Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6
Đại học Đà Nẵng - 2008
NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA
POLYETYLENE TỈ TRỌNG CAO GIA CƯỜNG BẰNG
SỢI ĐAY
INVESTIGATING COMPOSITE MATERIALS BASED ON HIGH DENSITY
POLYETYLENE REINFORCED WITH JUTE FIBRES
SVTH: NGUYỄN TRỌNG VIỆT
Lớp: 03H4, Trường Đại học Bách khoa
GVHD: TS.ĐOÀN THỊ THU LOAN
Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa
TÓM TẮT
Sợi tự nhiên và vật liệu composite của nó đã và đang thu hút sự quan tâm của giới Khoa học
trên thế giới nhờ những đặc tính ưu việt như: nguồn nguyên liệu dồi dào, có khả năng tái sinh,
nhẹ và các tính chất cơ lý riêng có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, sự sử dụng sợi tự nhiên
trong composite vẫn còn hạn chế do tồn tại một số nhược điểm. Để cải thiện tính chất của
composite sợi đay/nhựa polyethylene, sợi được xử lý bằng dung dịch NaOH.
SUMMARY
Natural fibres and their composites have attracted the attention of scientists worldwide
because of their renewable resources, recycleability, low density and acceptable specific
properties. However, the application of natural fibres to composites is limited by some
disadvantages. To enhance the properties of jute/polyethylene composites, therefore, the
fibres are treated by NaOH solution.
1. Giới thiệu
Sợi tự nhiên đã và đang được sử dụng làm vật liệu gia cường trong lĩnh vực composite. Ưu
điểm của sợi tự nhiên như là độ mài mòn thấp, tỉ trọng thấp, giá rẻ, nguồn sử dụng vô tận và
thân thiện với môi trường nên được khuyến khích sử dụng trong composite. Những chuyên gia
nghiên cứu cho rằng vật liệu sợi tự nhiên nhất định có khả năng để cạnh tranh với sợi thủy tinh
trong ngành vật liệu composite. Tuy nhiên, sợi tự nhiên có độ hút ẩm cao, tương hợp kém với
đa số nhựa nền dẫn đến tính chất cơ lý hóa của sản phẩm composite không cao. Nhựa nền sử
dụng ở đây là polyethylene tỉ trọng cao (HDPE) là loại nhựa nhiệt dẻo được sử dụng rộng rãi

Nhiệt độ
chảy
mềm
125
0
C
Khối lượng
riêng
0,952 g/cm
3
Khoảng nhiệt
độ
gia công
160-200
0
C
Các đặc tính kỹ thuật và tính chất của
nhựa HDPE F00952 (sản xuất ở Saudi
Arabia) sử dụng được trình bày trong
bảng 2
Tính chất
Mật độ sợi dọc (bó sợi/m
2
)
Mật độ sợi ngang ( bó sợi/m
2
)
Khối lượng 1 m
2
(g)

được đặt giữa hai tấm khuôn kim loại. Điều chỉnh thớt dưới đi lên chạm thớt trên và điều
chỉnh đến đạt nhiệt độ khảo sát. Khi nhiệt độ máy ép đạt 160
0
C thì nhựa lúc này đã nóng
chảy. Ta bắt đầu ép nâng thớt lên từ từ cho khi độ dày sản phẩm đạt yêu cầu. Duy trì mẫu ở
2
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6
Đại học Đà Nẵng - 2008
nhiệt độ và thời gian khảo sát. Điều chỉnh nhiệt độ đến khi giảm còn 80
0
C thì hạ thớt xuống
và lấy khuôn mẫu ra ngoài, làm nguội bằng không khí rồi tháo khuôn.
3. Kết quả và thảo luận
3.1 Điều kiện gia công
3.1.1 Nhiệt độ gia công: Mẫu sau khi gia công xong để ổn định khoảng 8-12 giờ, cắt đúng
kích thướt chuẩn đem đi đo thu được kết quả đồ thị (1) và (2).
Từ các đồ thị (1) và (2) trên ta thấy, khi tăng nhiệt độ gia công thì độ bền kéo, uốn, va
đập của vật liệu composite đều tăng. Khi tiếp tục tăng nhiệt độ thì độ bền giảm xuống, vậy
3
đường cong đi qua một cực đai, đó là giá trị cực đại của các độ bền tại nhiệt độ gia công
160
0
C. Ở nhiệt độ gia công thấp sự thấm ướt của nhựa nền đối với sợi thấp nên độ bền vật liệu
thấp. Nhiệt độ càng cao thì khả thấm ướt của nhựa vào sợi càng tốt nhưng khi nhiệt độ cao
quá và mẫu được lưu ở nhiệt độ đó một thời gian thì độ bền của sợi bắt đầu giảm do sự phân
hủy sợi xảy ra. Do vậy nhiệt độ càng cao làm cho độ bền của vật liệu composite giảm. Từ đó
ta kết luận độ bền của vật liệu composite cao nhất khi được gia công ở nhiệt độ 160
0
.
90

