
POLYPROPYLEN GIA CƯỜNG BẰNG SỢI TRE .................................................. 5
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU COMPOZIT SINH HỌC .................. 5
1.2 VẬT LIỆU COMPOZIT GIA CƯỜNG SỢI THỰC VẬT ............................... 8
1.3 VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA

POLYPROPYLEN GIA CƯỜNG SỢI TRE. ....................................................... 10
1.3.1 Vật liệu nền polypropylen. [21] .................................................................. 10
1.3.2 Sợi thực vật gia cường. ............................................................................. 14
1.3.3 Sợi tre. ....................................................................................................... 21
1.3.3.1 Cấu trúc của sợi tre. .......................................................................... 22
1.3.3.2 Thành phần hoá học của tre . ............................................................ 23
1.3.3.3 Tính chất cơ học của sợi tre. .............................................................. 28
1.3.3.4 Tính chất bề mặt của sợi tre............................................................... 29
1.4. TƯƠNG TÁC PHA NỀN - CỐT TĂNG CƯỜNG TRONG VẬT LIỆU
POLYME COMPOZIT. ........................................................................................ 30
CHƯƠNG 2 .............................................................................................................. 32
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ...................................... 32
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VÀ XỬ LÝ BỀ MẶT SỢI ...................... 32
2.1.1 Các phương pháp tách sợi......................................................................... 32
2.1.1.1 Phương pháp cơ học. ......................................................................... 32
2.1.1.2 Phương pháp tách nổ bằng hơi nước.[15] ........................................... 33
2.1.2 Phương pháp chế tạo vật liệu .................................................................... 34
2.2.2 Các phương pháp khảo sát tính chất của sợi ............................................ 34
2.2.2.1 Phương pháp xác định độ phân bố của sợi........................................ 34
2.2.2.2 Phương pháp xác định độ bền kéo sợi. .............................................. 34
2.2.3 Phương pháp xác định tính chất cơ học của vật liệu ................................ 35
2.2.3.1 Độ bền kéo của compozit: .................................................................. 35
2.2.3.2 Độ bền uốn của compozit: ................................................................. 36
2.2.3.3 Phương pháp xác định độ bền nén..................................................... 37
2.2.3.4 Xác định độ bền va đập Charpy của vật liệu compozit: .................... 37
2.2.3.5 Xác định độ hấp thụ nước và các mơi trường hố chất của compozit:38
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN............................................................... 39
3.1 KHẢO SÁT NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ ĐIỀU KIỆN GIA CÔNG VẬT LIỆU
POLYPROPYLEN GIA CƯỜNG SỢI TRE ........................................................ 39
3.1.1 Xác định đường kính trung bình của sợi .................................................. 40

1


3.1.2 Xác định độ bền kéo của sợi ..................................................................... 42
3.1.3 Cấu trúc hình thái học của các loại sợi tre .............................................. 43
3.1.4 Xác định độ hấp thụ ẩm của sợi ảnh hưởng đến độ bền sợi..................... 44
3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng của việc xử lý tre đến khả năng bám dính với nhựa
PP....................................................................................................................... 45
3.1.6 Chế tạo vật liệu trên cơ sở nhựa PP với sợi tre. ...................................... 46
3.3 Nghiên cứu chế tạo compozit Polypropylen cốt sợi tre (PP/BF) .................... 48
3.3.1 Ảnh hưởng của việc tạo Prepreg đến tính chất của Compozit PP/BF .......... 48
3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian và áp suất ép lên tính chất của vật liệu
compozit PP/BF. .................................................................................................... 49
3.4 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
PP/BF. ..................................................................................................................... 51
3.4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến độ hấp thụ nước của PP/BF.............. 51
3.4.2 Ảnh hưởng của các mơi trường hóa chất khác nhau tới tính chất của vật
liệu PP/BF. ......................................................................................................... 53
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 56
PHỤ LỤC

2


MỞ ĐẦU
Nhân loại đang bước vào kỷ nguyên bùng nổ của khoa học và công nghệ với
hàng loạt thành tựu to lớn được ứng dụng rộng dãi trong công nghiệp, nông nghiệp,
giao thông vận tải, kinh tế cũng như đời sống xã hội v.v.. Một trong những thành

tựu đó là sự ra đời và phát triển vật liệu compozit. Loại vật liệu mới này có khả
năng kết hợp được những tính chất mà vật liệu truyền thống riêng rẽ khơng có được,
tạo cho nó có nhiều tính chất ưu việt như: bền, nhẹ có nhiều tính chất chun dụng,
dễ gia công v.v.. Những vật liệu này đang thay thế dần dần những vật liệu truyền
thống trước đây như sắt, thép, gỗ để chế tạo các chi tiết máy và kết cấu, kể cả các
kết cấu chịu tải trọng lớn cũng như các sản phẩm dân dụng v.v..
Tuy nhiên, vấn đề quan tâm hàng đầu của các ngành công nghiệp là vấn đề
môi trường. Một sản phẩm sinh học đi từ nguyên liệu tái tạo có khả năng tái sinh và
phân huỷ sinh học bắt buộc (ổn định trong thời gian sống đã định nhưng sẽ phân
huỷ trong một tổ hợp các điều kiện) có triển vọng thương mại và khơng ảnh hưởng
xấu đến mơi trường thì được gọi là sản phẩm sinh học bền vững [5, 8]. Các compozit
sinh học (còn gọi là compozit xanh) thường cấu tạo từ sợi thực vật và chất dẻo sinh
học đi từ nguồn nguyên liệu tái tạo. Các chất dẻo đi từ nguồn nguyên liệu tái tạo có
thể khơng phân huỷ sinh học vì cịn phụ thuộc vào cấu trúc và phản ứng đóng rắn
trong q trình gia cơng. So với nhựa nhiệt rắn, nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh
nên ít ảnh hưởng xấu tới môi trường. Hơn nữa, các sản phẩm sinh học nhận được từ
nguồn nguyên liệu tái tạo có khả năng cân bằng đioxit cacbon. Hầu hết các polyme
sinh học rất khó có thể cạnh tranh kinh tế trong tình hình phát triển cơng nghiệp
polyme trên cơ sở hố dầu đang chiếm ưu thế, nhưng vấn đề ô nhiễm môi trường
của các sản phẩm dầu mỏ lại là một vấn đề nóng bỏng cần giải quyết, mặt khác, dầu
mỏ cũng không phải là một tài nguyên vô tận. Do đó, việc thiết kế và áp dụng kỹ
thuật phù hợp tạo nên các compozit sinh học thân thiện với môi trường sẽ đem lại
sức hấp dẫn với thị trường và mở ra một ngành công nghiệp mới phù hợp với nhu
cầu rộng lớn của con người _ “công nghiệp xanh”.

