Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU GỖ NHỰA

TỪ NHỰA POLYEHYLEN TÁI CHẾ VỚI MÙN CƯA

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

CẤN DUY HUẤN

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU GỖ NHỰA

TỪ NHỰA POLYEHYLEN TÁI CHẾ VỚI MÙN CƯA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: TS Mai Văn Tiến

Cán bộ chấm phản biện 1: PSG.TS Nguyễn Huy Tùng

Cán bộ chấm phản biện 2: TS Đỗ Văn Công

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 02 tháng 01 năm 2018

LỜI CAM ĐOAN!

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Cấn Duy Huấn

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sĩ với tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ

nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa” Tôi xin chân thành cảm ơn TS

Mai Văn Tiến đã hướng dẫn tôi thực hiện luận văn trong suốt thời gian qua, truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm quý báu, chỉ bảo tận tình và động viên giúp tôi hoàn thành bài báo cáo luận văn này

Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý giá trong suốt thời gian học cao học tại trường

Cảm ơn các anh chị, bạn bè những người bạn đồng hành trong quãng thời gian học cao học, những người đã luôn sát cánh, giúp đỡ, động viên và là nguồn động lực để tôi vươn lên

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót vì vậy tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy – cô để luận văn được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

HỌC VIÊN

Cấn Duy Huấn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG viii

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu: 2

3 Các nội dung nghiên cứu chính: 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Giới thiệu về vật liệu compozit 4

1.1.1 Vật liệu compozit 4

1.1.2 Tính chất của vật liệu compozit 7

1.1.3 Phân loại vật liệu compozit 8

1.1.4 Ứng dụng của vật liệu compozit 9

1.2 Tổng quan về vật liệu compozit gỗ - nhựa 9

1.2.1 Vật liệu compozit gỗ - nhựa 9

1.2.2 Thành phần cấu tạo vật liệu compozit gỗ-nhựa 10

1.2.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu compozit gỗ-nhựa 18

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của compozit gỗ-nhựa 20

1.3 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về vật liệu gỗ nhựa 22

1.3.1 Nghiên cứu nước ngoài 22

1.3.2 Nghiên cứu trong nước 26

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 29

2.2 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 29

2.2.1 Thiết bị sử dụng 29

2.2.2 Nguyên liệu và hoá chất 29

2.3 Phương pháp chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa 30

2.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu, hoá chất 30

2.3.2 Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa 30

2.3.3 Thực nghiệm chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa 32

2.3.4 Phương pháp chế tạo mẫu 34

2.4 Các phương pháp xác định tính chất của vật liệu 34

2.4.1 Xác định độ bền cơ của vật liệu 34

2.4.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope) 36

2.4.3 Phương pháp phân tích nhiệt TGA (Thermal Gravimetric Analysis) 36

2.4.4 Phương pháp nhiệt vi sai DTA (Differential Thermal Analysis) 36

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Nghiên cứu khả năng tương hợp giữa các thành phần tổ hợp để chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa 37

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa trên cơ sở HDPE tái chế với mùn cưa 38

3.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa HDPE/mùn cưa đến tính chất cơ lý 38

3.2.2 Ảnh hưởng của kích thước hạt mùn cưa đến các tính chất của vật liệu gỗ nhựa tạo thành 39

3.2.3 Ảnh hưởng của tốc độ trộn hợp đến tính chất cơ lý của nhựa hạt 40

3.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn hợp đến tính chất cơ lý của nhựa hạt 41

3.2.5 Ảnh hưởng của phụ gia tương MAPE hợp đến tính chất của vật liệu compozit gỗ nhựa 42

3.2.6 Ảnh hưởng của phụ gia chống cháy Al 2 O 3 đến tính chất của vật liệu compozit gỗ nhựa 43

3.2.7 Ảnh hưởng phương pháp xử lý mùn cưa đến tính chất của vật liệu compozit gỗ nhựa tạo thành 44

3.3 Đặc trƣng cấu trúc tính chất của vật liệu compozit gỗ nhựa từ nhựa HDPE tái chế

