NGHIÊN CỨU TÁCH VÀ SỬ DỤNG SỢI
TỪ LÁ DỨA DẠI DÙNG LÀM CỐT GIA CƯỜNG
CHO VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ NHỰA
POLYESTE KHÔNG NO
RESEARCH ON DETACHMENT AND USING SISAL FIBRES
FOR THE REINFORCEMENT FOR COMPOSITE MATERIALS BASED
ON THE UNSATURATED POLYESTER RESINS PHAN THỊ THUÝ HẰNG
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
HOÀNG THỊ LAN PHƯƠNG
Bộ Giáo dục và Đào tạo TÓM TẮT
Hiện nay, vật liệu gia cường cho vật liệu composit phổ biến nhất là sợi thủy tinh, chúng được
tạo ra từ các loại oxyt vô cơ. Tuy nhiên, gần đây sợi thiên nhiên đang được nhiều nhà nghiên
cứu quan tâm. Vì sợi thiên nhiên có một số ưu điểm hơn so với sợi thủy tinh như: tỷ trọng
thấp hơn, giảm trọng lượng cho sản phẩm composit, giá thành hạ Nhưng sợi thiên nhiên so
với sợi thủy tinh thì khả năng bám dính nhựa kém hơn và độ bền thấp hơn. Vì vậy, việc xử lý
đối với sợi thiên nhiên để cải thiện các tính chất này là cần thiết. Trong bài báo này trình bày
kết quả xác định phương pháp và điều kiện xử lý sợi dứa dại để sử dụng trong chế tạo vật
liệu composit trên cơ sở nhựa polyeste không no (UPE). Bằng phương pháp quy hoạch thực
nghiệm đã xác định được điều kiện xử lý tối ưu như sau:
- Nồng độ dung dịch NaOH là 10% và thời gian xử lý là 10 ngày, sử dụng cho các sản phẩm
composite đòi hỏi độ bền cơ học cao.
- Nồng độ dung dịch NaOH là 30% và thời gian xử lý là 16 ngày, sử dụng cho các sản phẩm
composite đòi hỏi độ bền môi trường cao.
ABSTRACT
The reinforcement material for composite material, the most generally used one today is the


2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu
2.1. Nguyên liệu
- Sợi tách từ lá dứa dại được lấy ở xã Bình Lãnh, huyện Thăng Bình, tỉnh Quảng Nam.
- Nhựa polyeste không no (UPE) loại 2117 sản xuất ở Singapor.
- Các hóa chất: chất xúc tác đóng rắn MEKP; chất chống dính; NaOH 98%; HCl 37%;
axeton, H
2
SO
4
98%
2.2. Phương pháp xử lý sợi dứa dại
Mục đích của việc xử lý sợi là nhằm làm tăng tính chất cơ lý của sợi dứa và của vật
liệu composite. Đề tài dùng phương pháp hóa học để xử lý sợi với tác nhân là dung dịch
NaOH.
2.3. Phương pháp tiến hành thực nghiệm
Dùng phương pháp quy hoạch trực giao bậc 1 [3,4] để khảo sát ảnh hưởng của các yếu
tố xử lý sợi đến các tính chất cơ lý hóa của sợi và vật liệu PC nền UPE gia cường sợi dứa dại.
Các yếu tố ảnh hưởng:
+ Z
1
- Nồng độ dung dịch NaOH (%).

+ Z
2
- Thời gian ngâm (ngày).

Bảng 1. Các mức và khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng

Các mức


®¸nh bãng khu«n
§¸nh chÊt chèng
dÝnh

KiÓm tra

s¶n phÈm

§¾p sîi nhùa

Sîi døa d¹iNhùa
UPE

Gia cè gia cêng

T¸ch khu«n


2
)
Hàm lượng lignin (%)
Hàm lượng xenlulo (%)
8,67
2,825
8,6
76,42
6,78
3,257
6,64
80,42
Từ bảng 2 cho thấy, sợi dứa sau khi xử lý ở điều kiện NaOH 10%, thời gian ngâm là
10 ngày có độ ẩm và lượng lignin bé hơn, độ bền kéo đứt và hàm lượng xenluloza thì lớn hơn
so với sợi chưa xử lý. Có nghĩa là sợi sau khi xử lý thì giảm thành phần tạp chất vô định hình,
tăng phần định hướng cao (xenluloza) nên làm tăng độ bền cơ lý cho sợi.
3.2. Xác định điều kiện xử lý sợi tối ưu
Phương trình hồi quy có dạng như sau:
y = b
0
+ b
1
x
1
+ b
2
x
2
+ b
12

y
7
: độ tan trong môi trường HCl của vật liệu composite, (%)
x
1
: biến số mã hóa của biến số thực Z
1

x
2
: biến số mã hóa của biến số thực Z
2

Kết quả thực nghiệm được biểu diễn ở bảng 3.