3


Ở Hoa Kỳ hàng năm có 10 – 11 triệu phương tiện vận tải hết hạn sử dụng, hệ
thống thu gom và thiết bị nghiền phục vụ cho khoảng 96% các xe cũ và gần 25%

trọng lượng của các xe ô tô này bao gồm chất dẻo, sợi, xốp, thuỷ tinh và cao su là
chất thải. Phương án đơn giản nhất để xử lý chúng là đem chon và vật liệu thải sẽ
phân huỷ nhờ vi sinh vật, nhưng không phải ở đâu cũng áp dụng phương án này.
Gần đây, các nghiên cứu đưa vào phần bên trong ô tô làm từ nhựa polypropylene
gia cường bằng sợi thực vật và phần bên ngồi sử dụng nhựa polyester khơng no gia
cường sợi thực vật. Nhiều hãng sản xuất ô tô đang tìm kiếm vật liệu có khả năng
cách âm và giảm trọng lượng để tiết kiệm nhiên liệu vì nhiều nghiên cứu đã chỉ ra
rằng 75% năng lượng tiêu tốn của ô tô liên quan trực tiếp đến trọng lượng của ô tô,
điều này đòi hỏi các nhà sản xuất tiếp tục đổi mới công nghệ và tạo ra các loại ô tô
nhẹ, an toàn và giá thành hạ, trong khi đó, sợi thực vật có khả năng hấp thụ âm
thanh tuyệt vời và chống phá vỡ tốt. Trong sản xuất các chi tiết ô tô, so với
compozit sợi thuỷ tinh, compozit sợi thực vật giảm khối lượng của chi tiết nên làm
giảm tới 80% năng lượng cần thiết cho sản xuất. Để giảm trọng lượng ô tô, các nhà
sản xuất đã giảm bớt thép hợp kim và thay thế bằng nhôm hợp kim, chất dẻo hoặc
compozit. Trong tương lai gần, chất dẻo và polyme compozit sẽ chiếm 15% trọng
lượng ô tô và polyme compozit sinh học là đề cử xứng đáng vì nó là loại vật liệu
thân thiện mơi trường[23,25].
Tre là một loại cây sẵn có trong các rừng nhiệt đới, có khả năng tăng trưởng
nhanh, dễ trồng và gần như khơng phải chăm sóc. Việc nghiên cứu chế tạo vật liệu
polyme compozit trên cơ sở cốt tre được nhiều nước quan tâm. Xuất phát từ những
nhu cầu thực tế như: sự cạnh tranh của các nguồn nguyên liệu, vấn đề lựa chọn
nguồn nguyên liệu, khả năng tái sinh và vấn đề mơi trường, độ bền và tính năng sử
dụng của vật liệu chế tạo nên nội dung chủ yếu của đề tài này là : “Nghiên cứu chế
tạo vật liệu compozit sinh tọc trên cơ sở nhựa polyetylen gia cường bằng sợi tre
dài đơn hướng”.

4


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ COMPOZIT SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ NHỰA NỀN
POLYPROPYLEN GIA CƯỜNG BẰNG SỢI TRE

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU COMPOZIT SINH HỌC
Trong giai đoạn hiện nay, xuất phát từ những vấn đề như: bảo vệ môi trường,
yêu cầu phát triển các sản phẩm mới có nguồn gốc tự nhiên, nhu cầu tiêu thụ trong
nước cũng như trên thế giới nên đã có nhiều cơng trình nghin cứu khoa học tập
trung vào lĩnh vực polyme compozit sinh học. Có ba vấn đề chung cần đề cập đến là:
Vấn đề mơi trường: Cơng nghiệp hố dầu phát triển mạnh, theo đó là cơng
nghệ gia cơng các sản phẩm từ nhựa nhiệt dẻo để sản xuất ra các loại bao bì, hàng
hóa tiêu dùng khơng ngừng phát triển. Cùng với sự xuất hiện của một khối lượng
lớn các loại sản phẩm chế tạo từ polyme là sự tồn tại một lượng không nhỏ phế liệu,
phế thải sau sử dụng, ước tính 40 đến 50 triệu tấn/năm (tồn thế giới năm 2007).
Những vật liệu này sau khi sử dụng đã thải ra mơi trường hàng chục, hàng trăm năm,
rất khó phân huỷ, gây ơ nhiễm nặng nề. Đã có một vài phương án xử lý, nhưng hiệu
quả xử lý không cao. Khi chon lấp chúng thì một mặt là tốn diện tích, mặt khác cịn
gây ơ nhiễm nguồn nước và đất. Nếu đốt thì cũng rất tốn kém và cịn sản sinh ra
một lượng CO2 hoặc đioxin rất có hại cho con người và môi trường. Nếu dùng
phương pháp tái sinh thì sản phẩm sau tái sinh có chất lượng không cao trong khi
giá thành của chúng cũng không hề thấp[5, 22,26].
Vấn đề phát triển sản phẩm mới: Thực tế đặt ra và địi hỏi các nhà khoa học
và cơng nghệ trên thế giới là nghiên cứu chế tạo sản phẩm mới có tính chất ưu việt
hơn và thân thiện mơi trường. Do đó, cần nghiên cứu chế tạo ra các vật liệu polyme
phân huỷ sinh học và ứng dụng chúng trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng
các nhu cầu và đòi hỏi trên.