với mùn cƣa 46

3.3.1 Đặc trưng cấu trúc hình thái bề mặt của vật liệu gỗ nhựa 46

3.3.2 Giản đồ phân tích nhiệt của vật liệu gỗ nhựa 47

3.3.3 Khảo sát khả năng chịu môi trường của vật liệu compozit gỗ nhựa HDPE tái chế với mùn cưa 49

3.4 So sánh một số tính chất của vật liệu gỗ nhựa HDPE/mùn cƣa với một số vật liệu khác cùng chủng loại 50

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

1 Kết luận 51

2 Kiến nghị 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

PHỤ LỤC 56

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Chất độn dạng sợi 5

Hình 1.2 Sự ảnh hưởng của loại và số lượng chất độn lên hiệu quả của compozit 6

Hình 1.3 Các quá trình gia công chính đối với compozit nền polime 7

Hình 1.4 Vật liệu WPC sử dụng làm ván sàn ngoài trời 10

Hình 1.5 Công thức cấu tạo cellulose 13

Hình 1.6 Liên kết hydro trong cellulose 14

Hình 1.7 Cấu trúc hóa học của hemicellulose 15

Hình 1.8: Công thức cấu tạo của lignin 16

Hình 1.9 Phương pháp đúc ép 19

Hình 1.10 Phương pháp ép phun 19

Hình 1.11 Phương pháp đùn kéo 20

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu 30

Hình 3.1 Giản đồ momen xoắn của quá trình trộn hợp chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa trên cơ sở HDPE/mùn cưa 37

Hình 3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ nhựa/ mùn cưa tới tính chất cơ lý của vật liệu 38

Hình 3.3 Ảnh hưởng kích thước mùn cưa đến tính chất của vật liệu gỗ nhựa 39

Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn hợp đến tính chất cơ lý của vật liệu 41

Hình 3.5 Ảnh hưởng của chất tương hợp MAPE đến tính chất của vật liệu gỗ nhựa 42

Hình 3.6 Ảnh hưởng phương pháp xử lý mùn cưa đến tính chất của vật liệu compozit gỗ nhựa 45

Hình 3.7 Ảnh SEM của vật liệu không sử dụng MAPE 46

Hình 3.8 Ảnh SEM của vật liệu sử dụng MAPE (1%) 46

Hình 3.9 Ảnh SEM của vật liệu sử dụng MAPE (1,5 %) 46

Hình 3.10 Ảnh SEM của vật liệu sử dụng MAPE (2 %) 46

Hình 3.11 Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa không sử dụng phụ gia chống cháy 47

Hình 3.12 Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa có chứa phụ gia chống cháy (Al2O3 hàm lượng 1%) 48

Hình 3.13 Độ tăng trọng lượng của compozit khi ngâm trong môi trường nước 49

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Một số tính chất của PE 12 Bảng 2.1 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ HDPE/MC đến tính chất cơ lý của vật liệu 32 Bảng 2.2 Đơn khảo sát ảnh hưởng của chất trợ tương hợp (MAPE) đến tính chất cơ lý của vật liệu 32

cơ lý của vật liệu 33 Bảng 2.4 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt mùn cưa đến tính chất cơ lý của vật liệu 33 Bảng 2.5 Khảo sát ảnh hưởng của tác nhân xử lý mùn cưa 34 Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tốc độ trộn hợp đến tính chất cơ lý của vật liệu 40 Bảng 3.2 Ảnh hưởng của phụ gia chống cháy hợp đến tính chất cơ lý của vật liệu gỗ nhựa 43 Bảng 3.3 So sánh các tính chất của vật liệu compozit HDPE/mùn cưa với một số vật liệu khác 50

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Vật liệu compozit gỗ nhựa là một loại vật liệu kết hợp giữa sợi gỗ và nhựa nhiệt dẻo, sự kết hợp giữa gỗ và nhựa mang lại nhiều tính năng ưu việt cho sản phẩm, so với vật liệu gỗ đơn thuần vật liệu compozit gỗ nhựa có kích thước ổn định hơn, không bị xuất hiện vết rạn nứt, không bị cong vênh, dễ dàng tạo màu sắc cho sản phẩm, có thể gia công giống như vật liệu gỗ, dễ dàng cắt gọt, dùng keo để kết dính, hoặc có thể dùng đinh hoặc ốc vít để liên kết, cố định, quy cách hình dạng có thể căn cứ vào yêu cầu của người dùng để điều chỉnh, tính linh hoạt cao

Có tính nhiệt dẻo của vật liệu nhựa từ đó dễ dàng gia công, tạo hình, thông thường

có thể gia công theo mẫu đặt sẵn hoặc có thể gia công theo yêu cầu cụ thể, có khả năng ứng dụng rộng Tính năng hóa học tốt, chịu được độ pH, chịu được hóa chất, chịu được nước mặn, có thể sử dụng được ở nhiệt độ thấp, và đặc biệt là có thể

sử dụng nhiều lần hoặc thu hồi tái sử dụng, nên thân thiện với môi trường [2,7]

