BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU
COMPOSITE CỐT SỢI XƠ DỪA
NỀN NHỰA NHIỆT RẮN

Cán bộ hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

TS. Trương Chí Thành

Nguyễn Phước Duy

Khoa Công Nghệ

MSSV: 2041617

Đại học Cần Thơ

Công Nghệ Hóa Học – K30

Năm 2008



……000……
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................

....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày……tháng……năng 2008
Cán bộ phản biện

Nguyễn Minh Trí

SVTH: Nguyễn Phước Duy

Đặng Tấn Tài


Mục lục

..................................................................................................................... 24
4.2.1.1. Giới thiệu ....................................................................................... 24
4.2.1.2. Gia công composite bằng phương pháp RTM tại Khoa Công Nghệ .
..................................................................................................................... 25
4.2.2. Công nghệ đắp tay ( Hand Lay Up)..................................................... 30
4.2.2.1. Giới thiệu ....................................................................................... 30
4.2.2.2. Gia công composite bằng phương pháp đắp tay ........................... 30
4.3. Kiểm tra cơ tính composite........................................................................ 31
4.3.1. Thí nghiệm kéo .................................................................................... 31
4.3.2. Thí nghiệm uốn .................................................................................... 32
Chương 5: Kết Quả Và Bàn Luận ...................................................................... 34
5.1. Kết quả thí nghiệm .................................................................................... 34
5.1.1. Ảnh hưởng của việc tách sợi đến cơ tính của vật liệu composite........ 34
5.1.1.1. Mođun đàn hồi ............................................................................... 34
5.1.1.2. Độ bền kéo ..................................................................................... 35
SVTH: Nguyễn Phước Duy


Mục lục

5.1.1.3. Độ bền uốn ngang .......................................................................... 37
5.1.1.4. Độ bền va đập ................................................................................ 38
5.1.2. Ảnh hưởng của các dạng sợi khác nhau .............................................. 49
5.1.2.1. Module đàn hồi .............................................................................. 39
5.1.2.2. Độ bền kéo ..................................................................................... 40
5.1.2.3. Độ bền uốn ngang .......................................................................... 41
5.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi xơ dừa đối với cơ tính vật liệu composite cốt
sợi thủy tinh............................................................................................................ 43
5.2. Bàn luận ..................................................................................................... 45
Chương 6: Kết Luận Và Kiến Nghị.................................................................... 47

Bảng 5.5 Mođun đàn hồi của composite được gia cường bằng các dạng sợi khác
nhau ..................................................................................................................... 41
Bảng 5.6 Độ bền kéo của composite được gia cườngbằng các dạng preform khác
nhau ..................................................................................................................... 43
Bảng 5.7 Độ bền uốn của composite được gia cường bằng các dạng perform
khác nhau............................................................................................................. 44
Bảng 5.8 Mođun đàn hồi và độ bền kéo của composite theo phần trăm sợi thủy
tinh....................................................................................................................... 46

SVTH: Nguyễn Phước Duy


Danh sách hình

DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 Cấu tạo quả dừa .................................................................................... 6
Hình 2.2 Sợi xơ dừa thô và sợi nhồi nệm............................................................ 6
Hình 2.3 Quy trình tách chỉ xơ dừa thủ công cổ truyền ..................................... 8
Hình 2.4 Quy trình sản xuất sợi thẳng bằng máy ............................................... 9
Hình 2.5 Thiết bị tách sợi xơ dừa thẳng ............................................................ 10
Hình 2.6 Quy trình tách sợi rối bằng máy hiện nay .......................................... 11
Hình 2.7 Thiết bị tách sợi xơ dừa rối................................................................... 9
Hình 2.8 Các loại thảm và lưới từ xơ dừa ......................................................... 13
Hình 4.1 Xử lý sợi xơ dừa thẳng tách bằng máy với NaOH ............................. 17
Hình 4.2 Sợi xơ dừa đan thảm tại phòng thí nghiệm Polymer-Composite, Khoa
Công Nghệ .......................................................................................................... 21
Hình 4.3 Sợi xơ dừa rối được phân bố trong khung.......................................... 22
Hình 4.4 Máy ép nóng PANSTONE của Đài Loan .......................................... 23
Hình 4.5 Tấm mat sợi xơ dừa ............................................................................ 24
Hình 4.6 Quy trình thực hiện gia công composite bằng thiết bị RTM.............. 28

sợi thủy tinh........................................................................................................ 46