5


Vấn đề tiêu thụ: Ngày nay, nhu cầu về vật liệu polyme phân huỷ sinh học

trên thế giới ngày một tăng do sức ép về bảo vệ môi trường. Những nước có nền
cơng nghiệp phát triển như Mỹ, Canada, Đức, Nhật, Thuỵ Điển, Hà Lan, … là
những nước đi đầu trong việc sử dụng polyme phân huỷ sinh học để thay thế dần
các polyme truyền thống khó phân huỷ. Tại những nước này, nhu cầu sử dụng vật
liệu polyme sinh học chiếm 11 – 15% trong tổng số nhựa nhiệt dẻo khó phân huỷ.
Xu hướng thế giới là sẽ thay dần 30% các polyme khó phân huỷ vào năm 2010 và
tại Trung Quốc, chính phủ đã có những quyết sách mạnh mẽ về bảo vệ môi trường,
quyết tâm xây dựng các thành phố “xanh”, sử dụng 100% bao bì túi đựng tự phân
huỷ[5].
Theo định nghĩa khái quát, compozit sinh học là loại vật liệu trong đó có
chứa nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo là sợi tự nhiên, cịn gọi là sợi sinh học.
Loại sợi này có thể phân huỷ trong những điều kiện xác định. Còn nền cho
compozit có thể đi từ nhựa có hay khơng có khả năng phân huỷ sinh học hay phân
huỷ trong môi trường.
Việc nghiên cứu polyme phân huỷ sinh học là một trong những nhiệm vụ cấp
bách đặt ra ở nước ta. Một số nghiên cứu ban đầu thành công, đã tạo ra công nghệ
chế tạo vật liệu polyme phân huỷ sinh học: Cơng nghệ tạo hạt, cơng nghệ chế tạo
màng mỏng có khả năng tự phân huỷ. Sản phẩm dưới dạng màng phủ nông nghiệp
và bầu ươm cây giống đã được chế tạo với số lượng lớn và đã ứng dụng trong nông
nghiệp cho kết quả tốt.
+ Trong lĩnh vực nông nghiệp:
Màng mỏng polyme tự phân huỷ dùng để che phủ luống lạc, ngơ, đậu
tương … có tác dụng giữ ẩm, giữ nhiệt cho đất, ngăn chặn cỏ dại, trừ sâu bệnh,
chống sói mịn, lưu giữ hàm lượng dinh dưỡng cho đất … Tổng diện tích trồng cây
hoa màu của cả nước ước tính đạt 300 000 ha, chủ yếu ở các tỉnh Hịa Bình, Thái
Ngun, Bắc Kạn, Nghệ An, Thanh Hố. Nhu cầu về màng phủ nông nghiệp
khoảng 60 000 tấn/2 vụ.
+ Trong lĩnh vực công nghiệp:

6

Một số cây công nghiệp như: Bông, café, chè, thuốc lá … rất cần được che
phủ trong thời gian sinh trưởng của chúng. Phần lớn cây cơng nghiệp thích nghi với
vùng đồi như: Thái Nguyên, Tuyên Quang, Hà Giang, Đắc Lắc, Ninh Thuận, Gia
Lai, Kon Tum. Đây là những nơi cần giữ nước, giữ ẩm cho cây trồng, những nơi
cần chống sói mịn, cần giữ hàm lượng dinh dưỡng cho đất. Tổng diện tích riêng 4
loại cây cơng nghiệp trên ước tính là 420 000 ha, có nhu cầu cỡ 40 000 tấn màng
phủ/ 1năm. Đó là chưa kể số lượng diện tích trồng rừng trong chương trình 5 triệu
ha rừng của nhà nước. Điều đó cho thấy là nhu cầu về màng mỏng che phủ giữ ẩm
cho cây công nghiệp là rất lớn.
+ Trong đời sống hàng ngày:
Ngành nhựa nước ta hiện nay đang gia công các đồ dùng bằng nhựa nhiệt
dẻo với số lượng năm 2007 là 1 800 000 tấn, trong đó cơng nghiệp chế tạo bao bì
các loại chiếm 30% tương đương 540 000 tấn. Nếu tạm tính thay thế 30% bao bì
bằng vật liệu polyme tự phân huỷ chúng ta phải cần cỡ 162 000 tấn nhựa tự huỷ mỗi
năm.
Như vậy, riêng 3 lĩnh vực chính, hàng năm nhu cầu về nhựa và màng mỏng
tự phân huỷ là 260 000 đến 280 000 tấn/năm.
Để chế tạo compozit sinh học bền vững, cùng với việc sử dụng polyme sinh
học thương mại như xenlulo axetat, chất dẻo tinh bột, polyester vi khuẩn và
polylactic axit, các nhà khoa học đang nghiên cứu và phát triển polyme sinh học từ
protein đậu nành và dầu thảo mộc thông qua công nghệ đổi mới.
Sức hấp dẫn đáng kể của sợi sinh học là giá thành thấp. Không dùng dung
môi hữu cơ khi xử lý bề mặt mà dùng các phương pháp phủ keo tan trong nước, xử
lý kiềm và xử lý bằng silan để biến tính bề mặt sợi.
Tính chất cơ học của một số compozit gia cường bằng sợi thực vật được
trình bảy ở bảng 1.

7

Bảng 1: Tính chất cơ học của một số compozit gia cường băng sợi thực vật.
Compozit

Hàm lượng

Độ bền

Mođun

Độ bền

Mođun

Độ bền

thể tích

kéo

kéo

uốn

uốn

va đập

(%)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(kJ/m2)

50

47,1

12 900

80,4

9 370

-

50

24,5

8 810

-

16 150

-

40

37

3 500

266

15 930

-

51

33,79

489

19

225

88

49

43,14

802

42

507

100

Dứa
dại/polyeste
Dứa
dại/CNSL
Dứa
dại/epoxy
Vải cottonbơng
gịn/CNSL
Vải cottonbơng
gịn/polyeste
1.2 VẬT LIỆU COMPOZIT GIA CƯỜNG SỢI THỰC VẬT
Nhiều thập niên qua, các nhà khoa học đã quan tâm nghiên cứu các loại vật
liệu polyme gia cường sợi thực vật. Chất gia cường cho vật liệu compozit thường là
sợi aramit, sợi cacbon và sợi thuỷ tinh. Vật liệu compozit loại này được ứng dụng
làm nội thất máy bay, công nghiệp ô tơ, xây dừng và các thiết bị thể thao địi hỏi có
độ bền cao. Hiện nay, vật liệu compozit gia cường sợi thực vật là một hướng nghiên
cứu đang được quan tâm chú trọng vì về khía cạnh sinh thái học như khả năng tái
tạo và sản phẩm thân thiện với mơi trường đang được chính phủ nhiều nước quan
tâm và xúc tiến với nhiều dự án lớn.

Xu hướng hiện nay là sử dụng compozit sợi thực vật thay thế vật liệu
compozit sợi thuỷ tinh trong các ứng dụng được lựa chọn. Ngồi ra, các chi tiết ơ tơ

