Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo vật liệu composite từ chỉ xơ dừa ngắn với chất nền là nhựa phế liệu sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất đồ mộc

Đề tài: Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo vật liệu composite từ chỉ
xơ dừa ngắn với chất nền là nhựa phế liệu sử dụng làm nguyên liệu cho
sản xuất đồ mộc
GVHD: TS. Nguyễn Minh Hùng, PGS, TS. Hoàng Xuân Niên
Học viên: Trần Nguyên Hà


i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đã đƣợc chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả

Trần Nguyên Hà


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian hoàn thành đƣợc bản luận văn này, tôi đã nhận đƣợc sự
quan tâm, giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp này cho phép tơi đƣợc
bày tỏ lịng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới giáo viên hƣớng dẫn thầy giáo
TS. Nguyễn Minh Hùng, PGS, TS. Hoàng Xuân Niên đã dành nhiều thời gian chỉ
bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị cho tơi trong suốt thời gian thực
hiện luận văn tốt nghiệp của mình.
Tơi xin trân trọng cảm ơn các Quý thầy cô trong Ban Công nghiệp và Kiến
trúc, Ban Khoa học Công nghệ cùng cán bộ giáo viên, công nhân viên chức Cơ sở 2
Trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất để

tơi hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp này.
Nhân dịp này, tôi cũng xin cảm ơn cán bộ, giảng viên Khoa Lâm nghiệp,
Trung tâm Nghiên cứu lâm sản, Giấy và bột giấy Trƣờng Đại học Nơng Lâm TP.
Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giúp đỡ trong việc kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu của
đề tài luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Đồng Nai, ngày 30 tháng 12 năm 2016
TÁC GIẢ

Trần Nguyên Hà


iii

MỤC LỤC
Nội dung

Trang

Lời cam đoan ................................................................................................... …...i
Lời cảm ơn ....................................................................................................... …..ii
Mục lục ............................................................................................................ ….iii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ............................................................. …..v
Danh mục các bảng ......................................................................................... …..vi
Danh mục các hình ........................................................................................... ….vii
Đặt vấn đề……………………………………………………………………………8
Chƣơng 1.............................................................................................................. 10
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................................ 10
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ KHÁI NIỆM COMPOSITE ................................ 10
1.1.1. Đôi nét về lịch sử phát triển. ........................................................................... 10

1.1.2. Vật liệu composite. .......................................................................................... 11
1.1.3. Cấu trúc của vật liệu composite. ..................................................................... 18
1.2. NGHIÊN CỨU VỀ XƠ DỪA VÀ COMPOSITE XƠ DỪA ............................... 19
1.2.1. Một số kết quả nghiên cứu ở ngoài nước. ....................................................... 19
1.2.2. Một số cơng trình nghiên cứu trong nước ...................................................... 23

Chƣơng 2.............................................................................................................. 26
MỤC TIÊU, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 26
2.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................. 26
2.1.1. Mục tiêu tổng quát: ......................................................................................... 26
Nghiên cứu công nghệ sản xuất vật liệu composite từ sợi thực vật và nhựa phế liệu. .. 26
2.1.2. Mục tiêu cụ thể ............................................................................................... 26
2.2. ĐỐI TƢỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ................................. 26
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu:.................................................................................... 26
Thông số công nghệ chế tạo vật liệu composite. ......................................................... 26
2.2.2. Vật liệu nghiên cứu: ....................................................................................... 26
Xơ dừa và phế liệu nhựa. ........................................................................................... 26
2.2.3. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 26
2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................. 27
2.3.1. Nghiên cứu sự liên kết giữa xơ dừa và nhựa phế liệu ............................................ 27
2.3.1.1. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ........................................................................ 27
2.3.1.2. Vật liệu thí nghiệm .......................................................................................... 27
2.3.1.3. Thực nghiệm ................................................................................................... 27
2.3.2. Nghiên cứu công nghệ trộn vật liệu xơ dừa và nhựa ............................................. 30

2.3.2. 1. Thí nghiệm trộn vật liệu................................................................................30
2.3.2. 2. Tính các thơng số vật liệu thí nghiệm………………………………………….31
2.3.2. 3. Thí nghiệm trộn xơ dừa với nhựa phế liệu…………………………………....34

iv

2.3. 3. Xác định thông số công nghệ sản xuất composite…....…….………………….34
2.3.3. 1. Xác định thông số công nghệ tối ưu…………......………………………….34
2.3.3.2. Chế tạo mẫu theo các thông số tối ưu……......……………………………...37
2.3.3.3. Đo cơ tính mẫu composite...........................................................................37
2.3.4. Đề xuất quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu composite từ xơ dừa và nhựa
phế liệu………………………………………..............………………………………………37
2.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................ 37
2.4.1. Phương pháp lý thuyết .................................................................................... 38
2.4.2. Phương pháp kế thừa...................................................................................... 38
2.4.3. Phương pháp thực nghiệm ............................................................................. 38

Chƣơng 3.............................................................................................................. 42
CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................................... 42
3.1. VẬT LIỆU COMPOSITE ................................................................................... 42
3.2. XƠ DỪA ............................................................................................................... 43
3.2.1. Cấu tạo và thành phần sợi .............................................................................. 43
3.2.2. Sản xuất sợi xơ dừa........................................................................................ 44
3.3. NHỰA PHẾ THẢI ............................................................................................... 47
3.3.1 Polyethylene (PE)............................................................................................. 48
3.3.2. Polypropylene (PP).......................................................................................... 49
3.4. NHẬN XÉT CHUNG ........................................................................................... 49

Chƣơng 4.............................................................................................................. 51
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................................................. 51
4.1. NGHIÊN CỨU SỰ LIÊN KẾT GIỮA XƠ DỪA VÀ NHỰA PHẾ LIỆU .......... 51
4.1.1. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ....................................................................... 51
4.1.2. Vật liệu thí nghiệm .......................................................................................... 51
4.1.3. Thực nghiệm ................................................................................................... 51

4.2. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRỘN VẬT LIỆU XƠ DỪA VÀ NHỰA.......... 57
4.2.1. Thí nghiệm trộn vật liệu .................................................................................. 57
4.2.2. Tính các thơng số vật liệu thí nghiệm ............................................................. 59

4.2.3. Thí nghiệm trộn xơ dừa với nhựa phế liệu...............................................63
4.3. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT COMPOSITE ................ 66
4.3.1. Xác định thông số công nghệ tối ưu ............................................................... 66

4.3.2. Chế tạo mẫu theo các thông số tối ưu……….......…………………………..72
4.3.3. Đo cơ tính mẫu composite…..……….….........……………………………….74
4.3.3.1. Đo kéo…………………............……………………………………………….74
4.3.3.2. Đo uốn…...........……………………………………………………………….75


v

4.4. Đề xuất quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu composite từ xơ dừa và nhựa
phế liệu……………...............………………………………………………………………...77
1. KẾT LUẬN……..………………………………………………………………...84
2. KIẾN NGHỊ............................................................................................................85
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ASTM .................................. American Standard Test Methods
TCVN................................... Tiêu chuẩn việt nam
PP......................................... Polypropylene
PE......................................... Polyethylene
STT....................................... Số thứ tự
STN....................................... Số thí nghiệm