Tại Việt Nam trong những năm qua ngành gỗ có tốc độ phát triển cao và là một trong 10 ngành xuất khẩu chủ lực của cả nước Chỉ trong 13 năm trở lại đây, kim ngạch xuất khẩu của ngành gỗ đã tăng rất nhanh, từ 219 triệu USD năm 2000,

đã tăng lên khoảng 5,0 tỷ USD trong năm 2013 Với kim ngạch xuất khẩu đồ gỗ trong những năm qua; Việt Nam đang khẳng định vị trí số 1 ở khu vực Đông Nam

Á về sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ Với tốc độ phát triển như vậy Việt Nam đang trở thành một trong 10 nước hàng đầu về sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ lớn trên thế giới Hiện tại, hàng năm ngành công nghiệp chế biến gỗ nước ta phải nhập khẩu từ

phụ thuộc vào nguyên liệu, kích thước tạo sản phẩm, công suất thiết bị và thường chiếm tỷ trọng từ 45 - 63% thể tích nguyên liệu Có thể thấy lượng phế liệu gỗ là rất lớn và hiện nay chủ yếu sử dụng để làm nhiên liệu [19] Vấn đề đặt ra là làm thế nào để sử dụng hiệu quả lượng phế liệu gỗ này nhằm nâng cao tỷ lệ sử dụng nguyên liệu đồng thời bảo vệ môi trường Bên cạnh đó, phế liệu chất dẻo từ các loại nhựa đồ dùng trong sinh hoạt hàng ngày rất đa dạng và phong phú Phế liệu

này có nguồn gốc từ polypropylen (PP), polyethylen (HDPE, LDPE ) và polyvinylchlorit (PVC)…hiện tại chưa có số liệu điều tra chính xác về lượng nhựa phế thải này, tuy nhiên theo kết quả điều tra năm 2002 của viện Vật liệu xây dựng cho thấy lượng nhựa phế thải trong rác thải sinh hoạt của Hà Nội là khá cao 7-8% Nếu tính trung bình lượng rác thải của Hà Nội là 18.000 tấn/ngày thì chỉ tính riêng

Hà Nội thải ra khoảng 120 tấn nhựa phế thải Như vậy có thể thấy nguồn nguyên liệu này là rất lớn [13,14]

Vì vậy, việc nghiên cứu tận dụng phế liệu gỗ và nhựa polyethylene phế thải tái chế để sản xuất vật liệu gỗ nhựa là xu hướng mới được nhiều nước quan tâm nghiên cứu, vừa để nâng cao giá trị lợi dụng gỗ, tiết kiệm nguyên liệu, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Xuất phát từ các lý do trên đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ

nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa”, đã được được đặt ra và xác định mục

tiêu nghiên cứu sau:

2 Mục tiêu nghiên cứu:

- Xây dựng được quy trình chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa HDPE tái chế với mùn cưa

- Ứng dụng được nguồn nguyên liệu mùn cưa từ các nhà máy chế biến gỗ và nhựa HDPE tái chế để tạo ra được gỗ nhựa nhân tạo

3 Các nội dung nghiên cứu chính:

- Thu thập tài liệu trong và ngoài nước về tình hình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu gỗ nhựa từ nhựa HDPE tái chế với mùn cưa liên quan phục vụ luận văn

- Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa (Wood Plastic Compostie – WPC) từ nhựa HDPE tái chế với mùn cưa và khảo sát để tối ưu các điều kiện công nghệ chế tạo vật liệu:

+ Điều kiện gia công chế tạo mẫu và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng như tỷ

lệ hàm lượng chất độn, chất tương hợp và phụ gia chống cháy đến các tính chất vật

liệu tạo thành từ đó xác định điều kiện công nghệ và tỷ lệ phối trộn tối ưu của vật liệu từ nhựa HDPE tái chế với mùn cưa

+ Tiến hành biến tính nhựa HDPE tái chế với mùn cưa bằng cách sử dụng các chất tương hợp nhằm cải thiện nâng cao tính năng của vật liệu

- Xác định các điều kiện công nghệ tối ưu chế tạo vật liệu

- Phân tích tính chất của sản phẩm tạo ra:

+ Xác định độ bền kéo, độ bền uốn, hình thái cấu trúc vật liệu, độ bền nhiệt, đánh giá khả năng kháng nước và cũng như khả năng chống cháy của vật liệu tạo ra

+ Đánh giá so sánh hiệu quả kinh tế, môi trường của vật liệu tạo ra với vật liệu khác cùng loại