8


trước đây làm bằng compozit sợi thuỷ tinh nay đã được sản xuất bằng vật liệu
compozit sợi thực vật ít ảnh hưởng tới môi trường[18,19,22].
Hạn chế của sợi thực vật là hấp thụ ẩm cao, có thể làm cho sợi trương và khơng
thể bảo đảm độ ổn định kích thước của compozit. Có thể giảm độ hút nước của sợi thực
vật bằng cách tăng cường khả năng bao bọc sợi của polyme hay axetyl hóa một số nhóm
hydroxyl trong sợi. Sử dụng chất trợ tương hợp để tăng độ bám dính giữa sợi và nền
polyme cũng làm giảm tốc độ và lượng nước do compozit hấp thụ.
Mặc dù tính chất cơ học của sợi tự nhiên thấp hơn sợi thuỷ tinh, các đặc trưng
của chúng đặc biệt là độ bền kéo có thể so với giá trị cao nhất của sợi thuỷ tinh
nhưng chúng nhẹ hơn sợi thuỷ tinh khoảng 50% và giá thành thấp hơn nhiều so với
sợi thuỷ tinh. Do vậy, vật liệu compozit gia cường sợi thực vật đang được sử dụng
ngày càng nhiều trong các ngành cơng nghiệp. Loại vật liệu này có khối lượng riêng
thấp, độ bền va đập cao, hấp thụ âm thanh tốt và đang được một số công ty trên thế
giới sử dụng.
* Ứng dụng của vật liệu compozit gia cường sợi thực vật.
Với ưu điểm so với sợi thuỷ tinh như độ bền riêng cao, giá thành thấp, nguồn
nguyên liệu dồi dào và có khả năng phân huỷ sinh học trong những điều kiện xác
định. Vật liệu compozit gia cường sợi thực vật còn được biết đến như là vật liệu
compozit xanh do nó thân thiện với mơi trường.
Vật liệu compozit có nền polyme nhiệt rắn hoặc nhiệt dẻo gia cường bằng
sợi thực vật được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp trên thế giới.
Chúng được chế tạo dưới dạng vải, tấm, mat… tuỳ thuộc vào lĩnh vực sử dụng.
Vật liệu compozit gia cường sợi thực vật chủ yếu có ứng dụng trong các lĩnh
vực như[22,23,25,27]:

- Làm vật liệu thay thế gỗ: tấm mỏng, tấm lát sàn nhà, panel, ván ghép …
- Trong xây dựng: tấm compozit dùng để lát sàn, panel, các vách ngăn, cửa chính,
cửa sổ …
- Trong giao thông: thuyền bè, nội thất ô tô…
- Đồ gia dụng: dụng cụ nhà bếp, đồ trang trí…

9


Hiện nay, trong ngành công nghiệp ô tô, vật liệu compozit gia cường sợi thực
vật được xem là giải pháp nhằm thay thế cho một số vật liệu truyền thống với mục
đích giảm trọng lượng xe là một trong những giải pháp giảm mức độ tiêu thụ năng
lượng[22].
1.3

VẬT

LIỆU

POLYME

COMPOZIT

TRÊN

CƠ

SỞ

NHỰA

POLYPROPYLEN GIA CƯỜNG SỢI TRE.
1.3.1 Vật liệu nền polypropylen. [21]
Polypropylen là một trong những hidrocacbon không no được nghiên cứu
nhiều nhất. Polypropylen được tổng hợp từ propylene. Nguồn nguyên liệu chính để
sản xuất propylen là dầu hỏa.
Polypropylen có cấu trúc hóa học như sau:
* Tính chất của polypropylen:
Polypropylen được sản xuất ở dạng bột và hạt. Tỷ trọng của polypropylene
vào khoảng 0,90 đến 0,92 g/cm2. Phân tử lượng của polypropylen nằm trong
khoảng 80.000 – 200.000, độ kết tinh vào khoản 70%, không màu, bán trong.
Nhưng trong q trình gia cơng có thể tạo ra nhiều pha vơ định hình và giúp cho sản
phẩm trong suốt như màng BOPP.
Polypropylen không mùi, không vị, không độc, có độ bóng cao, tính bám
dính kém, có khả năng gia công bằng các phương pháp gia công thông thường dùng
cho chất dẻo. Polypropylen có tính kháng nhiệt tốt hơn polyetylen, đồng thời tính
cách điện và tính chất hóa học cũng tốt hơn.
* Tính chất nhiệt:
Đặc tính quan trọng nhất của PP là nhiệt độ nóng chảy cao (1600C – 1800C).
Nếu khơng có sự tác dụng của ngoại lực thì PP có thể giữ được trạng thái kích
thước ba chiều ở nhiệt độ gần 1500C.
Dưới tác dụng của tải trọng cho phép và với nhiệt độ gần 1200C PP có thể
giữ được từ 60 đến 80 ngày mà khơng bị phá hủy. PP rất nhạy với một số kim loại
như đồng, mangan hoặc các hợp kim có chứa những kim loại đó khi làm việc ở

10


nhiệt độ cao. Khi tiếp xúc với các kim loại này hoặc có lẫn vẩn của chúng, độ bền
nhiệt của PP sẽ bị ảnh hưởng lớn. Cho nên trong thực tế rất hạn chế để cho PP tiếp

xúc với các kim loại trên khi ở nhiệt độ cao. Nhựa PP có thể chịu được nhiệt độ khử
trùng rất tốt.
Bảng 2: Tính chất nhiệt của PP.
Nhiệt dung ở 200C, kcal/kg.0C

0,4 – 0,45

Hệ số truyền nhiệt, kcal/m.h.0C

0,12 – 0,18

Hệ số dãn nở dài (từ 30 – 1200C)

(1,1 – 2,1).10-4

Hệ số dãn nở thể tích

(4,8 – 6,0).10-4

Ở nhiệt độ 1550C, PP cịn trong thể rắn, nhưng nếu gần với nhiệt độ nóng
chảy thì PP chuyển sang trạng thái mềm như cao su. Độ nhớt của PP nóng chảy
giảm theo sự giảm của phân tử lượng và sự tăng của nhiệt độ. Khi giảm nhiệt độ từ
điểm nóng chảy đến 1200C, PP bắt đầu kết tinh. Nếu trong PP có chất ổn định thì
khả năng chịu được nhiệt độ cao sẽ tăng lên, nó có thể lưu động lâu trong vùng
nhiệt độ 3000C mà không bị phân hủy.
Dưới tác dụng của ánh sang khuếch tán, PP khơng có chất ổn định có thể làm
việc được hai năm. Nhưng nếu dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời trực tiếp chiếu
vào thì sau vài tháng PP đã trở nên giòn, chứng tỏ tia tử ngoại có tác dụng mạnh đến
tính chất của PP. Để tăng tuổi thọ của PP trong các môi trường trên cần phải cho
vào trong PP một số chất chống lão hóa như muội đen, than đen… Nếu cho vào

trong PP một lượng nhỏ than đen, nó có thể làm việc lâu dài dưới tác dụng trực tiếp
của ánh sang mặt trời (có thể trên 2 năm). Để chống sự đoản mạch do oxi hóa ta có
thể dung đi(4-oxit phenyl)-sunfit và các chất chống oxi hóa khác với liều lượng 1 –
2%.
* Độ bền hóa học:
Ở nhiệt độ bình thường, PP khơng hịa tan trong dung mơi hữu cơ. Nó chỉ
trương nở trong các hidrocacbon thơm và các hidrocacbon clorua hóa, nhưng ở
nhiệt độ cao hơn 800C, PP bắt đầu hòa tan trong hai lớp dung môi trên. Độ bền với