SVTH: Nguyễn Phước Duy


Chương 1. Giới thiệu chung

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG
Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp được chế tạo từ hai hay nhiều thành
phần khác nhau, nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn
hẳn những vật liệu thành phần ban đầu. Tính ưu việt của vật liệu composite là
khả năng thiết kế các kết cấu và vật liệu theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau
mà ta mong muốn. Các thành phần cốt của composite có độ cứng, độ bền cơ học
cao, vật liệu nền là thành phần liên kết tạo nên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt
và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Đặc
tính nổi bật của vật liệu composite là nhẹ, độ bền riêng cao, chịu môi trường, dễ
lắp đặt, và các đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với môi trường ăn mòn hóa học,
độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp. Khi chế tạo ở một nhiệt độ, áp suất nhất định dễ triển
khai được các phương pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất [14].
Thời đại ngày nay với sự ra đời của hàng loạt các sản phẩm kỹ thuật công
nghệ đã làm cho đời sống con người ngày càng được nâng cao. Song cùng với
quá trình phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, đặc biệt trong lĩnh vực
công nghiệp trong những thập niên gần đây, đã làm phát sinh nhiều vấn đề nguy
cơ và thách thức to lớn, trong đó có vấn nạn ô nhiễm môi trường.
Ngày nay, nhu cầu về vật liệu cung cấp cho các ngành công nghiệp như
hàng hải, ô tô, hàng không,…đang ngày càng lớn mạnh. Do đó, một phần lớn vật
liệu composite được sản xuất để đáp ứng nhu cầu này. Mặc dù việc xử lý các
nguồn phế thải vật liệu composite đã được chú trọng rất nhiều nhưng chưa có



Chương 2. Lược khảo tài liệu

CHƯƠNG 2

LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Đề tài này là chuỗi nối tiếp với đề tài “ Ảnh hưởng của xử lý hóa học đến cơ
tính của vật liệu composite được gia cường bằng sợi xơ dừa” của tác giả Lê Anh
Phương, lớp Công Nghệ Hóa K29, Trường Đại học Cần Thơ. Đề tài trên đã được
thực hiện nhằm xác định nồng độ NaOH và thời gian xử lý sợi xơ dừa đồng
phương hợp lý để mang lại cơ tính của vật liệu phù hợp với yêu cầu sử dụng. Tác
giả đã đưa ra được các mức xử lý NaOH phù hợp là 3%-1 ngày, 3%- 4 ngày, 5%
- 2 ngày. Ở các mức xử lý này đều cho cơ tính của vật liệu composite ở mức cao
hơn so với các mức xử lý khác. Đó là do sự bám dính giữa nhựa và sợi xử lý
được cải thiện dẫn đến làm tăng cơ tính của vật liệu. Tuy nhiên, sợi xơ dừa mà
tác giả sử dụng được tách bằng tay. Sợi xơ dừa được tách bằng tay nên có thể sợi
ít bị tổn hại, sợi vẫn giữ được các tính chất cơ tính cao nhưng chúng còn hạn chế
về mặt kinh tế và năng suất rất thấp. Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ
thuật đã xuất hiện nhiều thiết bị cơ khí có thể tách sợi xơ dừa từ những vỏ dừa
một cách nhanh chóng. Như vậy, việc tách sợi xơ dừa bằng máy có làm tổn hại
đến sợi hay không? Và liệu việc sử dụng chúng làm cốt cho vật liệu composite có
ảnh hưởng như thế nào về cơ tính của chúng?
Đề tài sau đây sẽ là phần tiếp nối theo đề tài của tác giả Lê Anh Phương, và
bước đầu sẽ giải quyết các vấn đề đã đặt ra ở trên. Trên cơ sở đó, đề tài tiếp tục
nghiên cứu về ảnh hưởng của việc gia công sợi đối với cơ tính của vật liệu
composite và khảo sát khả năng thay thế của sợi xơ dừa đối với sợi thủy tinh.
Để làm rõ những vấn đề trên trước hết ta cần khảo qua một số kiến thức cơ
bản về những vật liệu thành phần như nhựa polyester không no, sợi xơ dừa thẳng
và sợi xơ dừa rối được tách bằng máy để tạo nên một vật liệu composite hoàn