Bảng 3. Ma trận thực nghiệm

Biến mã
hóa
Kết quả đo được của các hàm mục tiêu Số thứ
tự thí
nghiệm
x
1
x
2
y
1
(N/mm
2

-1
+1
-1
+1
0
0
0
-1
-1
+1
+1
0
0
0
3,257
2,119
1,825
1,570
2,011
1,913
2,207
1,34
1,66
1,54
1,88
1,68
1,67
1,69
14,47
13,734

0,173
0,163
0,183
Dựa vào số liệu thực nghiệm, bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất, kiểm tra tính
có nghĩa các hệ số hồi quy bằng tiêu chuẩn Student, kiểm định tính tương thích của phương
trình hồi quy bằng tiêu chuẩn Fisher ta xác định được các phương trình hồi quy (hàm mục
tiêu) như sau:
y
1
= 2,193 - 0,348 x
1
- 0,495 x
2
y
2
= 1,605 + 0,165 x
1
+ 0,105 x
2
y
3
= 11,1 - 1,532 x
1
- 3,003 x
2
y
4
= 1487,117 - 224,717 x
1
- 420,383 x

5
, y
6
và y
7
theo hướng đạt cực
tiểu. Kết quả tối ưu hóa các hàm mục tiêu được trình bày ở bảng 4.

Bảng 4. Kết quả tối ưu hóa của các hàm mục tiêu

Kết quả tối ưu của các hàm mục tiêu
Điều kiện xử lý
y
1
(N/mm
2
)

y
2
(g)
y
3
(N/mm
2
)

y
4
(N/mm

, y
4
đạt cực
đại và y
2
, y
5
, y
6
, y
7
đạt cực tiểu tại Z
1
= 10% và Z
2
= 10 (ngày) có nghĩa là độ bền cơ lý đạt cực
đại trong khi độ bền hóa thấp nhất nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép của vật liệu nên
đáp ứng yêu cầu để chế tạo các sản phẩm chịu tác động ngoại lực lớn, ít chịu tác động của
môi trường như thùng rác công cộng, hộp công tơ điện, tấm vách, tấm trần, các vật dụng gia
đình, văn phòng như bàn ghế, tủ, kệ sách
+ Phương án 2: Các kết quả tối ưu hóa các hàm mục tiêu cho thấy: y
2
, y
5
, y
6
, y
7
đạt
cực đại và y

nghệ, hộp công tơ điện, bàn ghế, tủ tường, thùng rác, thùng chứa nước, thùng chứa hóa chất

5. Kiến nghị
- Nghiên cứu thêm một số phương pháp xử lý đối với sợi để có thể nâng cao tính chất
cơ lý hóa cho vật liệu PC như phương pháp ủ nhiệt, phương pháp xử lý bề mặt sợi bằng
plasma hoặc corona, phương pháp xử lý bằng axetal
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC trên cơ sở sợi dứa dại và các nền nhựa khác như nhựa
epoxy, nhựa nhiệt dẻo như PVC, PP, cao su thiên nhiên, cao su tổng hợp để mở rộng phạm
vi ứng dụng.
- Khảo sát thêm một số dạng sợi khác như dạng "mat", dạng vải dệt
- Để tận dụng các ưu và nhược điểm của loại sợi thiên nhiên (sợi dứa dại, sợi đay, sợi
gai ) và sợi hóa học (sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi aramid ), nghiên cứu chế tạo vật liệu PC
trên cơ sở gia cường phối hợp cả hai loại sợi. 6. Hiệu quả kinh tế-xã hội
Nếu đề tài được ứng dụng thực tế thì sẽ mang lại một số hiệu quả kinh tế như sau:
- Hạ giá thành sản phẩm composite do đó làm cho loại vật liệu này thu hút được nhiều
người sử dụng hơn.
- Nâng cao hiệu quả sử dụng của lá dứa dại.
- Góp phần thúc đẩy kinh tế của các vùng đất đai khô cằn, khí hậu khắc nghiệt.
- Góp phần phủ xanh các vùng đồi trọc, ven biển, chống xói mòn, lũ lụt TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phạm Minh Hải, Vật liệu chất dẻo tính chất và công nghệ gia công, Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội, 1991.
[2] Trần ích Thịnh, Vật liệu composite cơ học và tính toán kết cấu, Nhà xuất bản Giáo
dục, 1994.