Mpa........................................ Megapacal
KLTT..................................... Khối lƣợng thể tích


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Một vài thông số của một số sợi tự nhiên ............................................... 15
Bảng 1.2. Sợi tự nhiên ........................................................................................... 20
Bảng 1.3. Composite cốt xơ dừa - sợi thuỷ tinh – tóc ngƣời - xơ dừa nền nhựa ..... 22
Bảng 2.1. Bảng biến thiên các yếu tố nghiên cứu ................................................... 39
Bảng 2.2. Ma trận thí nghiệm ………………………………………….……….......21
Bảng 3.1. Tính chất cơ - lý của xơ dừa .................................................................. 44
Bảng 3.2. Thành phần hóa học của xơ dừa............................................................. 44
Bảng 3.3. Tính chất cơ học và vật lý của sợi xơ dừa .............................................. 46
Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm lần thứ nhất với xơ dừa ........................................... 51
Bảng 4.2. Kết quả thí nghiệm lần thứ hai với xơ dừa ............................................. 52
Bảng 4.3. Kết quả thí nghiệm lần thứ ba với xơ dừa .............................................. 52
Bảng 4.4. Kết quả thí nghiệm với nhựa .................................................................. 53
Bảng 4.5. Kết quả tính tốn khối lƣợng thể tích của nhựa ...................................... 58
Bảng 4.6. Kết quả tính tốn xơ dừa trong một đơn vị thể tích vật liệu composite ... 60
Bảng 4.7. Kết quả phân loại vật liệu bằng bộ phận sàng ........................................ 63
Bảng 4.8. Kết quả trộn vật liệu qua các lớp sàng– Thí nghiệm lần thứ1 ................. 63
Bảng 4.9. Kết quả trộn vật liệu qua các lớp sàng– Thí nghiệm lần thứ 2 ................ 64
Bảng 4.10. Miền biến thiên của các biến số ........................................................... 45
Bảng 4.11. Quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố ....................................................... 45
Bảng 4.12. Định lƣợng ngun liệu và thơng số trộn cho thí nghiệm ..................... 45
Bảng 4.13. Các yếu tố tác động và miền biến thiên thí nghiệm .............................. 47
Bảng 4.14. Ma trận dạng mã hố ........................................................................... 49
Bảng 4.15. Kết quả tính tốn tối ƣu hóa đa mục tiêu ............................................. .51

Bảng 4.16. Kích thƣớc mẫu đo kéo theo ASTM D638-03………………………....74
Bảng 4.17. Kích thƣớc mẫu đo uốn theo ASTM D790-03………………………....75
Bảng 4.18. Kết quả kiểm tra tính chất composite xơ dừa - nhựa phế liệu………....76


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ phân loại compsite theo thành phần cốt ....................................... .16
Hình 1.2. Sơ đồ phân loại composite theo vật liệu nền. ......................................... .18
Hình 3.1. Cấu tạo hiển vi của sợi xơ dừa ............................................................... 43
Hình 3.2. Sản xuất sợi xơ dừa ................................................................................ 45
Hình 3.3. Nhựa phế thải đƣợc thu gom từ nhiều nguồn khác nhau ......................... 47
Hình 4.1. Mẫu composite xơ dừa – nhựa thí nghiệm lần 1 ..................................... 55
Hình 4.2. Mẫu composite xơ dừa - nhựa thí nghiệm lần 2 ...................................... 56
Hình 4.3. Ngun liệu sử dụng trong thí nghiệm trộn ............................................ 57
Hình 4.4. Thảm hỗn hợp nguyên liệu xơ dừa – nhựa phế liệu ............................... .57
Hình 4.5. Máy ép thí nghiệm…………………………………………………..…..62
Hình 4.6. Mẫu sản phẩm ép theo thơng số cơng nghệ tối ƣu.……………………...63
Hình 4.7. Hình dạng mẫu kéo chuẩn……………………………………………….64
Hình 4.8. Hình dạng mẫu đo uốn…………………………………………………..65
Hình 4.9. Sơ đồ cơng nghệ sản xuất composite xơ dừa – nhựa phế liệu……….…. 66


8
ĐẶT VẤN ĐỀ
Composite là vật liệu đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp tổng hợp từ hai hay
nhiều thành phần khác nhau, nhằm tạo ra một vật liệu mới có tính năng ƣu việt
hơn hẳn những vật liệu thành phần ban đầu. Với quan niệm này, có thể thấy vật
liệu composite có sẵn trong tự nhiên nhƣ gỗ, tre, thân cây có sợi và những loại

khác. Trong đời sống xã hội, con ngƣời cũng sử dụng rơm rạ trộn với mật mía,
vơi cát để tạo nên một composite hỗn hợp sử dụng trong xây dựng.
Vật liệu composite có rất nhiều đặc tính ƣu việt mà những vật liệu khác
khơng có. Để mở rộng phạm vi ứng dụng vật liệu composite trong tất cả những
lĩnh vực kinh tế xã hội khác, các nhà khoa học đã nghiên cứu những vật liệu cốt
và nền khác nhau, phƣơng pháp phân bố cốt trong cấu trúc vật liệu, lựa chọn vật
liệu nền và phƣơng pháp công nghệ phù hợp để tạo ra những vật liệu composite
có đặc tính và giá thành phù hợp. Nghiên cứu sợi tự nhiên làm vật liệu cốt là một
hƣớng phát triển mới của ngành vật liệu composite nhằm sử dụng nguồn sợi thực
vật có sẵn với mục đích giảm giá thành sản phẩm composite để mở rộng phạm vi
sử dụng.
Ở Việt Nam, trong các loại sợi thực vật đã đƣợc nghiên cứu, xơ dừa là loại
sợi tự nhiên có thể sử dụng nhiều vào chế tạo vật liệu composite ở khu vực Tây
Nam bộ và Duyên Hải miền Trung vì khả năng tái tạo nhanh (8 – 10 tháng), số
lƣợng nhiều (năng suất dừa bình quân của Việt Nam đạt 9.863 trái/ha/năm). Giá
của xơ dừa thấp so với các loại cốt sợi nhân tạo.
Cũng nhƣ vật liệu cốt, vật liệu nền cần đƣợc nghiên cứu sử dụng theo hƣớng
giảm giá thành của vật liệu, tránh ô nhiễm môi trƣờng trong sản xuất, nâng cao
giá trị của vật liệu gốc mà vẫn đảm bảo đƣợc tính năng sử dụng của vật liệu
composite mới tạo thành.
Các sản phẩm nhựa đƣợc sử dụng rất nhiều trong đời sống xã hội và các
ngành kinh tế kỹ thuật; khi hƣ hỏng phế liệu nhựa trở thành chất thải rắn rất khó
phẩn huỷ. Có hàng trăm loại phế liệu nhựa, nhƣng rẻ nhất và chất lƣợng thấp nhất
là phế liệu hỗn hợp từ nhiều loại sản phẩm nhựa thƣờng dùng hàng ngày hƣ hỏng.