Mô đun đàn hồi kéo

2.8 – 3.5 Gpa

Mô đun đàn hồi uốn

3 – 4 Gpa

Ứng suất phá hủy kéo

50 – 80 Mpa

Ứng suất phá hủy uốn

90 – 130 Mpa

Biến dạng phá hủy kéo

2 – 5%

Biến dạng phá hủy uốn

7 – 9%

Độ bền nén

90 – 200 Mpa

Độ bền cắt


4


Chương 2. Lược khảo tài liệu

phân hủy các chất xúc tác. Các chất xúc tác quá trình polyme hóa thường dùng là
peroxide và hidroperoxide, còn các chất tăng tốc phân hủy của chúng là treti
amin, các muối coban của acid naphtalenic.[5]
2.1.1.3. Ưu nhược điểm của polyester không no:[5]
Nhựa polyester có ưu điểm:
 Có độ cứng cao.
 Ổn định kích thước.
 Khả năng thấm vào sợi và nhựa cao.
 Dễ sử dụng.
 Chịu được môi trường hóa học.
 Giá thành hạ.
Nhựa polyester có nhược điểm:
 Dễ bị nứt, đặc biệt là nứt do va đập.
 Độ co ngót cao ( khoảng 8 – 10%).
 Khả năng chịu hơi nước, nước nóng kém.
 Bị hư hại dưới tác dụng của tia tím.
 Dễ bắt lửa.
 Chịu nhiệt trung bình ( dưới 1200C).
2.1.2. Sợi xơ dừa.
2.1.2.1. Giới thiệu:
Xơ dừa – thớ vỏ quả giữa nằm ở lớp vỏ ngoài dai, hoặc tầng cutin ngoài
( cũng là một bộ phận của xơ) và gáo cứng bao bọc lớp phôi nhũ có trọng lượng
khoảng chừng 35% trọng lượng của cả quả dừa già, lớp xơ này khác nhau rất
nhiều tùy theo giống dừa.[11]


học chủ yếu và cơ tính của sợi xơ dừa so sánh với các loại sợi khác.

SVTH: Nguyễn Phước Duy

6


Chương 2. Lược khảo tài liệu

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của sợi xơ dừa (Nguồn [9])
Lignin

45.84%

Cellulose

43.44%

Hemicellulose

0.25%

Pectin và những hợp chất liên quan

0.3%

Độ hòa tan trong nước

5.25%


287 – 597

5.5 – 12.6

Đay

1.3

1.5 – 1.8

393 – 773

26.5

Lanh

1.5

2.7 – 3.2

345 – 1035

27.6

Gai dầu

-

1.6


175

4.0 – 6.0

Visco

-

11.4

593

11.0

Thủy tinh – E 2.5

2.5

2000 – 3500

70.0

Thủy tinh – S 2.5

2.8

4570

86.0


7


Chương 2. Lược khảo tài liệu

nghiên cứu về sản phẩm composite sợi xơ dừa. Do đó, nhiều nghiên cứu về các
thiết bị tước chỉ xơ dừa đã được thực hiện nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu của các
ngành công nghiệp. Ở nước ta hai phương pháp được sử dụng phổ biến để tách
xơ dừa là phương pháp thủ công cổ truyền và phương pháp bán cơ khí.
* Phương pháp thủ công cổ truyền [3]
Đối với phương pháp này mức độ cơ khí hóa ở đây rất thấp. Đồng thời
phương pháp này đòi hỏi nhiều nhân công và những quá trình phân hủy bằng vi
khuẩn như ngâm, rửa,….vì khi ngâm chúng trong nước các nhu mô sẽ bị phân
hủy.
Thu hái quả