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu về vật liệu compozit

1.1.1 Vật liệu compozit

Vật liệu compozit có thể được định nghĩa là sự kết hợp của hai hay nhiều vật liệu khác nhau để hình thành nên một vật liệu mới có những tính chất tốt hơn so với từng vật liệu ban đầu, khi chúng được sử dụng riêng rẽ Ngược lại so với các hợp kim, kim loại, mỗi thành phần trong vật liệu compozit vẫn còn giữ được những tính chất cơ, lý, hóa riêng biệt của nó Compozit gồm hai thành phần chính

là vật liệu nền và vật liệu gia cường (cốt) Những ưu điểm chính của vật liệu compozit là độ bền và độ cứng, cùng với đó là tỷ trọng thấp khi so sánh với các vật liệu khối

Vật liệu gia cường hay chất độn (cốt) (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước Trong hầu hết các trường hợp, chất gia cường thường bền hơn, cứng hơn và giòn hơn vật liệu nền Chất gia cường thường ở dạng sợi hoặc hạt Các compozit cốt hạt có kích thước tương tự nhau ở tất cả các hướng Chúng có thể ở dạng cầu, dạng tấm phẳng hoặc ở bất kì các hình dạng thông thường hay không thông thường khác Compozit cốt hạt có xu hướng yếu hơn và độ cứng kém hơn so với compozit cốt sợi liên tục, nhưng chúng lại rẻ hơn nhiều Compozit cốt hạt thường chứa chất gia cường ít (40-50% thể tích)

do đó khó gia công và dễ bị gãy

Sợi có chiều dài lớn hơn rất nhiều so với đường kính của nó Tỉ lệ độ

dài/đường kính (l/d) được biết đến như là tỉ số hướng và có thể thay đổi Sợi liên

tục có tỉ số hướng dài, trong khi đó sợi gián đoạn thì có tỉ số hướng ngắn hơn Compozit cốt sợi liên tục thường có hướng ưu tiên còn sợi gián đoạn lại thường

có hướng ngẫu nhiên Một số ví dụ về compozit dạng sợi liên tục và sợi gián đoạn được thể hiện trong hình 1.1

Compozit cốt hạt liên tục thường được chế tạo thành những dạng tấm mỏng bằng cách xếp chồng các tấm đơn của sợi liên tục theo các hướng khác nhau để thu

60-70% Sợi làm cho compozit có độ bền cao là do chúng có những đường kính nhỏ; chúng chứa ít khuyết tật hơn so với vật liệu khối Theo nguyên tắc chung, đường kính sợi càng nhỏ thì độ bền càng cao, nhưng thường giá thành lại cao hơn khi đường kính nhỏ hơn Ngoài ra, những sợi có độ bền cao đường kính nhỏ cũng

có độ dẻo tốt hơn và dễ gia công hơn Một số loại sợi điển hình như: sợi thủy tinh, sợi cacbon, aramit…Pha nền là pha liên tục như polyme, kim loại, ceramic Polyme có độ bền và độ cứng thấp, kim loại có độ bền và độ cứng trung bình nhưng tính kéo sợi cao và ceramic có độ bền và độ cứng cao nhưng lại giòn,

dễ gãy

Hình 1.1 Chất độn dạng sợi

Vật liệu nền (pha liên tục) thực hiện nhiều chức năng cơ bản: Ban đầu duy trì các sợi trong không gian và hướng thích hợp, sau đó bảo vệ chúng trước môi trường và sự ăn mòn Trong các compozit nền ceramic, mục đích làm tăng độ bền được ưu tiên hơn so với độ cứng do đó sự liên kết bề mặt thấp được mong muốn Loại và số lượng của chất gia cường quyết định các tính chất cuối cùng của vật liệu compozit Hình 1.2 thể hiện rằng tính modul và độ bền cao nhất thu được với

Liên tục

Theo 1 chiều duy nhất (UD) Vải Sợi thô

(Dệt) Quấn sợi xoắn

30 o

Không liên tục

Cắt nhỏ Thảm

các compozit cốt sợi liên tục Có một thực tế là nồng độ của chất gia cường bị giới hạn ở 70% thể tích Ở các tỉ lệ cao hơn thì có rất ít vật liệu nền có thể hỗ trợ hiệu quả cho sợi

Hình 1.2 Sự ảnh hưởng của loại và số lượng chất độn lên hiệu quả của compozit

Về lý thuyết thì độ bền của các compozit cốt sợi gián đoạn có thể tiệm cận với compozit cốt sợi liên tục nếu tỉ số hướng của chúng đủ lớn và chúng được sắp xếp, nhưng thực tế lại rất khó để duy trì được một sự sắp xếp tốt với các sợi gián đoạn Compozit cốt sợi gián đoạn thường sắp xếp một cách ngẫu nhiên, điều này làm giảm mạnh độ bền và tính modul của chúng Tuy nhiên, compozit cốt sợi gián đoạn thường có giá thành thấp hơn nhiều so với compozit cốt sợi liên tục Do đó, compozit cốt sợi liên tục thường được sử dụng cho những ứng dụng cần yêu cầu