9
Những loại phế liệu nhựa có chất lƣợng cao hơn đƣợc gia công riêng theo nguồn
gốc sản phẩm và chất lƣợng nhựa. Những loại phế liệu này vẫn còn những đặc
điểm của vật liệu polyme và có thể sử dụng làm chất nền trong sản xuất vật liệu

composite. Việc sử dụng nhựa phế liệu cho những công việc khác nhau trong đó
có cả làm chất nền cho cơng nghệ chế tạo composite chính là kéo dài vịng đời
sản phẩm nhựa, góp phần giảm thiểu ơ nhiễm mơi trƣờng.
Từ những phân tích trên chúng tơi thực hiện đề tài: Nghiên cứu một số yếu
tố công nghệ tạo vật liệu composite từ chỉ xơ dừa ngắn với chất nền là nhựa
phế liệu sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất đồ mộc.


10
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ KHÁI NIỆM COMPOSITE
1.1.1. Đôi nét về lịch sử phát triển.
Composite là thuật ngữ kỹ thuật để chỉ một loại vật liệu mới, có nghĩa gốc
từ tiếng Anh là “hỗn hợp, tổ hợp, tổng hợp, phức hợp” …
Nhƣng trƣớc tất cả, thiên nhiên tạo cây xanh là vật liệu composite lý tƣởng
gồm các sợi Cellulose dài đƣợc kết nối bằng lignin, hình thành mối liên kết hài
hồ trong cây vừa dẻo bền vừa vững chắc.
Và con ngƣời, từ thời thƣợng cổ ở Hy Lạp dân chúng đã biết lấy mật ong
trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng. Tại nƣớc ta, đời này truyền sang
đời khác cách lấy rơm trộn với bùn vắt lên các ô vuông làm từ các thanh tre buộc
ngang dọc tạo nên vách dứng, một loại vật liệu composite bao quanh ngôi nhà
tranh, ấm về mùa đông mát về mùa hè.
Mặc dù vật liệu composite hình thành trong tự nhiên và đời sống xã hội từ
rất lâu đời, nhƣng khoa học về vật liệu composite mới chỉ hình thành vào những
năm 50 của thế kỷ trƣớc, khi lần đầu tiên vật liệu này xuất hiện trong công nghệ
chế tạo tên lửa của Mỹ. Và ngay sau đó, khoa học cơng nghệ vật liệu composite
đã nhanh chóng phát triển ở Liên Xơ, hiện nay là Nga, Anh, Pháp, Đức, Nhật
Bản…
Nhờ công nghệ composite nhân loại đã nâng đƣợc tầm cao, tầm xa và thời

gian bay của vật thể bay. Năm 1987, máy bay thử nghiệm Voyager do tổ hợp
Hercules Aero Space ComPany (Mỹ) chế tạo nặng 450 kg đƣợc chế tạo 100% từ
vật liệu composite, đã thực hiện thành công chuyến bay liên tục khơng nghỉ vịng
quanh trái đất. Từ các cuộc bay thử nghiệm của vật thể bay chế tạo bằng vật liệu
composite, các nhà khoa học đã chế tạo máy bay siêu tốc có tốc độ bay nhanh gấp
vài chục lần tốc độ âm thanh. Nhờ sự phát triển của khoa học công nghệ
composite con ngƣời ngày càng chinh phục mạnh mẽ khoảng không vũ trụ. Kể từ


11
chuyến bay đầu tiên của Gagarin vào vũ trụ năm 1961, hơn 40 năm sau, đầu thế
kỷ XXI con ngƣời đã có chuyến bay du lịch vào vũ trụ.
Đến nay, vật liệu composite rất bền và nhẹ, đƣợc sử dụng trong hầu hết
mọi lĩnh vực của cuộc sống: Từ công nghiệp dân dụng, y tế, thể thao, xây dựng,
chế tạo máy, khai thác dầu khí, đóng tàu, điện lực, hố chất … và đặc biệt trong
ngành hàng không vũ trụ và chế tạo các vật thể bay. Composite là vật liệu phát
triển mạnh mẽ trong tƣơng lai.
1.1.2. Vật liệu composite.
Composite là vật liệu đƣợc chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều thành phần
khác nhau, dƣới tác động của các yếu tố công nghệ tạo ra một vật liệu mới có tính
năng ƣu việt hơn hẳn những vật liệu thành phần ban đầu.
Composite khi mới xuất hiện đƣợc hiểu là vật liệu mới. Nhƣng định nghĩa
trên bao gồm một nội hàm quá rộng dẫn đến cả những sản phẩm ván sợi, ván
dăm, ván dán… cũng đƣợc coi là vật liệu composite.
Composite đƣợc ứng dụng và phát triển rộng rãi nhƣ vậy vì chúng rất bền
và nhẹ. Khi thiết kế, xây dựng, sản xuất bất cứ một loại sản phẩm nào thì câu hỏi
đầu tiên đƣợc đặt ra là kết cấu và hình dạng của nó? Sau đó là sử dụng vật liệu
nào để chế tạo? Có rất nhiều yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và cơng nghệ hiện đại
trong chế tạo sản phẩm mà chỉ có vật liệu composite mới đáp ứng đƣợc. Khả
năng và đặc tính của vật liệu composite phụ thuộc vào 3 yếu tố chủ yếu: Các vật

liệu thành phần của composite, cấu trúc phân bố của chúng, và công nghệ chế tạo.
Thay đổi một trong ba yếu tố đó dẫn đến thay đổi composite. Chính sự thay đổi
cấu trúc thành phần để nhận đƣợc các vật liệu có tính năng khác nhau nhƣ mong
muốn là ƣu điểm lớn nhất của vật liệu composite.
Thành phần của vật liệu composite bao gồm thành phần cốt (vật liệu cốt)
và thành phần nền (vật liệu nền).
a. Vật liệu cốt: Gồm có sợi dài (cốt liên tục), sợi ngắn, hạt…nhằm đảm
bảo cho composite có những tính năng cơ học cần thiết đồng thời đáp ứng đƣợc
những đòi hỏi về khai thác và công nghệ.