Đập để loại bỏ
mụn lần 2

Chải sợi

Bóc vỏ

Phơi khô

Ngâm vỏ

Rửa

Rửa ép, gỡ bỏ lớp

* Phương pháp tách bằng máy cho sợi thẳng
Quy trình tách bằng máy đang ngày càng được sử dụng phổ biến ở các
vùng chuyên trồng dừa ở nước ta. So với quy trình tách bằng tay thì đây là quy
trình tiết kiệm được rất nhiều thời gian gia công sợi xơ dừa.
Vỏ dừa

Máy ép

Ngâm trong
bồn

Máy

Sợi xơ dừa thẳng

Đem phơi

Hình 2.4 Quy trình sản xuất sợi thẳng bằng máy
Trước tiên vỏ dừa đã khô hoặc còn tươi sẽ được đưa qua máy ép để tước
các chỉ xơ dừa. Xơ dừa này sẽ được đem ngâm trong các bồn cao để loại bỏ các
mụn dừa còn bám trên xơ. Xơ dừa sẽ được vớt ra và đem phơi ngoài trời cho khô
ráo thời gian khoảng 1 ngày. Xơ sẽ được đưa qua máy tước để loại bỏ các sợi xơ
ngắn và loại các mụn dừa còn lại trên xơ. Lúc này xơ hầu như sẽ không còn mụn
dừa nữa sẽ được đem phơi cho đến khô hoàn toàn.

SVTH: Nguyễn Phước Duy

9



Chương 2. Lược khảo tài liệu

Vỏ dừa

Thiết bị tách sợi rối

Sợi rối

Mụn dừa

Đem phơi

Đóng thành kiện

Hình 2.6 Quy trình tách sợi rối bằng máy hiện nay
Trước tiên vỏ dừa được chuyển từ các phương tiện ghe tàu hoặc được
chất đống từ trước đó đến máy tước sợi rối. Vỏ dừa sẽ được cho lần lượt vào máy
tách sợi. Sợi xơ dừa rối và mụn dừa được tách ra theo hai đường khác nhau. Mụn
dừa sẽ được đóng gói để chuyển sang các vùng trồng cây kiểng. Sợi xơ dừa rối sẽ
được đem phơi khô và sau đó đóng thành kiện, mỗi kiện nặng khoảng 50 kg.
Trục quay của động cơ
Động cơ điện

Nắp của thiết bị tách
Hình 2.7 Thiết bị tách sợi xơ dừa rối

Mụn dừa

Sợi rối


tricresyl-phosphonate hay dimetyl phtalate ( khoảng 70% peroxide). Nó được
dùng để đóng rắn nhựa polyester không no ( ở nhiệt độ khoảng trên 800C) và
thường được dùng với tỉ lệ 0.5-2% so với nhựa [15]. Benzoyl peroxide có công
thức cấu tạo như sau:

Xúc tác BPO được sử dụng ở nhiệt độ nâng cao bằng gia nhiệt chủ yếu
trong công nghiệp ép nóng khuôn kim loại ( MEKP không sử dụng được ở nhiệt
độ cao vì dễ tạo bọt khí và bay hơi nhanh) [1].
Ở nhiệt độ phòng việc sử dụng BPO không thích hợp do nó là chất đóng
rắn chỉ có tác dụng đóng rắn ở nhiệt độ cao. Khi hòa BPO vào nhựa thì có thể ổn
định được từ 2- 4 ngày ở nhiệt độ 250C. Tùy theo loại nhựa, thời gian ổn định có
thể khác nhau, cho nên phải kiểm nghiệm trước khi sử dụng. Tương tự BPO của
mỗi hãng cũng khác nhau, nên cần phải được kiểm nghiệm trước khi sử dụng [1].

SVTH: Nguyễn Phước Duy

12


Chương 2. Lược khảo tài liệu

2.2.2. Cơ chế đóng rắn của BPO.
Quá trình đóng rắn nhựa polyester không no là quá trình trùng hợp gốc,
cơ chế xảy ra theo hiệu ứng dây chuyền với tốc độ lan truyền sự tạo gốc tự do rất
nhanh. Khi hòa BPO vào nhựa thì nó tác dụng ngay với chất xúc tiến để tạo ra
gốc tự do ban đầu. Gốc tự do này lại phản ứng kết nối ngang với các nhóm chưa
bão hòa trong styren và trong bản thân polyester để tạo ra các gốc tự do mới. Gốc
tự do mới này lại tiếp tục phản ứng tạo ra gốc tự do mới khác….Cứ như vậy,
phản ứng dây chuyền này làm cho các chuỗi polyester ngày càng nhiều hơn, dài
hơn, khiến cho nhựa động giảm dần, quánh dần đến mức không chuyển động

2
..