11


các dung môi cũng phụ thuộc vào mức độ kết tinh của polime. Mức độ kết tinh càng
cao, khả năng hịa tan càng khó. Nếu ngâm PP trong dầu thực vật cũng như dầu
khống sau 30 ngày cũng khơng hấp thụ được bao nhiêu.
Khi tiếp xúc với các dung môi có cực, PP khơng bị giịn và tính chất của nó
cũng khơng thay đổi trong suốt thời gian dài.
Khi PP tiếp xúc với dung dịch H2SO4 80% trong 30 ngày ở 200C và 7 ngày ở
900C, PP bắt đầu có màu sẫm tối, trở nên giòn và bị phân hủy. Ở nhiệt độ 200C, PP
tương đối ổn định dưới tác dụng của HNO3 có nồng độ 50%. Nhưng khơng ổn định
tính chất khi tăng nồng độ lên đến 94% và khi đó chúng sẽ bị phá hủy ở 700C. Với
dung dịch NaOH 40%, PP sẽ ổn định tính chất ở 1100C. Tất cả các loại PP đều
khơng thấm nước. Tính chất cơ học của PP không phụ thuộc vào môi trường ẩm.
* Tính chất cơ học:
Tính chất cơ học của polypropylene phụ thuộc vào phân tử lượng trung bình,
vào độ đồng đều và hàm lượng atatic. Nếu giảm pha izotatic thì atatic sẽ tăng và
tính chất cơ học sẽ giảm. Nếu tăng phân tử lượng thì tính chất cơ học cũng tăng lên.
Ta có thể thong qua chỉ số chảy MFI của PP để xác định phân tử lượng của nó.
Dưới tác dụng của tải trọng, PP bị biến dạng và có hiện tượng chảy lạnh. Nếu
nhiệt độ tăng thì độ bền kéo của PP sẽ giảm. Nếu ở 200C, độ bền của PP là 55 – 60

N/mm2 thì ở 1200C độ bền chỉ còn lại 8 – 9 N/mm2. Polypropylen là loại vật liệu
chất dẻo có tỷ trọng thấp nhất, nhưng độ bền kéo và độ bền nhiệt thì PP vượt hơn
hẳn PE, PS và một số PVC mềm.
Tính chất cách điện và bền với nước của PP gần với các loại PE. Nhược
điểm của PP là chịu nhiệt độ thấp kém (từ -5 đến -150C).
* Ứng dụng của polypropylen.
PP là loại vật liệu nhiệt dẻo được dùng nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp
và dân dụng. polypropylen được gia công bằng các phương pháp như đúc phun, các
loại cơng nghệ đùn, tạo hình dưới chân khơng và các phương pháp khác. Nguyên
liệu PP thường được chế tạo dưới dạng hạt. PP tương đối khó tán nhưng lại dễ hàn.

12


PP có thể phối hợp với các loại cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp để tạo
ra vật liệu có đặc tính khác nhau, đó là các polyblen của PP, chúng có nhiều tính
năng vật lý vượt trội hơn hẳn PP thuần nhất và thường được dùng trong các sản
phẩm đặc biệt.
Polypropylen có trọng lượng phân tử cao, được sử dụng để sản xuất ra các
loại sản phẩm ống, màng, dây cách điện, kéo sợi và các sản phẩm tạo hình khác.
Việc ứng dụng PP phụ thuộc vào bản chất của chúng.
- Loại thông thường dùng để sản xuất các loại vật dụng thông thường.
- Loại trùng hợp khối sản xuất các vật dụng chất lượng cao, các chi tiết công nghiệp,
các loại van, vỏ acquy, điện gia dụng…
- Loại tính năng cơ lý cao dùng để sản xuất vật dụng chất lượng cao, chi tiết công
nghiệp, điện gia dụng…
- Loại đặc biệt chuyên dùng cho chi tiết sản phẩm công nghiệp, chi tiết trong xe
máy, ô tô, điện gia dụng, điện tử, hộp thực phẩm, bàn ghế và các sản phẩm có kích
thước lớn khác…
- Loại trong (nhiều pha vơ định hình) dùng cho bao bì y tế, bao bì thực phẩm,

xylanh tiêm, kệ video, sản phẩm loại đặc biệt cho thực phẩm, khơng mùi và có độ bóng
bề mặt cao.
- PP có độn sợi thủy tinh là loại vật liệu mới dùng trong công nghiệp. Những chi tiết
làm bằng vật liệu PP có khoảng 30% sợi vụn thủy tinh gia công bằng ép phun sẽ
làm việc lâu dài khi có tác dụng của nhiệt độ và tải trọng. Vật liệu này cũng làm
tăng thêm độ ổn định kích thước khi làm việc, tăng độ bền kéo và có thể gia cơng
những chi tiết có độ phức tạp về hình dáng bằng phương pháp ép phun.
Cơng nghệ đúc phun nhựa PP được dùng để chế tạo ra các sản phẩm dạng
khối. Vật liệu dùng trên máy đúc phun có chỉ số chảy từ 2 – 60g/10 phút.
Loại thơng thường (homopolyme PP) có chỉ số chảy từ 8 – 28 dùng để sản
xuất các sản phẩm gia dụng.
Loại block copolyme có chỉ số chảy từ 2 – 35 dùng để sản xuất các sản phẩm
có tính năng kỹ thuật cao, sản phẩm công nghiệp (phụ tùng công nghiệp), sản phẩm

13


điện tử, điện gia dụng, ngăn đá, ngăn làm đông trong tủ lạnh, phim lọc bụi trong
máy điều hòa, đồ dùng gia đình có tính năng kỹ thuật cao.
Loại cường độ cơ lý cao (high impact) có chỉ số chảy từ 4 – 60. Chỉ số chảy
cao chủ yếu dùng cho các sản phẩm thành mỏng trong các phụ tùng công nghiệp,
dùng trong điều kiện nhiệt độ thấp (van công nghiệp), hoặc dùng trong điều kiện
nhiệt độ cao. Loại đặc biệt có chỉ số chảy từ 8 – 55 thường dùng cho sản phẩm kỹ
thuật điện thông thường, phụ tùng cơng nghiệp, nội thất cao cấp.
Độ trong (transparency) có chỉ số chảy từ 12 – 50, dùng để làm hộp đựng
thực phẩm dụng cụ y tế…
Công nghệ đùn nhựa PP sẽ được chia làm:
- Công nghệ thổi để sản xuất ra chai trong và chai lọ cho ngành y tế.
- Công nghệ tạo sợi đơn dùng cho bao dệt các loại, bao container, lưới đánh cả, lưới
băng chuyền, lưới tennis, thảm trải…