12
Đòi hỏi về khai thác là những yêu cầu về độ bền, độ cứng, khối lƣợng
riêng, trong một khoảng nhiệt độ nào đó, chịu ăn mịn trong mơi trƣờng kiềm,
axít…
Địi hỏi về công nghệ là những yêu cầu về khả năng công nghệ để sản xuất
ra các thành phần cốt và những vật liệu composite từ những cốt này.
Hiện nay thành phần cốt của composite thƣờng dùng là những sợi ngắn,
sợi dài đơn, các dạng sợi tết bện, các cốt lƣới, vải, các băng dải sợi, các loại bông,
sợi thuỷ tinh, sợi aramit, sợi các bon, sợi bor, sợi bazan, sợi xaphia, sợi
cabuasilic, sợi polyetylen, sợi thép, vonfram, titan, berili… với tính năng cơ lý đã
đƣợc xác định.
Sợi có đƣờng kính lớn hơn 100 micromet là sợi có đƣờng kính lớn, sợi có
đƣờng kính nhỏ hơn 25 micronmet là sợi có đƣờng kính nhỏ.
Vật liệu cốt chế tạo composite bao gồm cốt sợi nhân tạo và cốt sợi tự
nhiên.
* Vật liệu cốt nhân tạo:
+ Sợi thuỷ tinh: Sợi thuỷ tinh đƣợc sử dụng rộng rãi trong chế tạo vật liệu
composite – polyme. Ƣu điểm của sợi thuỷ tinh là nhẹ, chịu nhiệt tốt, ổn định với
tác dụng sinh hố, có độ bền cơ lý cao và độ dẫn nhiệt thấp.

Sợi thuỷ tinh có hai dạng điển hình là sợi dài (dạng chỉ) và sợi ngắn.
Thơng thƣờng sợi thuỷ tinh có dạng hình trụ trịn, nhƣng cũng có sợi thuỷ tinh
thiết diện ngang hình tam giác, hình vng, lục giác…
Sợi thuỷ tinh có ƣu điểm nổi trội là giá rẻ, đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản
xuất composite polyme dùng chế tạo tàu tải trọng nhỏ, thuyền, buồm thể thao,
thân vỏ ô tô, tua bin của nhà máy thuỷ điện, ống dẫn dầu và nhiều vật dụng khác
+ Sợi Bazan: Sợi bazan đƣợc chế tạo từ đá bazan là nham thạch do núi lửa
hoạt động phun trào rồi kết tinh lại. Các sản phẩm composite từ đá bazan có đặc
tính cơ lý hoá tốt hơn hẳn so với các sản phẩm composite từ sợi thuỷ tinh.
Hiện nay từ đá bazan có thể sản xuất sợi liên tục (chỉ), sợi ngắn, bông.
+ Sợi hữu cơ:


13
Sợi hữu cơ aramit có độ bền cơ học và modul đàn hồi cao, ổn định nhiệt,
bền va đập, không cháy, tính cách điện cao, khối lƣợng riêng thấp.
Phụ thuộc vào thành phần polyme và phƣơng pháp kéo sợi mà nhận đƣợc
sợi hữu cơ có khối lƣợng riêng từ 1410 – 1450 kg/m3 và độ bền kéo từ 70 – 150
GPa. Sợi hữu cơ giữ nguyên những đặc tính cơ lý trong khoảng nhiệt độ không
quá 1800C, vƣợt quá ngƣỡng nhiệt độ trên sợi hữu cơ khơng nóng chảy mà các
bon hố.
Vật liệu composite cốt sợi hữu cơ có độ bền khi nén và khả năng tƣơng
thích với nền polyme thƣờng kém hơn so với sợi thủy tinh. Nhƣợc điểm chung
của sợi aramit là là hút ẩm. Sự hút ẩm làm cho các đặc trƣng cơ lý giảm khoản 15
– 20 %. Sợi hữu cơ thích ứng tốt với việc dệt thành vải. Sau khi dệt những đặc
tính ban đầu của sợi cịn giữ đƣợc 90%. Vì vậy để sử dụng sợi hữu cơ làm cốt
cho vật liệu composite ngƣời ta thƣờng dùng ở dạng đã dệt thành những loại vải
khác nhau.
Sợi hữu cơ polyetylen: vào cuối những năm 80 của thế kỷ trƣớc tổ hợp sản
xuất composite Spektra (Mỹ), Dainhema (Niudilan) và Tekmilon (Nhật) đã có

cơng nghệ thu đƣợc sợi siêu nhẹ từ polyetylen (khối lƣợng riêng 0,97 g/cm3), có
độ bền tƣơng đƣơng sợi aramit. Sợi polyetylen chĩ sử dụng ở môi trƣờng nhiệt độ
không cao nhƣng chúng rất nhẹ, trơ với các mơi trƣờng ăn mịn và nhiều ƣu điểm
khác nên đƣợc sử dụng rộng rãi.
Sợi hữu cơ đƣợc sử dụng chủ yếu trong sản xuất composite chế tạo thân
vỏ tên lửa động cơ nhiên liệu rắn, các ống, bình chịu áp lực, mũ, găng tay cách
nhiệt, mũ- áo giáp, các chi tiết tàu lƣợn, các thiết bị thể thao và nhiều sản phẩm
khác.
+ Sợi các bon: Sợi các bon đƣợc sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu
composite do những ƣu điểm vƣợt trội nhƣ: rất nhẹ (khối lƣợng riêng dƣới 2g/m3,
chịu nhiệt cao khoảng vài nghìn độ trong mơi trƣờng trơ, hệ số ma sát và dãn nở
nhiệt thấp, rất bền vững với nhiều điều kiện khí hậu và các phản ứng hố học,
những tính chất điện đa dạng từ bán dẫn đến dẫn, đặc biệt có độ cứng cao. Sợi
cac bon có độ bền trung bình 2000 – 4000 MPa, modul đàn hồi 200 – 700 GPa


14
nên composite polyme cốt sợi cac bon cứng hơn cả sắt thép. Việc phát hiện ra sợi
các bon và đƣa chúng vào sử dụng làm thành phần cốt của composite đã làm nên
một cuộc cách mạng về vật liệu.
Đến nay sợi các bon đƣợc chế tạo từ 3 nguồn nguyên liệu chính:
Polyacrylonitril (PAN); từ PEC dầu mỏ, than đá và hidraxenlulo (xenlulohidrat).
+ Sợi Bor: Việc sử dụng sợi Bor làm cốt vật liệu composite cho phép tăng
độ bền, tăng modul đàn hồi của vật liệu.
+ Sợi cacbua silic (SiC):Sợi cacbua silic thƣờng đƣợc dùng làm cốt cho
composite kim loại trong trƣờng hợp đòi hỏi vật liệu phải làm việc ở nhiệt độ cao.
Composite cốt sợi SiC thƣờng thƣờng đƣợc sử dụng trong các thiết bị hạt nhân,
vòng bi chịu nhiệt độ cao trong các động cơ tua bin, cánh quạt, mũi rẽ dịng tên
lửa.
+ Sợi kim loại: Để có hiệu quả kinh tế cao vật liệu composite thƣờng sử