180 190
Nhiệt
độ
(
o
C)
Đồ thị 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ gia
công đến độ kéo, uốn
90
80
70
Độ bền
(MPa)
60
50
40
30
56
0
Đ
ộ

b
ề
n

v
a

đ

Th ời
gi
an (ph
ú
t)
51
0
50
0
15 20 25
30 35 40
Thời gian (phút)
Đồ thị 3. Ảnh hưởng của thời gian gia
công đến độ bền kéo, uốn
Đồ thị 4. Ảnh hưởng của thời gian gia
công đến độ bền va đập
3.1.2 Thời gian: Khảo sát gia công mẫu composite ở nhiệt độ 160
0
C trong thời gian gia
công khác nhau kết quả thể hiện ở đồ thị (3) và (4).
Từ đồ thị (3) và (4) trên ta thấy, khi tăng thời gian ép thì độ bền kéo, uốn và va đập của
vật liệu composite đều tăng, nhưng khi tăng thời gian ép đến một giới hạn nhất định thì độ bền
giảm xuống, vậy đường cong đi qua một điểm cực đại, đó là giá trị cực đại của các độ bền ở
thời gian ép là 25 phút.
Có thể giải thích chung cho tất cả các độ bền trên như sau: khi tăng thời gian ép thì tăng
khả năng thấm ướt của nhựa vào sợi, đồng thời tăng thời gian cũng tạo điều kiện để thoát khí
từ trong mẫu vật liệu ra ngoài, hạn chế hiện tượng bọt khí. Cho nên khi tăng thời gian ép ban
đầu thì nó làm tăng các độ bền cơ lý của vật liệu. Nhưng khi ép với thời gian quá lâu (>25
phút) ở một nhiệt độ gia công nhất định sẽ làm cho giảm độ bền của sợi. Có thể ở đây có sự
phân hủy hemicelulose bắt đầu xảy ra. Khi đó trên mẫu vật liệu có sẫm màu của sợi và xuất

Độ bền kéo (MPa)
Việc loại bỏ hemicellulose và một phần
lignin có ảnh hưởng lớn đến độ bền của vật
liệu composite. Kết quả đo được ở các điều
kiện xử lý khác nhau được thể hiện ở các đồ
thị (5), (6) và (7). Từ đồ thị này ta thấy khi
xử lý sợi bằng dung dịch 1% thì độ bền tăng
theo thời gian xử lý cho đến 4 giờ, nếu tiếp
tục kéo dài thời gian ngâm thì độ bền tăng
không đáng kể.
60
50
40
30
20
NaOH
1%
10
NaOH
5%
0
0 5 10
15
Th ời gi
an (gi
ờ
)
Đồ thị 5. Ảnh hưởng của điều kiện xử lý
kiềm đến độ bền kéo
Với dung dịch 5%, quá trình xử lý khó điều chỉnh hơn, với thời gian ngâm ngắn (1/6 giờ)

70
60
50
40
30
20
10
NaOH
1%
NaOH
0
0 5
10
15
Th

ời gi
an
(gi
ờ)
Đồ thị 6. Ảnh hưởng của điều kiện xử
lý kiềm đến độ bền uốn
3.3 Hàm lượng sợi:
Từ đồ thị (8) và (9) ta thấy, khi hàm lượng sợi
tăng thì độ bền kéo, uốn và va đập của vật liệu
composite đều tăng, nhưng nếu hàm lượng sợi
tăng vượt quá một giá trị nhất định thì độ bền giảm
xuống, vậy đường cong đi qua một cực đại, đó là
giá trị cực đại của các độ bền tại hàm lượng sợi là
4

nhựa và sợi.
Đồ thị 7. Ảnh hưởng của điều kiện xử
lý kiềm đến độ bền va đập
Ban đầu khi tăng hàm lượng sợi và vẫn đảm bảo sự thấm ướt đủ của nhựa vào sợi thì
độ bền mẫu composite tăng. Nhưng khi hàm lượng sợi vượt quá 40% thì nhựa không đủ
thấm ướt sợi để tạo hệ liên tục. Do vậy làm giảm kết dính giữa sợi và nhựa dẫn đến giảm độ
bền của vật liệu composite. Đồng thời khi gia công vật liệu composite có hàm lượng sợi
càng cao thì ta dùng lực ép càng lớn nên nó làm giảm độ bền của sợi gia cường và có thể
làm dứt sợi. Từ đó nó làm giảm độ bền của vật liệu composite.

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
Độ bền
kéo
90
80
Ứng suất kéo
(MPa)
70
60
50
40
30
20
10
0
30 35 40 45 50 55
554
552
550
548

(%
h
)
àm
lượng sợi đến độ bền kéo,
uốn
Đồ thị 9. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi
đến độ bền va đập
Kết luận: Từ trên ta có thể gia công mẫu composite tối ưu với các điều kiện:
Nhiệt độ gia công 160
0
C
Thời gian gia công 25 phút
Sợi xử lý ở NaOH 1% trong 4 giờ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Eichhorn SJ, Baillie CA, Zafeiropoulos N, Mwaikambo LY, Ansell MP, Dufresne A, et
al. Review international research into cellulosic fibres and composite. J Mater Sci
2001;36:2107-31.
[2] Doan T-T-Loan, Mãder E. Performance of jute fibre reinforced polyprylene. In 7
th
international AVK-TV conference, September 28-29; 2004. Baden-Baden.
[3] Ray D, Sarkar BK, BA RK, Rân AK. Study of thermal behaviour of alkali-treated jute
fibres. J Appl Polym Sci 2002;85: 2594-9.
[4] Ray, Sakar BK, Basak RK, Rana AK. Fracture behavior of vinylester resin matrix
composite reinforced with alkali-treated jute fibres. Appl Polym Sci 2002;85:2588-93.
[5] Gasan J, Bledzki AK. The influence of fiber surface treatment on the creep behavior of
jute-polypropylene-based composites. Composites Part A 1997;28A(12):2001-5.
[6] Joseph PV, Joseph K, Thomas S, Pollai CKS, Prasad VS, Groeninckx G, et al. The
thermal and crystallization studies of short sisal fibre reinforced polypropylene
composites reinforced with. Composites Part A 2003;34:253-66