- Công nghệ tấm dùng làm các tấm đồ dùng văn phịng…
- Cơng nghệ xốp tạo ra các loại xốp có lỗ trịn làm phụ tùng trong xe ơ tơ, làm bao
bì đóng gói trong các loại hộp
- Cơng nghệ tạo màng tạo ra màng nhiều lớp có độ trong cao. Đặc biệt là màng
BOPP và BOPP tráng kim loại.
1.3.2 Sợi thực vật gia cường.
Đóng vai trị chịu ứng suất tập trung trong vật liệu, làm tăng đáng kể độ bền
của vật liệu. Cấu trúc ban đầu, hàm lượng cốt, hình dạng kích thước cốt, tương tác
giữa cốt tăng cường và nhựa nền, độ bền mối liên kết giữa chúng ảnh hưởng đến
tính chất của vật liệu polyme compozit và quyết định khả năng gia công của vật liệu.
Sự liên kết giữa cốt tăng cường và polyme được quyết định bởi tính chất hố học
ban đầu của polyme và đặc trưng bề mặt cốt. Liên kết bền khi xuất hiện giữa cốt và
nền những liên kết hoá học.

14


Hàm lượng cốt tăng cường có thể chiếm 40~60% khối lượng vật liệu hoặc
hơn. Chiều dài cốt và hàm lượng cốt có ảnh hưởng rất lớn tới tính chất vật liệu
compozit.
Sự định hướng cốt sợi trong vật liệu compozit là một yếu tố rất quan trọng
trong thiết kế vật liệu compozit nhằm đạt được những tính chất như mong muốn.
Một số ứng dụng chỉ yêu cầu vật liệu có độ bền cao theo một hướng, số khác lại đòi
hỏi vật liệu phải có độ bền cao theo nhiều hướng khác nhau. Một trong những ưu
điểm nổi bật của compozit đó là với những phương pháp gia cơng thích hợp, bằng
việc điều chỉnh hướng sợi cốt có thể điều chỉnh tính chất cơ lý của vật liệu đạt giá
trị tối ưu theo một hướng hay nhiều hướng theo yêu cầu.
Vật liệu polyme gia cường bằng sợi thực vật đã có lịch sử phát triển từ rất
sớm, trước công nguyên, người Ai Cập đã biết trộn rơm dạ với đất sét và đem phơi
khô dùng làm vật liệu xây dựng. Từ năm 1896 nó bắt đầu được sử dụng làm ghế và

thùng chứa nhiên liệu cho máy bay. Đầu năm 1909, vật liệu compozit trên nền
phenol; melamin-fomandehit được gia cường bằng giấy, xơ bông … là loại
compozit cốt sợi thực vật đầu tiên đã được ứng dụng để chế tạo hàng loạt với số
lượng lớn các sản phẩm dạng tấm, ống dùng cho các thiết bị điện. Tuy nhiên sau đó
với sự phát triển nhanh chóng của ngành nhựa với ưu thế về chất lượng và giá cả,
dẫn tới sự phát triển của vật liệu compozit gia cường bằng sợi thực vật gần như
chững lại ở các nước Tây Âu[5].
Trong những năm gần đây, việc sử dụng sợi tự nhiên trong vật liệu polyme
compozit ngày càng được quan tâm. Đặc điểm nổi bật của sợi tự nhiên là khả năng
tái tạo, phân huỷ được trong những điều kiện môi trường xác định và cháy hồn
tồn nên khơng gây tắc lị đốt như các compozit sợi thuỷ tinh[8]. Một số vật liệu
compozit gia cường bằng sợi tự nhiên đã được nghiên cứu trên thế giới được trình bày
trong bảng 3 [13].

15


Bảng 3: Một số loại vật liệu compozit gia cường bằng sợi thực vật.
Sợi

Nền

Bột gỗ, sợi gỗ

PE, PP, PVC, PS, PU

Sợi đay

PP, SBR, CKH, EP, PE

Sợi từ cuống lá chuối

Epoxy

Sợi dứa dại

PE, cao su tự nhiên

Sợi dứa

Epoxy, Polyeste

Sợi cây cọ dừa

Cao su

Sợi dừa

Cao su tự nhiên

Sợi chuối

PE

Sợi lanh

PP

Rơm rạ

PP

Sợi tre

Epoxy, PP

 Ưu điểm khi sử dụng sợi thực vật[23].
Sợi thực vật ngày càng được các nhà khoa hoc nghiên cứu và ứng dựng khá
rộng rãi vì những lý do sau:
- Sợi được chế tạo từ các nguồn thực vật là vật liệu thân thiện với môi trường:
Là nguồn nguyên liệu có thể tái chế, có khả năng phân hủy sinh học sau khi hết thời
gian sử dụng, tiêu thụ năng lượng thấp (giảm lượng khí thải CO2).
- Là nguồn nguyên liệu sãn có trong tự nhiên và phong phú.
- Chi phí cho ngun liệu đầu khơng cao.
- An tồn cho người sử dụng.
 Nhược điểm của sợi thực vật
- Không như sợi tổng hợp ( như sợi thủy tinh, sợi armid, sợi cacbon) có một
phạm vi tính chất xác định, các sợi thực vật có tính chất thay đổi trong phạm vi rộng
tùy thuộc vào khí hậu, thổ nhưỡng giống cây.
- Tính chất hóa lý của sợi cũng tác động bởi phương pháp tách sợi, do hàm
lượng các tạp chất trong sợi vẫn cịn khá lớn nên độ bám dính của sợi với nhựa nền
kém, độ bền của sợi có giới hạn.

16


- Độ hút nước cao
- Độ cứng tương đối thấp
- Dễ cháy
Từ sợi thực người ta đã nghiên cứu chế tạo ra vi sợi xenlulo, vì vi sợi xenlulo

khơng bị ảnh hưởng bởi khí hậu, thổ nhưỡng như ở trên.
* Tính chất hố lý của sợi thực vật.
Thành phần hố học của một số sợi thực vật được trình bày ở bảng 1.3.
Xenlulo là thành phần chính của sợi thực vật rồi đến hemixenlulo, lignin và pectin.
Xenlulo là chất gia cường cho lignin, pectin và hemixenlulo. Như vậy, bản thân sợi
thực vật cũng là vật liệu compozit.
Điều kiện khí hậu, năm tuổi và q trình ngâm, xử lý có ảnh hưởng tới cấu
trúc và thành phần hoá học của sợi thực vật. Ngồi các cấu tử trình bày ở bảng 4
trong sợi thực vật cịn có sáp và các hợp chất tan trong nước.
Bảng 4: Thành phần hoá học của một số loại sợi thực vật[23].
STT