dụng cốt kim loại. Trong trƣờng hợp vật liệu làm việc trong môi trƣờng nhiệt độ
cao vật liệu composite đƣợc chế tạo với cốt sợi vonfram hoặc molip đen, trƣờng
hợp làm việc trong môi trƣờng nhiệt độ thấp, vật liệu composite đƣợc chế tạo với
cốt sợi thép hoặc berrilic.
+ Sợi ngắn và các hạt phân phân tán: Trong công nghiệp chế tạo
composite thƣơng sử dụng chất độn là các sợi ngắn và các hạt . Các sợi khoáng
ngắn thu đƣợc từ nghiền cơ học. Các nguyên liệu khoáng thành phần thƣờng
chứa silicat can xi (75%) và kim loại nhẹ (25%) đƣợc làm sạch rồi đem nghiền
cho tới khi thu đƣợc các hạt dạng bột và sợi ngắn với chiều dài trung bình khoảng
từ 270 mm và đƣờng kính từ 1 – 10 micromet.
+ Vải: Các loại vải thƣờng đƣợc dệt từ những sợi có độ đàn hồi cao, đƣợc
dùng rộng rãi cho composite phân lớp quấn các dạng ống composite… Thuật ngữ
“vải” trong ngành vật liệu composite đƣợc gọi theo theo hai cách là: theo tên của
sợi hoặc theo cách đan dệt.
Những đặc trƣng cơ bản nhất của vải cần phải biết là các loại sợi thành
phần, kiểu đan dệt, độ dày, chiều rộng, khối lƣợng của 1 m2 vải và số lƣợng mắt
đan trên một đơn vị chiều dài, khối lƣợng riêng, tải trọng đứt, và độ bền kéo đứt.


15
Vải khổ hẹp có kích thƣớc 40 – 75 cm, khổ trung 75 – 100 cm, khổ lớn
100 – 150 cm, ngồi ra có thể có vải rộng hơn 150 cm. Vải có bề rộng nhỏ hơn
7,5 gọi là băng.
Vải có khối lƣợng nhỏ hơn 100g/m2 gọi là vải nhẹ, từ 100 – 500 g/m2 là
vải trung bình, lớn hơn 500 g/m2 là vải nặng.
Composite cốt vải dùng quấn ống để chống mài mòn trong khi chịu áp suất
và nhiệt độ. Hiện nay thƣờng sử dụng vải có cốt sợi tạp lai cho phép nâng cao
hiệu quả sử dụng các tính chất cơ lý của các sợi dệt thành phần.
* Vật liệu cốt sợi tự nhiên: Sợi tự nhiên bao gồm các sợi thực vật đƣợc sử
dụng làm cốt vật liệu composite nhằm làm giảm khối lƣợng riêng, giảm giá thành

mà vẫn đảm bảo những yêu cầu sử dụng trong những lĩnh vực cụ thể. Một số sợi
tự nhiên thƣờng đƣợc sử dụng là xơ dừa, sợi dứa, sợi chuối, sợi cây sisal…
Bảng 1.1. Một vài thông số của một số sợi tự nhiên
Sợi

UTS (MPa)

Độ dãn dài (%)

Modul Đàn hồi

Chuối

700-780

3.7

27-32

Sisal

530-630

5.1

17-22

Dứa

360-749

2.8

24-35

Xơ dừa

106-175

47

3-6

Sợ cây ké

143-263

5.1

10-13

* Phân loại composite theo thành phần cốt.
Căn cứ vào thành phần cốt vật liệu composite có loại composite cốt sợi và
composite cốt hạt. Từ hai loại composite cốt sợi và hạt lại hình thành những dạng
khác theo sơ đồ hình 1.1:


16

Hình 1.1. Sơ đồ phân loại compsite theo thành phần cốt

b. Vật liệu nền:
Vật liệu nền đảm bảo cho sự liên kết và làm việc hài hoà giữa các thành
phần của composite với nhau. Khả năng khai thác sử dụng vật liệu composite
trƣớc hết phụ thuộc vào đặc tính cơ lý hoá của các vật liệu thành phần, cấu trúc
phân bố của các vật liệu cốt cũng nhƣ độ bền vững của mối liên kết giữa nền và
cốt. Vì vậy vật liệu nền phải đáp ứng đƣợc những yêu cầu về mặt khai thác và
công nghệ.
Về khai thác: trƣớc hết là những yêu cầu cơ lý đối với vật liệu nền. Yêu
cầu nền phải đảm bảo đƣợc cho vật liệu composite làm việc trong những điều
kiện khai thác khác nhau. Phải đảm bảo đƣợc sự làm việc đồng đều hiệu quả giữa
các thành phần cốt, độn với các dạng tải khác nhau, đảm bảo cho vật liệu
composite làm việc bền vững khi chịu tải trƣợt, hoặc chịu tải ở những hƣớng lệch
với hƣớng của các dầm cốt hoặc chịu tải tuần hoàn … Vật liệu nền cũng sẽ xác
định vật liệu composite tạo ra chịu đƣợc đến nhiệt độ nào. Vật liệu nền cũng
quyết định khả năng chịu tác động của mơi trƣờng, tác động hố học của vật liệu
composite, đồng thời cũng quyết định một phần tính chất cơ học, vật lý, điện và
những đặc tính khác của vật liệu composite.
Về công nghệ: Yêu cầu vật liệu nền phải đảm bảo kết cấu của vật liệu
composite trong quá trình sản xuất chúng và đáp ứng những đòi hỏi nảy sinh


17
trong q trình cơng nghệ nhƣ độ nhớt và sự đảm bảo phân bố đều các cốt ở bên
trong, đảm bảo tính năng vốn có của các dầm cốt, hạt độn, đảm bảo sự liên kết
vững chắc giữa chất liệu nền và cốt, khả năng chế tạo những bán thành phẩm theo
mục đích định trƣớc, đảm bảo độ co tối thiểu…
* Vật liệu nền polyme nhiệt rắn:Vật liệu nền nhiệt rắn có độ nhớt thấp dễ
hồ tan và đóng rắn lại khi nung nóng (có hoặc khơng có xúc tác) và sau khi đóng
rắn tạo thành cấu trúc mạng lƣới khơng thuận nghịch. Trong q trình chế tạo
composite chất nền thƣờng sử dụng là phenolformaldehyde, polyeste, cơ silic,