độ bền và độ cứng cao (nhưng giá thành cũng cao hơn) và compozit cốt sợi gián đoạn được sử dụng khi giá thành là yếu tố quyết định còn độ bền hay độ cứng là những yếu tố ít quan trọng hơn

Cả vật liệu gia cường và vật liệu nền đều ảnh hướng tới quá trình xử lý của vật liệu compozit Quá trình chính xử lý và chế tạo của vật liệu compozit nền polyme được thể hiện trong hình 1.3

Ngắn ngẫu nhiên

Dài ngẫu nhiên Vải dệt

Cắt trên thực tế

Hình 1.3 Các quá trình gia công chính đối với compozit nền polyme

Có hai loại nền polyme được thể hiện trong hình 1.3 là nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn Nhựa nhiệt rắn khởi đầu là một loại nhựa có độ nhớt thấp mà phản ứng và lưu hóa trong suốt quá trình xử lý, hình thành nên một dạng rắn cứng Nhựa nhiệt dẻo là nhựa có độ nhớt cao được xử lý bằng nhiệt ở trên nhiệt độ nóng chảy Vì nhựa nhiệt rắn phản ứng và lưu hóa trong quá trình xử lý nên nó không thể được tái xử lý bằng phương pháp nhiệt, trong khi đó nhựa nhiệt dẻo có thể được tái xử lý bằng nhiệt trên nhiệt độ nóng chảy

Đối với compozit nền kim loại và ceramic thì chúng thường yêu cầu nhiệt

độ cao và đôi khi cả áp suất cao cho quá trình xử lý nên giá thành sẽ cao hơn so với compozit nền polyme Tuy nhiên, chúng cũng có độ ổn định nhiệt cao hơn, tính chất này thường yêu cầu cho những ứng dụng mà vật liệu phải làm việc với những môi trường có nhiệt độ cao

1.1.2 Tính chất của vật liệu compozit

Trong điều kiện sử dụng các vật liệu đúng tiêu chuẩn thì vật liệu compozit có những ưu điểm chủ yếu sau:

- Nhẹ nhưng cứng vững, chịu va đập, uốn, kéo tốt

Đúc phun Đúc nén

Ép ráp Định hình bằng nhiệt Đúc nén

Hỗn hợp

sợi - ngắn

Hỗn hợp sợi - liên tục

Hỗn hợp sợi - ngắn

Hỗn hợp sợi - liên tục

Gia công hỗn hợp

Gia công hỗn hợp nhựa nhiệt rắn

Gia công hỗn hợp nhựa nhiệt dẻo

- Chịu hoá chất, không sét gỉ, chống ăn mòn Đặc tính này thích hợp cho biển

và khí hậu vùng biển

- Chịu thời tiết, chống tia tử ngoại, chống lão hoá nên rất bền

- Chịu nhiệt, chịu lạnh, chống cháy

- Cách điện, cách nhiệt tốt

- Chịu ma sát, cường độ lực, nhiệt độ cao (thể hiện ở compozit sợi carbon)

- Hấp thụ sóng điện tử tốt (compozit – thủy tinh)

- Không thấm nước, không độc hại

- Bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, chi phí thấp

- Màu sắc đa dạng, đẹp bền vì được pha ngay trong nguyên liệu

- Thiết kế, tạo dáng thuận lợi, đa dạng, có nhiều công nghệ để lựa chọn

1.1.3 Phân loại vật liệu compozit

Vật liệu Compozit được phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật liệu thành phần

+ Phân loại theo hình dạng:

Vật liệu Compozit độn dạng sợi: Khi vật liệu tăng cường có dạng sợi, ta gọi

đó là compozit độn dạng sợi, chất độn dạng sợi gia cường tăng cơ lý tính cho polyme nền

Vật liệu compozit độn dạng hạt: Khi vật liệu tăng cường có dạng hạt, các tiểu

phân hạt độn phân tán vào polyme nền Hạt khác sợi ở chỗ nó không có kích thước

ưu tiên

+ Phân loại theo bản chất, thành phần:

- Compozit nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt có dạng: sợi hữu cơ (polyamit, kevlar ), sợi khoáng (thủy tinh, cacbon ), sợi kim loại (bo, nhôm)