Loại sợi

Xenlulo

Hemixenlulo

Lignin

Pectin

1

Abaca

61 – 64

21

12

0,8

2

Bã mía

32 – 48

21

19,9 – 24

10

3

Chuối

60 – 65

6 – 19

5 – 10

3,5

4

Tre

26 – 43

15 – 26

21 – 31

-

5

Dừa

46

0,3

45

4

6

Bông

82 – 96

2–6

0,5 – 1

5–7

7

Lanh

60 – 81

14 – 19

2–3

0,9

8

Gai dầu

70 – 92

18 – 22

3–5

0,9

9

Đay

51 – 84

12 – 20

5 – 13

0,2

10

Bơng gịn

13 – 16

-

-

-

11

Kenaf

44 – 57

21

15 – 19

2

12

Phormium

67

30

11

-

13

Dứa

80 – 81

16 – 19

4,6 – 12

2–3

14

Gai

68 – 76

13 – 15

0,6 – 1

1,9 – 2

15

Dứa dại

43 – 78

10 – 13

4 – 12

0,8 – 2

16

Gỗ

45 - 50

23 – 30

27

2 – 2,5

17


Tính chất vật lý của một số sợi thực vật trình bày ở bảng 5. Từ bảng 5 nhận
thấy: sợi có tỷ lệ l/d cao thể hiện độ bền kéo cao nhất nên có ưu thế để làm chất gia
cường. Các đặc trưng vật lý của sợi cotton là thú vị nhất. Ở đây có sự sắp xếp theo
lớp như ở tất cả các sợi thực vật nhưng sợi đơn cotton cuộn xoắn ốc đồng nhất là
điểm khác biệt sơ với các sợi khác.
Bảng 5: Tính chất vật lý của một số loại sợi thực vật.
Đường
kính
(µm)

Chiều dài
(mm)

17,0 – 21,4

4,6 – 5,2

Bã mía

20

3

Chuối

4

Tre

5

Dừa

6

Bơng

7

Lanh

8

Gai dầu

9

Đay

10

Bơng gịn

11

Kenaf

12

Phormium

13

Dứa

14

Gai

15

Dứa dại

TT

Loại sợi

1

Abaca

2

Độ ẩm
cịn lại
(%)

Tỷ lệ
l/d

Góc vi
sợi
(θ)

Tỷ trọng đổ
(kg/m3)

257

-

1,7

-

-

2 – 3,8

-

11 – 12

1500
550 – 1250
1300 – 1350

10 – 40

2,7

-

-

1500

-

16,2 – 19,5

0,9 – 1,2

1250

13,0

1550
1400 – 1500

8,5

11,5 – 17

17,8 – 21,6

20 – 64
27,4 – 36,1

17,0 – 22,8

8,3 – 14,1

15,9 – 20,7

1,9 – 3,2

15 – 35

-

17,7 – 21,9

2,0 – 2,7

15,4 – 16,4

5,0 – 5,7

20 – 80
28,1 – 35,0

60 – 250

18,3 – 23,7

1,8 – 3,1

64
2752

18

39 – 49
20 – 30

1258

5

549

6,2

157

8,1

724

-

119

-

337

-

-

6 – 14

4639

-

115

10 - 22

1400 – 1500
1300 – 1500
384
1220
1400
1520 – 1560
1550
1300 - 1500

14,0
-

12,0
12,0
17,0
10,9
17,0
8,5
14,0


Thành tế bào sợi bắt đầu từ lớp ngoài cùng, đó là thành thứ nhất và là lớp
biểu bì. Thành thứ hai chưa 3 lớp S1, S2 và S3, lớp này liên kết thành thứ hai với lõi
(hình 1). Lớp S1 liền kề với thành thứ nhất và có khả năng chống lại môi trường
làm trương như nước, axit axetic cũng giống như lớp thành thứ nhất. Cách sắp xếp
cấu trúc sợi trong lớp đó gần như vng với trục sợi nên làm ổn định sợi đối với lực
bên cạnh.
Lớp S2 bao gồm bó sợi của thành thứ hai dễ dàng bị làm vơ thành các sợi tế
vi, những sợi tế vi này sắp xếp theo đường xoắn ốc có khuynh hướng tạo thành một
góc với trục của sợi và quyết định tính chất kéo. Trong cotton, các sợi tế vi ở lớp S3
có khuynh hướng nằm ngang nhiều hơn đối với trục của sợi so với sợi trong S2. Nói
chung các vật liệu sợi là đối tượng cho các biến dạng kéo, nén, uốn, xoắn, cắt và
chịu mài mòn chừng nào còn ở trong cây hay ứng dụng trong thực tế.
Các tính chất vật lý như hình thái học, tính đồng đều hay khơng đồng đều
theo dọc và ngang trục chính của sợi, độ kết bó tinh thể, hàm lượng vơ định hình và
thành phần hố học, tất cả đều ảnh hưởng tới tính chất cơ học của sợi. Như đã đề
cập đến ở trên, sợi thực vật là compozit với sợi tế vi là xenlulo là chất gia cường của
lignin và hemixenlulo. Tính chất cơ học của một số sợi thực vật được trình bày ở
bảng 6.
Bảng 6: Tính chất cơ học của một số sợi thực vật.
STT

Loại sợi

Độ bền kéo (MPa)

Mođun đàn hồi (GPa)

1

Abaca

12

41

2

Chuối

529 – 914

27 – 32

3

Dứa ăn

413 – 1627

60 – 82

4

Dứa dại

80 – 840

9 – 22

5

Tre

575

27

6

Lanh

500 – 900

50 – 70

7

Gai dầu

310 – 750

30 – 60

8

Đay

200 – 450

20 – 55

19


9

Kenaf

295 – 1191

22 – 60

10

Gai

915

23

11

Dừa

106 – 175

6

12

Cotton

300 – 700

6 – 10

13

Bơng gịn

93

4

Từ bảng 6 ta thấy sợi dứa ăn có độ bền kéo và mođun đàn hồi cao nhất, sau
đó đến sợi lanh và gai dầu.
Mođun đàn hồi của thành tế bào sợi thực vật dọc theo trục sợi có thể được
xác định theo phương trình sau:
E1 = VcEccos2θ + VncEnc
Trong đó:

E1: Mođun có hiệu lực của sợi.
Ec, Enc: Mođun đàn hồi của vùng tinh thể và vùng không tinh thể.
Vc, Vnc: Phần thể tích của vùng tinh thể và khơng tinh thể.
θ: Góc của sợi đơn tế vi.