epoxy, polyimit
* Vật liệu nền polyme nhiệt dẻo: Nền nhựa nhiệt dẻo là các polyme mạch
thẳng khi nung nóng sẽ chảy dẻo ra, nếu sau đó làm nguội sẽ cứng lại và chúng
có trạng thái thuận nghịch.
Composite có vật liệu nền trên cơ sở polyme nhiệt dẻo có độ tin cậy cao vì
ứng suất dƣ nảy sinh từ những giờ đầu tiên ngay khi tạo thành sản phẩm rất thấp.
Ƣu điểm về công nghệ là giảm đƣợc giai đoạn đóng rắn, khả năng thi cơng, tạo
dáng sản phẩm dễ dàng, có thể áp dụng nhiều công nghệ khác nhau nhƣ dập, đùn,
uốn, hàn… có thể khắc phục khuyết tật trong q trình sản xuất và tận dụng phế
liệu hoặc gia công lại lần thứ hai.
Composite nền nhiệt dẻo giá thành thấp nhƣng đặc trƣng cơ lý không thua
kém vật liệu composite nền nhiệt rắn, cịn độ bền hố học và độ kín lại hơn hẳn.
Nhƣợc điểm của composite nền nhựa nhiệt dẻo là không làm việc đƣợc
trong môi trƣờng nhiệt độ cao và khi xử lý cơng nghệ gặp khó khăn do dộ nhớt
của dung dịch nóng chảy khá cao. Điều này lý giải vì sao composite trên cơ sở
nền nhựa nhiệt dẻo hạn chế sử dụng
* Vật liệu nền cac bon:
Nền các bon có tính chất cơ lý nhƣ sợi các bon, đảm bảo cho tính chịu
nhiệt cao của composite các bon – các bon và khai thác triệt để ƣu điểm của các
cốt sợi các bon trong vật liệu composite các bon.
Cho đến nay nền các bon có 3 loại: pirocacbon, thuỷ tinh các bon, các bon
cốc của PEC than đá hoặc dầu mỏ.


18
* Vật liệu nền kim loại: Nền kim loại cho các composite thƣờng là kim
loại nhẹ nhƣ nhôm, magie, berili, hoặc kim loại chịu nhiệt cao nhƣ titan, niken,
niobi hoặc dạng hợp kim. Phổ biến nhất là hợp kim nhôm do khả năng kết hợp
hài hoà và đảm bảo tốt những yêu cầu về cơ lý cũng nhƣ công nghệ
* Vật liệu nền gốm: nền gốm (cramic) là vật liệu đƣợc đặ trƣng bởi nhiệt

độ nóng chảy cao, bền nén cả khi nhiệt độ cao, bền ơ xi hố, bền lửa và chịu kéo
cao.
* Phân loại composite theo thành phần nền: căn cứ vào thành phần nền,
composite đƣợc phân thành 4 loại cơ bản và composite tạp lai nhƣ sơ đồ hình 1.2.
Vật liệu composite

Vật liệu
composite
polymer

Vật liệu
composite
Kim loại

Vật liệu
composite
Gốm

Vật liệu
composite
Các bon

Vật liệu
composite
tạp lai

Hình 1.2. Sơ đồ phân loại composite theo vật liệu nền.
c. Vật liệu composite tạp lai: Là composite có ít nhất 3 thành phần tham
gia vào trong cấu trúc của vật liệu. Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến chế tạo
composite tạp lai là việc sử dụng một vật liệu cốt sợi nào đó có những tham số cơ

lý cao hơn những cốt sợi khác trong cấu trúc composite sẽ giúp hạn chế những
khuyết điểm của các cốt sợi còn lại, đồng thời giảm đƣợc giá thành của sản phẩm.
Sự tạp lai các thành phần vật liệu khác nhau ảnh hƣởng nhiều đến modul
đàn hồi, độ bền nén và những đặc tính chịu nhiệt của composite. Việc lựa chọn
những vật liệu khác nhau và kết hợp hợp lý giữa chúng cho phép tạo ra những
composite tạp lai là hƣớng nghiên cứu có triển vọng đáp ứng đƣợc nhiều chỉ tiêu
kỹ thuật – kinh tế của vật liệu mới composite.
1.1.3. Cấu trúc của vật liệu composite.
Vật liệu composite có 3 dạng cấu trúc cơ bản là cấu trúc đồng phƣơng, cấu
trúc phân lớp và cấu trúc không gian.


19
+ Composite có cấu trúc đồng phƣơng: Là composite có cốt sợi độn dọc
theo cùng một phƣơng và có cấu trúc tuần hồn.
+ Composite có cấu trúc phân lớp: là vật liệu composite có cấu trúc tuần
hồn, trong đó mỗi mắt xích chu kỳ lại có thể có nhiều lớp vật liệu khác nhau.
+ Composite có cấu trúc khơng gian:
Composite có cấu trúc khơng gian nD: Composite có cấu trúc không gian
là vật liệu composite cốt sợi độn đƣợc hƣớng theo nhiều phƣơng khác nhau trong
không gian.
1.2. NGHIÊN CỨU VỀ XƠ DỪA VÀ COMPOSITE XƠ DỪA
1.2.1. Một số kết quả nghiên cứu ở ngoài nước.
Các nghiên cứu trƣớc đây cho thấy composite đƣợc chế tạo từ vật liệu nền
polyme gia cố cốt sợi tổng hợp nhƣ sợi thủy tinh, cabon... đóng vai trị chủ đạo
trong hàng loạt các ứng dụng vì độ bền cao và những tính chất đặc biệt… Mặc dù
vậy, xét trên tồn thể thì vật liệu composite cốt sợi tổng hợp có phạm vi ứng dụng
vẫn rất hạn chế do chi phí sản xuất q cao. Vì vậy, các nhà khoa bọc đã hƣớng
tới những vật liệu có sẵn trong tự nhiên và tiến hành nghiên cứu nhiều loại sợi
thực vật làm làm thành phần cốt để chế tạo composte. Các loại sợi có tiềm năng

ứng dụng đƣợc nghiên cứu nằm trong bảng 1.2.

Bảng 1.2. Sợi tự nhiên
Danh mục
Trấu(vỏ lúa)

Nguồn
Số lƣợng
cung
(Tr. tấn/năm)
cấp
Xay

20

Ứng dụng
Làm nguyên liệu sản xuất vật liệu


20
xây dựng, các sản phẩm dạng tấm
với chất kết dính xi măng có phụ gia

lúa
Lá chuối/thân
chuối

0.20

Sản xuất: tấm xây dựng, ván sợi

chậm cháy

Vỏ dừa

Công
nghiệp
sợi xơ
dừa

1.60

Sản xuất tấm lợp, tấm cách nhiệt,
tấm xây dựng cốt liệu nhẹ, sợi xơ
dừa tăng cƣờng composite xi măng,
xơ dừa tráng cao su