O

+

R-CH=CH-R

.
PhC-O-CH-CH
R R

* Quá trình lan truyền (Propagation)

SVTH: Nguyễn Phước Duy

13


Chương 2. Lược khảo tài liệu

Trong quá trình lan truyền, một gốc Carbon tự do tác dụng vào liên kết
đôi của một phân tử polyester để tạo nên một gốc carbon tự do lớn hơn. Gốc tự
do này lại tác kích vào một phân tử polyester khác để tạo nên một gốc tự do lớn
hơn nữa, và quá trình này cứ tiếp tục cho đến khi gốc tự do bị phá hủy bằng cách
này hay bằng cách khác [].

O
.

.
-CH-CH -CH-CH
PhC-O-CH-CH
R

R

R

R

R

R

2.2.3. Ưu nhược điểm của BPO.
BPO có các ưu điểm:
o Do đóng rắn ở nhiệt độ cao nên thời gian thao tác có thể kéo dài,
đặc biệt phù hợp cho phương pháp RTM.
o Biện pháp gia nhiệt là tốt nhất thậm chí có thể không dùng chất xúc
tiến.
BPO có nhược điểm:
o Nhiệt độ gia công cao do đó ảnh hưởng đến tuổi thọ của các thiết bị
gia công.
o Tốn kém, chi phí cao do phải đầu tư thiết bị gia nhiệt.
2.3. Các dạng preform từ xơ dừa.
2.3.1. Một số dạng preform sẵn có:
Vật liệu gia cường (hay cốt) cung cấp cơ tính cho vật liệu composite như độ cứng,
độ bền phá hủy,…Vật liệu gia cường cũng cho phép cải thiện một số tính chất lý
học của vật liệu composite như tính dẫn nhiệt, chịu nhiệt độ, độ bền mòn, tính dẫn

ứng dụng trực tiếp cho công nghệ vật liệu composite bởi một số lý do:
- Chúng có bề dày lớn nên khả năng thấm nhựa là rất khó.
- Chúng khó dùng để gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp do
khó theo hình dạng khuôn.
Trong khuôn khổ đề tài này, nguồn nguyên liệu mà ta sử dụng là sợi xơ
dừa thẳng được tách bằng máy để tạo nên vật liệu composite sợi đồng phương và
sợi rối cũng được tách bằng máy để tạo nên các tấm mat xơ dừa gia cường cho
vật liệu composite.

SVTH: Nguyễn Phước Duy

15


Chương 2. Lược khảo tài liệu

2.3.2. Tấm mat từ xơ dừa:
Để khắc phục các yếu điểm trên một loại cốt mới đã được nghĩ đến để
thay thế cho những vật liệu cốt vừa dày vừa khó sử dụng, đó là các tấm mát xơ
dừa. Với ưu điểm mỏng nên khả năng thấm nhựa tốt, dễ theo các hình dạng
khuôn phức tạp, dễ sử dụng, được sử dụng phổ biến trong công nghệ vật liệu
composite . Đồng thời phương pháp để tạo nên tấm mat xơ dừa cũng đơn giản
hơn các dạng preform khác.
Ở Ấn Độ, Sri Lanka người ta cũng nghiên cứu chế tạo các tấm mat từ xơ
dừa trong những thập niên gần đây. Các tấm mat này được sử dụng chủ yếu trong
lĩnh vực trang trí nội thất như nệm, bàn ghế… và trong chế tạo các vật liệu
composite. Tuy nhiên, ở Việt Nam người ta chưa chú trọng nhiều về vật liệu
composite sợi tự nhiên. Do đó, người ta chưa tạo ra được các tấm mat sợi xơ dừa
để phục vụ cho công tác nghiên cứu cũng như trong sản xuất. Do đó, một trong
những nhiệm vụ, mục tiêu của đề tài là tìm ra được phương pháp hay nguyên lý