- Compozit nền kim loại: nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al,…) cùng

với độn dạng hạt: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (Si, C)…

- Compozit nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)…

1.1.4 Ứng dụng của vật liệu compozit

Compozit được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sau đây:

+ Trong giao thông vận tải: Thay thế các loại sắt, gỗ, ván VD: càng, thùng trần

của các loại xe oto, một số chi tiết của xe môtô

+ Trong hàng hải: Làm ghe, thuyền, thùng, tàu

+ Trong ngành hàng không: Thay thế vật liệu sắt, nhôm trong máy bay dân dụng, quân sự

+ Trong quân đội: Những phương tiện chiến đấu: Tàu, cano, máy bay, phi

thuyền Dụng cụ, phương tiện phục vụ cho việc sản xuất nghiên cứu trong quân đội như: Bồn chứa nước hoặc hóa chất, khay trồng rau, bia tập bắn

+ Trong công nghiệp hóa chất: Bồn chứa dung dịch acid (thay gelcoat bằng epoxy hoặc nhựa vinyleste) Bồn chứa dung dịch kiềm (thay gelcoat bằng epoxy)

+ Trong dân dụng: Sản phẩm trong sơn mài: Bình, tô, chén, đũa ; Sản phẩm trang trí nội thất: Khung hình, phù điêu, nẹp hình, vách ngăn ; Bàn ghế, tủ giả đá, khay, thùng, bồn, đường ống dẫn nước

1.2 Tổng quan về vật liệu compozit gỗ - nhựa

1.2.1 Vật liệu compozit gỗ - nhựa

Vật liệu compozit gỗ - nhựa là loại vật liệu compozit được tổ hợp từ các loại nhựa nhiệt dẻo như PE, PP, PVC , cùng với cốt là các loại bột gỗ, sợi gỗ hay các loại sợi thực vật khác Ngoài ra, trong quá trình chế tạo có thể có thêm một số chất phụ gia như phụ gia trợ tương hợp, phụ gia liên kết, phụ gia chống cháy và các loại phụ gia khác Sản phẩm WPC có cơ tính tốt, có độ ổn định kích thước cao

và có thể chế tạo ra các loại sản phẩm có hình dạng phức tạp [4,6,18]

Vật liệu WPC là vật liệu được biết đến sớm vào năm 1900, tuy nhiên vào năm 1983 công ty American Woodstock ở Sheboygan, Wisconsin bắt đầu sản xuất WPC cho nội thất ôtô bằng phương pháp ép đùn sử dụng nhựa nền PP và bột gỗ,

từ đó sản phẩm WPC được phổ biến rộng trên thế giới [40]

Vật liệu WPC hiện nay được sử dụng nhiều trong công nghiệp như làm sàn tàu, khung cửa, ván sàn, ốp tường, ốp trần nhà, làm hàng rào trang trí Nhờ những

đặc tính ưu việt mà WPC được dùng để thay thế cho gỗ tự nhiên, ván dăm, ván sợi dùng trong xây dựng, giao thông, các công trình nội thất, ngoại thất, đồ nội thất ô

tô, máy bay, Một số ứng dụng cụ thể của vật liệu compozit như: Làm ván sàn ngoài trời (hình 1.4),…

Hình 1.4 Vật liệu WPC sử dụng làm ván sàn ngoài trời

Sản phẩm WPC có thể sản xuất bằng công nghệ ép đùn, ép phun hay ép phẳng trong khuôn Gỗ gia cường có thể được sử dụng ở dạng bột gỗ, dăm gỗ hay các phế liệu trong chế biến gỗ như mùn cưa, vỏ bào,… Nhựa nhiệt dẻo có thể sử dụng là nhựa tái sinh hoặc nguyên sinh tuỳ vào lĩnh vực và yêu cầu sử dụng của vật liệu [20,22]

1.2.2 Thành phần cấu tạo vật liệu compozit gỗ-nhựa

1.2.2.1 Vật liệu nền

Nhựa nền nhiệt dẻo sử dụng trong sản xuất WPC chủ yếu polyetylen, polypropylen, polyvinylclorua…

* Nhựa Polyetylene:

PE có cấu tạo mạch thẳng, cấu tạo này tạo cho PE có độ sắp xếp chặt chẽ,

độ kết tinh cao hơn so với dạng mạch nhánh

Trong PE luôn tồn tại vùng tinh thể xen lẫn vùng vô định hình, LDPE có

độ kết tinh từ 75  95%

Cấu tạo mạch thẳng của PE là:

Tính chất của PE:

+ Tính chất vật lý của PE

PE tỉ trọng thấp (LDPE) ở dạng trong mờ, là chất rắn giống như sáp, có tỷ trọng nhỏ hơn, có độ cứng tương đối thấp hơn và nhiệt đọ chảy mềm cao hơn PE tỉ trọng cao (HPDE), nhưng LDPE chịu bền va đập tốt hơn PE có tính chất cách điện tốt PE ở dạng màng mỏng thì trong, còn ở dạng khối thì đục, không độc, khi

ở nhiệt độ thấp vẫn giữ được tính dai và mềm không dẫn điện và không dẫn nhiệt, không cho nước và khí thấm qua, chống thấm khí O2, CO2, N2 và dầu mỡ đều

trọng lượng phân tử và độ mềm dẻo của mạch polymer, hàm lượng độn Tính chất

cơ học của PE phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ nhất là độ bền kéo, độ bền uốn, độ dãn dài Một số tính chất vật lý đặc trưng của PE được trình bày ở bảng 1.1

109028'

có cực thì có độ thấm khí nhỏ, còn đối với chất không cực thì độ thấm khí cao

+ Ứng dụng của PE

Trong lĩnh vực dân dụng, PE đƣợc sử dụng rất nhiều, từ các loại màng mỏng, bao bì, màng phủ, túi đựng, các loại chai lọ đến các loại thùng chứa Ngoài ra, còn có các sản phẩm dạng tấm nhƣ làm tấm lợp, sản phẩm dạng ống với nhiều tính chất tốt nhƣ không bị ăn mòn, chịu hóa chất, có sức cản trở nhỏ đối với chất lỏng, có khả năng chịu lạnh cao và dễ lắp ráp Trong lĩnh vực công nghiệp,

PE được dùng để bọc dây cáp điện do có tính cách điện cao và độ thấm hơi nước nhỏ PE còn được phủ lên bề mặt kim loại để chống gỉ, chống ẩm, cách điện, chịu hóa chất PE được gia cường bằng sợi, bột cho sản phẩm có tính chất cơ lý tốt hơn Ngoài ra PE còn được sử dụng ở dạng sợi để làm vải dệt, dây chão, lưới đánh cá và nhiều ứng dụng khác.

1.2.2.2 Vật liệu cốt

Vật liệu cốt sử dụng để sản xuất WPC thường sử dụng là bột gỗ và sợi thực vật Bột gỗ là vật liệu được nghiền mịn từ gỗ hay phế liệu trong chế biến gỗ như mùn cưa, phoi bào, phế liệu gỗ khác của các loại gỗ thông, bạch đàn,…thậm chí từ các phế phẩm nông nghiệp khác như vỏ trấu,… Kích thước bột gỗ sử dụng cho công nghệ chế tạo compozit gỗ nhựa thường có kích thước nhỏ hơn 1,2 mm tùy theo công nghệ ép phun

C Thông thường, bột gỗ sử dụng có kích thước trong khoảng 300 - 420 μm và được phân loại thành các cấp 50 - 150 μm, 100 - 200 μm, 200 - 450 μm và 450 - 700 μm [31]

Các thành phần hóa học chính của bột gỗ bao gồm cellulose, lignin, hemicelluloses và hợp chất vô cơ khác Trong đó cellulose, hemicellulose và lignin là các thành phần ảnh hưởng lớn đến các tính chất của sợi Thành phần hóa học của sợi phụ thuộc vào môi trường sống, tuổi cây, phương pháp tách sợi,…[19] Cellulose: Cellulose là polysacarit tự nhiên, có cấu trúc mạch thẳng không phân nhánh, được tạo thành từ các mắt xích cơ bản là anhydro – D – gluco - pyranozơ, liên kết với nhau qua liên kết 1,4 – a - glucozit Cellulose có mặt trong tất

cả các loài thực vật nhưng mỗi loài có một hàm lượng khác nhau Công thức phân

tử của cellulose là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n; và công thức cấu tạo như sau:

hoặc

Hình 1.5 Công thức cấu tạo cellulose

Cellulose là polyme tương đối cứng, các đại phân tử có mức độ bất đối xứng cao do cấu trúc mạch vòng của mắt xính, do nhóm –OH có cực cao và liên kết mạnh giữa các phân tử của chúng Liên kết giữa các phân tử cellulose được thực hiện bằng các lực vật lý với năng lượng liên kết nhỏ và bằng liên kết hydro Khả năng đứt và hình thành trở lại liên kế hydro là nguyên nhân tạo nên hàng loạt tính chất quan trọng của vật liệu cellulose Trong cellulose khô hầu như tất cả các nhóm –OH đều tham gia tạo thành liên kết hydro [18]