Sợi đay

Công
nghiệp
sợi đay

1.44

Để làm tấm bảng, tấm lợp, cửa chớp

Rơm lúa gạo/
lúa mỳ

Nông

trại

12.00

Chế tạo tấm lợp, cửa, ốp tƣờng, ván

Cây
chuối

Nguồn: Mathews, F. L, Rawlings R .D, Engineering Composites 1 sied.
Chapman and Hall, London, (1994)
Từ những loại sợi nói trên các nhà khoa học đã nỗ lực thực hiện hàng ngàn
thí nghiệm sử dụng sợi tự nhiên có trọng lƣợng nhẹ và giá rẻ làm vật liệu cốt để
chế tạo composite phù hợp với những ứng dụng khác nhau. Kết quả thực nghiệm
cho thấy độ bền kéo, độ bền uốn tĩnh, khả năng chịu tải động và những đặc tính
ƣu việt khác của vật liệu composite cốt sợi tự nhiên có thể đƣợc sử dụng làm
nguyên liệu gia cố cho nhiều ứng dụng kết cấu cơng trình.
Một số kết quả nghiên cứu trong những thí nghiệm này đã đƣợc công bố ở
các nƣớc: Shinichiet al. [5] đã nghiên cứu ảnh hƣởng của số lƣợng và độ dài sợi
tự nhiên đến tính chịu uốn của vật liệu composite có khả năng phân hủy sinh học.
Các mơ đun uốn của composite đã tăng lên khi đƣợc chế tạo từ sợi đay với 60
phần trọng lƣợng hoặc bã mía 66 phần trọng lƣợng. Maries et al. nghiên cứu độ
dẫn nhiệt, độ khuyếch tán của composite polyester /sợi tự nhiên (chuối/dứa). M.
Jacob, S. Thomas, K.T. Varughese, [6] nghiên cứu tính chất cơ học của sợi dứa
/sợi cây dầu gai sử dụng chế tạo composite cốt sợi tạp lai gia cố bằng vật liệu nền
cao su thiên nhiên tổng hợp. J. Gassan, V.S. Cutowski [7] nghiên cứu sự tác động
của tia cực tím đến tính chất của sợi đay làm cốt trong cấu trúc composite nền


21

epoxy. Vijay Kumar Thakurab & A. S. Singhab [9] và S. Panthapulakkal, M.
Sain, [10] nghiên cứu các tính chất cơ học, tính chất vật lý của vật liệu composite
tạp lai có thành phần cốt sợi tự nhiên gia cố nền polymer. Biocomposites. J.
George, S.S. Bhagawan, S. Thomas [12] nghiên cứu tác động của mơi trƣờng đến
các tính chất của vật liệu composite polyethylene mật độ thấp với cốt sợi bằng sợi
lá dứa…
Trong những vật liệu nói trên thì xơ dừa chỉ mới bắt đầu đƣợc nghiên cứu
từ sau năm 1975. Một số cơng trình nghiên cứu cụ thể nhƣ sau:
Năm 1976, Slate (Anh) nghiên cứu tính chất cơ học của composite sợi xơ
dừa với chất kết dính là xi măng - cát theo các tỷ lệ khác nhau (tỷ lệ xi măng cát
theo trọng lƣợng). Năm 1991 - 1993, nhóm nghiên cứu của Dixit S. nghiên cứu
ảnh hƣởng đến tính chất cơ học của vật liệu Composites có cốt xơ dừa pha trộn
hỗn hợp với các cốt khác và chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật nén ép. Kết quả
cho thấy rằng cốt hỗn hợp đóng một vai trị quan trọng trong việc cải thiện các
tính chất cơ học của vật liệu composite. Các tính chất bền kéo và uốn của vật liệu
composite cốt hỗn hợp xơ dừa đƣợc cải thiện đáng kể khi so sánh với các vật liệu
composite cốt thuần loại. Năm 2008, Almeida đã nghiên cứu đặc điểm cấu trúc
và tính chất cơ học của composite sợi xơ dừa với vật liệu nền là polyester. Năm
2009, nhóm nghiên cứu của Geethamma đã nghiên cứu sự liên kết của cao su tự
nhiên và các hợp chất của nó với sợi xơ dừa ngắn, Chanakan Asasutjarit (Ấn Độ)
và các cộng sự đã nghiên cứu các tính chất cơ học của xơ dừa dựa trên cơ sở sấy
sơ bộ các sợi. Còn Wang Wei và Huang Gu (Trung Quốc) đã nghiên cứu sự
tƣơng quan giữa khối lƣợng thể tích và độ bền kéo, độ mịn của sợi xơ dừa. Năm
2012, Shinichiet và các cộng sự đã nghiên cứu ảnh hƣởng của số lƣợng và độ dài
của sợi tự nhiên về tính chịu uốn của vật liệu composite phân hủy sinh học
(composite cốt sợi tự nhiên). Rourkela và các cộng sự đã nghiên cứu tẩy trắng sợi
xơ dừa và cho liên kết với nhựa epoxy. Các mẫu khẳng định rằng xử lý các sợi xơ
dừa bằng H2O2 làm cho sự kết dính đƣợc tăng lên. Ảnh hiển vi điện tử cũng cho
thấy bề mặt của các sợi xơ dừa đƣợc xử lý sạch và mịn màng hơn khi chƣa xử lý.

22
Chanakan Asasutjarit et al [5] (Ấn Độ) tìm thấy tính chất cơ học của xơ dừa tăng
nhờ xử lý nhiệt …
Nói chung các nhà khoa học đã quan tâm nghiên cứu theo nhiều hƣớng
khác nhau về vật liệu composite, trong đó có rất nhiều nghiên cứu về vật liệu
composite sợi tự nhiên, đặc biệt là nghiên cứu sử dụng xơ dừa làm cốt để sản
xuất vật liệu composite.
Các nhà nghiên cứu trên thế giới đều khẳng định: vật liệu composite cốt
sợi xơ dừa rất nhiều triển vọng trong sản xuất sản phẩm và triển khai ứng dụng.
Không chỉ nghiên cứu sợi tự nhiên từ thực vật, các nhà khoa học cịn
nghiên cứu sử dụng tóc ngƣời, lơng của gia cầm và động vật khác để chế tạo
composite cốt đơn và composite tạp lai. Nghiên cứu chế tạo composite sử dụng
các vật liệu xơ dừa, tóc ngƣời, sợi thuỷ tinh phối hợp với nhau làm thành phần
cốt đƣợc gia cố bằng vật liệu nền nhựa polyme theo các tổ hợp (1) Composite cốt
sợi thủy tinh nền nhựa (GGP), (2) Composite cốt xơ dừa nền nhựa (CCRP), (3)
Composite cốt sợi tóc nền nhựa (HHRP), (4) Composite cốt sợi thuỷ tinh – xơ
dừa - tóc ngƣời – sợi thuỷ tinh – nền nhựa (GCHGP), (6) Composite cốt xơ dừa sợi thuỷ tinh – tóc ngƣời - xơ dừa nền nhựa (CGHCRP). Kết quả thể hiện trong
bảng 1.3.
Bảng 1.3. Composite cốt xơ dừa - sợi thuỷ tinh – tóc ngƣời - xơ dừa nền
nhựa

GGP

Tải trọng
cuối cùng (N)
2010

4.9

Độ bền kéo
(Mpa)
38

CCRP

580

6.3

5

HHRP

720

15.2

10

HGCHRP

1400

7.1

16

CGHCRP

1190

3.2

15

GCHGP

2020

8.9

10

Mẫu

Chuyển vị (mm)