Hình 1: Sơ đồ cấu trúc đơn giản hoá của thành tế bào đơn thể hiện sự
định hướng của các sợi tế vi trong mỗi lớp của thành chính.
Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và sự tăng dân số thì nhu cầu
về gỗ và các sản phẩm dạng gỗ sẽ còn tiếp tục gia tăng trong tương lai. Với nguồn

20


tre nứa rẻ, phát triển nhanh cùng với những tính chất vật lý và cơ học tuyệt vời so
với các loại sợi tự nhiên khác thì tre nứa có tiềm năng rất lớn.
1.3.3 Sợi tre.
Tre là loài thực vật phát triển với tốc độ rất nhanh 20 cm/ngày. Không giống
gỗ phải mất nhiều năm trưởng thành mới đem vào sử dụng được, tre chỉ cần sau 4
năm phát triển là có thể đem vào sử dụng được.

Hình 2: Hình ảnh của cụm tre
Tre có độ bên riêng rất lớn, nhất là theo chiêu dọc của sợi và tỷ trọng nhỏ
nên được gọi là “sợi thủy tinh tự nhiên”.
Theo thống kê trên thế giới, họ tre có khoảng 1200 lồi, 70 chi phân bố chủ
yếu ở 3 vùng: Châu Á Thái Bình Dương, Châu Mỹ và Châu Phi.
Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nhiệt đới gió mùa thuận lợi cho tre nứa thuộc
loại Hoà Thảo (Gramineae), họ phụ tre nứa (bambusaceae) phát triển, đã thống kê
được 23 chi với 121 lồi. Trong tổng diện tích rừng 9,5 triệu ha thì tre nứa chiếm
12,2%.
Những loại tre nứa chủ yếu ở Việt Nam là Mai, Vầu, Luồng, Diễn, Bương,

Nứa, Giang (ở Miền Bắc) và Le, Lồ ô, Mum, Nứa (ở Miền Nam). Khoảng vài năm
gần đây, Việt Nam đã nhập loài tre Bát độ, Lục trúc và Tạp giao từ Đài Loan và
Trung Quốc lục địa vào trồng để lấy măng.

21


1.3.3.1 Cấu trúc của sợi tre.
Tre là một loại lignoxenlulo compozit tự nhiên trong đó các sợi xenlulo
được bao bọc bởi nền lignin. Độ cứng của tre phụ thuộc chủ yếu vào số lượng bó
sợi và kiểu phân bố của chúng. Hàm lượng sợi tăng từ gốc đến ngọn.

Hình 3: Sợi tre.
Cấu trúc của tre có ảnh hưởng lớn tới tính chất cơ học và hố học của tre. Có
thể mô tả như sau: Cây tre được chia thành các gióng bởi các màng ngăn hoặc mấu,
lớp ngồi cùng của cây là lớp biểu bì, gồm nhiều tế bào biểu bì_ là lớp kín nước bảo
vệ cho cây khơng bị mất nước cũng như bị thấm ẩm. Lớp trong cùng của cây là
màng mỏng nhu mơ, khơng có các bó mạch như lớp ngồi cùng. Lớp giữa bao gồm
nhiều bó mạch được bao xung quanh bởi nhu mô.
Mặt cắt của cây được trình bày như trên hình 1.5 cho thấy những bó ợi phần
màu đen tập trung nhiều ở phần ngồi hơn ở gần phần lõi. Vì vậy tính chất cơ học
của tre giảm khá lớn từ ngoài vào trong. Nếu mẫu tre nứa có mật độ bó sợi càng lớn
thì mẫu càng bền và cứng hơn.

Hình 4. Mặt cắt ngang của tre.[10]
Bó sợi bao gồm nhiều sợi đơn với đường kính trung bình từ 10 – 18 µm.
Những sợi đơn này lại bao gồm những sợi cực nhỏ xenlulo chạy dọc theo chiều dài

22

của sợi đơn. Sợi đơn cũng có cấu tạo khá phức tạp, được tạo thành bởi một lớp sơ
cấp mỏng bao quanh một lớp thứ cấp dày hơn. Trong lớp thứ cấp này, các sợi cực
nhỏ xenlulo cuốn theo kiểu xoắn ốc xung quanh sợi đơn. Góc giữa trục của sợi đơn
với các sợi nhỏ được gọi là góc sợi, từ 2 – 100. Bản thân sợi tre cũng là vật liệu gia
cường bằng sợi xenlulo, do đó, góc sợi và hàm lượng xenlulo quyết định tính chất
cơ học của sợi.
1.3.3.2 Thành phần hố học của tre .
Thành phần chính của tre là xenlulo, hemixenlulo và lignin chiếm khoảng
hơn 90% tổng số thành phần hố học. Ngồi những thành chính trên, trong tre còn
chưa một lượng nhỏ các thành phần khác như: protit, nhựa, sáp, các chất tạo màu...
Thành phần hoá học (bảng 7) phụ thuộc nhiều vào điều kiện sinh hoá thổ nhưỡng.

Bảng 7: Thành phần hoá học của tre[22].
Thành phần

Hàm lượng (%)

Xenlulo

46 – 48

Lignin

20 – 22

Hemixenlulo

16 – 17

Phần tan trong nước nóng

8 – 10

Phần tan trong nước lạnh

6–8

Độ tro

2–3

Đường kính xơ (mm)

0,01 – 0,02

Chiều dài xơ (mm)

2,5 – 2,7

* Xenlulo:
Xenlulo (C6H10O5)n là một cacbohyđrat, là thành phần chính của các loài
thực vật. Trong tre xenlulo chiếm khoảng 40 – 60 %.

23


Xenlulo được tạo thành từ các mắt xích cơ bản là các anhydro-D-glucopyrano. Các mắt xích cơ bản liên kết với nhau qua liên kết 1,4-β-glucozit. Trung
bình mỗi phân tử xenlulo có chứa 3000 mắt xích cơ bản.

Hình 5: Cấu trúc phân tử xenlulo
Do trong phân tử có chứa các nhóm hyđroxyl phân cực mạnh nên mạch phân
tử xenlulo có tính bất đối xứng cao. Các nhóm hyđroxyl này hình thành các lien kết
hiđro nội phân tử và ngoại phân tử (hình 5) Do đó, tất cả các sợi xenlulo tự nhiên
đều mang bản chất ưa nước cao.

Hình 6: Liên kết hyđro trong cấu trúc mạch xenlulo.
Trong tinh thể xenlulo, các liên kết hydro nội phân tử và liên kết hydro giữa
các bó sợi giúp cho mạng lưới phẳng và theo đó gia tăng số lượng nhóm kỵ nước.
Xenlulo có cấu trúc gồm những phần tinh thể định hướng cao và những phần
vơ định hình. Tính chất cơ học của phần tinh thể cao hơn phần vơ định hình. Ranh
giới giữa các phần này không rõ ràng. Vi sợi xenlulo là tập hợp các mạch phân tử
xenlulo sắp xếp song song với trục của vi sợi, cấu trúc này tạo cho vi sợi có tính

24