23
Trong bảng trên, mẫu GGP là vật liệu composite sử dụng cốt nhân tạo đơn
(sợi thuỷ tinh) có các chỉ tiêu kỹ thuật xấp xỉ và tốt hơn các vật liệu cốt đơn và
cốt tạp lai từ sợi tự nhiên. Tuy nhiên cốt sợi thuỷ tinh có giá đắt hàng trăm lần giá
cốt sợi tƣ nhiên. Các mẫu vật liệu composite sử dụng cốt đơn sợi thực vật có các
tiêu kỹ thuật không bằng các chỉ tiêu của composite tạp lai. Và trong composite
tạp lai thì phối hợp các cốt khác nhau sẽ đem đến những kết quả khác nhau. Vì
vậy tuỳ theo mục đích sử dụng để chọn loại cốt sợi đơn hay tạp lai, cốt sợi nhân
tạo hay sợi tự nhiên để đạt hiệu quả sử dụng cao và giá thành thấp. Tuy nhiên, xét
ở góc độ nguyên liệu cơng nghiệp và giá rẻ thì xơ dừa là sợi xơ dừa đƣợc các nhà
sản xuất và ứng dụng quan tâm nhiều nhất nên các nhà khoa học ở các nƣớc phát

triển nói chung và ở các nƣớc trồng dừa đều tập trung nhiều nghiên cứu về sử
dụng sợi xơ dừa chế tạo vật liệu composite.
1.2.2. Một số công trình nghiên cứu trong nước
Năm 2012, PGS.TS. Vũ Huy Đại đã hồn thành đề tài cấp Bộ (giai đoạn
2010-2012) có tên: Nghiên cứu công nghệ sản xuất composite từ phế liệu gỗ và
chất dẻo phế thải. Đề tài đã đạt đƣợc nhiều kết quả khả quan, cụ thể là:
- Xác định đƣợc thông số công nghệ chủ yếu xử lý nhựa tái chế PP, HDPE,
PVC để sản xuất composite gỗ-nhựa. Xây dựng đƣợc các bƣớc công nghệ tạo bột
gỗ Keo tai tƣợng sản xuất composite gỗ-nhựa từ phế liệu gỗ là mùn cƣa, phoi
bào, bìa bắp. Xác định ảnh hƣởng của tỷ lệ khối lƣợng gỗ và nhựa tái chế đến
tính chất hạt gỗ-nhựa PP, PE, PVC ở 3 cấp (50>50; 60/60; 70/30).
- Thiết lập quy trình cơng nghệ tạo hạt gỗ-nhựa PP với tỷ lệ bột gỗ 50%,
nhựa PP 45%, có bổ sung chất trợ tƣơng hợp 5% MAPP; hạt gỗ nhựa HDPE với
tỷ lệ bột gỗ 50%, nhựa HDPE 45%, chất trợ tƣơng hợp MAPE 5%; hạt gỗ nhựa
PVC có bổ sung 5% chất hóa hóa dẻo DOP. Xác định các tính chất cơ bản của hạt
gỗ nhựa PP, HDPE, PVC: khối lƣợng riêng, chỉ số chảy, độ bền kéo, độ bền uốn,
độ bền va đập, độ hút nƣớc, độ trƣơng nở chiều dày.
- Xác định thông số cơng nghệ của máy ép đùn hai trục vít Cinnaici TS80
vận tốc ép đùng 50 vịng/phút cho q trình ép đùn tạo sản phẩm. Đề xuất đƣợc
công nghệ sản xuất composite gỗ-nhựa từ phế liệu gỗ và nhựa tái chế PP, HDPE,


24
PVC trên máy ensp đùn hai vít Cinnaici TS80 bao gồm các khâu từ xử lý nhựa
tái chế, tạo bột gỗ, tạo hạt gỗ-nhựa, tạo composite gỗ-nhựa.
- Xác định đƣợc tỷ lệ màu hợp lý cho composite gỗ-nhựa: Đối với
composite gỗ-nhựa PP và HDPE có thể bổ sung lƣợng chất bột màu vàng với
hàm lƣợng 2% trong tổng khối lƣợng hỗn hợp; đối với composite gỗ-nhựa PVC
bổ sung 2% chất bột màu đen Carbon. Xây dựng mô phỏng công nghệ sản xuất
composite gỗ-nhựa từ phế liệu gỗ và chất dẻo phế thải trên phần mềm Flassh 8.0

phục vụ cho công tác đào tạo và nghiên cứu.
- Tính tốn và lựa chọn đƣợc dây chuyền thiết bị sản xuất composite gỗnhựa SHJ65/40 với năng suất 100 kg/giờ. Thiết kế đƣợc mặt bằng phân xƣởng
sản xuất composite gỗ-nhựa với dây chuyền thiết bị tạo hạt gỗ-nhựa và dây
chuyền ép đùn tạo sản phẩm với năng suất 100 kg/giờ.
- Vật liệu composite gỗ-nhựa có khả năng chống chịu sinh vật hại gỗ tốt,
sau khi thử nghiệm với các loại nấm mục, tỷ lệ tổn hao khối lƣợng đều nhỏ hơn
3%, đối với mối Coptotermes formosamus và hầu nhƣ không bị mối xâm hại. Đã
tạo ra sản phẩm gỗ composite gỗ nhựa là ván sàn thử nghiệm.
Từ năm 1996 đến năm 2003 tác giả Hoàng Xuân Niên đã nghiên cứu cơ bản
về sợi xơ dừa. Tác giả lấy mẫu xơ dừa tại tỉnh Bến tre, chia xơ dừa thành 3 nhóm
đƣờng kính trung bình và nghiên cứu cấu tạo hiển vi, tính chất cơ học và vật lý
theo 3 nhóm đƣờng kính trung bình khác nhau. Kết quả nghiên cứu về cấu tạo
hiển vi, tính chất cơ học, tính chất vật lý và thành phần hóa học của xơ dừa, khả
năng tạo ván với keo Ure Formaldehyde và các thông số công nghệ đƣợc tác giả
cơng bố tại tạp chí Nơng nghiệp và Phát triển nông thôn số 3 và 4/2003. Trong
các nghiên cứu của mình tác giả cho thấy trong cùng một vỏ dừa có 3 loại sợi có
đƣờng kính khác nhau, cấu tạo hiển vi khác nhau, tính chất cơ học và một số tính
chất vật lý cũng khác nhau. Loại sợi nhỏ (đƣờng kính 0,15mm) có khối lƣợng thể
tích trung bình, loại sợi đƣờng kính trung bình có khối lƣợng thể tích nhỏ nhất và
loại sợi có đƣờng kính lớn nhất có khối lƣợng thể tích cao nhất, nhƣng loại sợi
nhỏ có độ bền kéo cao gấp 2 lần so với loại sợi có đƣờng kính trung bình và gấp
3 lần loại có đƣờng kính lớn.