Hình 1.6 Liên kết hydro trong cellulose

Do cấu trúc hóa học của cellulose có nhiều nhóm hydroxyl có thể tạo tương tác với nước thông qua việc tạo liên kết hydro Trong khi sợi thủy tinh chỉ có hiện tượng hấp thụ nước trên bề mặt thì sợi cellulose tương tác với nước không chỉ trên

bề mặt mà còn cả bên trong bó sợi Lượng phân tử nước bị hấp thụ phụ thuộc vào cân bằng theo độ ẩm tương đối của không khí

Hemicellulose: Hemicellulose là những chất polysaccharides cấu tạo nên

vách tế bào, nhưng so với cellulose thì hemicellulose kém ổn định hoá học hơn, dễ

bị phân giải khi ở nhiệt độ cao Hemicellulose gồm có pentosan (C5H8O4)n và hexosan (C6H10O5)n Hàm lượng pentosan và hexosan trong các loại gỗ có khác nhau, ở cây lá rộng lượng pentosan nhiều (19 - 23%) và hexosan (3 - 6%), ở gỗ lá kim tỷ lệ pentosan và hexosan xấp xỷ nhau (10 - 12%) Nói chung hemicellulose

dễ bị thuỷ phân dưới tác dụng của acid Hemicelluloses có cấu trúc phức tạp hơn celluloses và có cấu trúc phân tử có mạch nhánh nhiều, độ trùng hợp thấp n < 200

Do cấu trúc mạch nhánh hemicelluloses có cấu trúc chủ yếu ở vùng vô định hình,

phân trong dung dịch axit, dễ bị trích ly khỏi sợi trong dung dịch kiềm loãng, dễ hấp thụ ẩm, có khả năng thủy phân dưới tác dụng của vi khuẩn và làm suy giảm độ bền nhiệt của sợi, tính chất cơ học kém, không bền [17]

Hình 1.7 Cấu trúc hóa học của hemicellulose

Lignin: Là một polyme thơm tự nhiên, là một hỗn hợp phức tạp của nhiều

polyme dạng phenolic, có cấu tạo mạng không gian ba chiều Trong thực vật lignin

là chất liên kết giữa các tế bào, làm cho thành tế bào cứng hơn, chịu va đập, chịu nén, bền dưới tác động của vi sinh vật, lignin đóng vai trò như nhựa nền trong compozit, còn cellulose đóng vai trò chất gia cường Lignin có cấu trúc vô định hình, có khối lượng phân tử từ 4000 - 10000, độ trùng hợp cao n = 25 – 45, liên kết giữa các đơn vị lignin rất phức tạp Bản chất của các liên kết này chưa được xác định rõ ràng, trong lignin có nhiều nhóm chức như hydroxyl tự do, nhóm metoxyl, nhóm cacbonyl và nối đôi, nhờ vậy mà nó có thể tham gia các phản ứng như oxy hóa làm đứt mạch cacbon tạo thành các axit béo và thơm, hydro hóa và khử, phản ứng với halogen, axit nitric, phản ứng metyl hóa Lignin nóng chảy ở

C [17]

Một dạng công thức điển hình của lignin như sau:

O O

H2C

Hình 1.8: Công thức cấu tạo của lignin

Thành phần vô cơ: Hàm lượng các chất vô cơ trong thực vật thường được

quy về hàm lượng tro, nó được đo xấp xỉ bằng lượng muối khoáng và các chất vô

C Các chất vô cơ thường gặp trong thành phần của tro là oxit silic chiếm chủ yếu 90 - 97%, oxit kali chiếm 1,8 – 2,8%, CaO, PbO, Al2O3, Fe2O3… [2]

Tóm lại: Khi sử dụng bột gỗ hay sợi thực vật làm vật liệu cốt có ưu điểm là

có thể tạo ra vật liệu compozit có tính bền dai cao, khối lượng thể tích thấp và có khả năng phân hủy sinh học Hơn nữa bột gỗ dễ kiếm với giá thành rẻ, có thể triển khai với vốn đầu tư thấp, dễ gia công, không gây kích thích da, ít ăn mòn thiết bị Đặc biệt có thể tái chế được, phế thải sau khi sử dụng có khả năng phân hủy sinh học, dễ phân hủy hoàn toàn bằng nhiệt Nhưng nhược điểm của bột gỗ hay sợi thực vật là bản chất phân cực cao làm chúng không tương thích với các polyme không phân cực, sự dễ hút ẩm, kích thước sợi ngắn dẫn đến độ bền uốn kém, dễ cháy bởi nhiệt,

1.2.2.3 Chất trợ tương hợp

Chất trợ tương hợp là các hợp chất cao phân tử có khả năng hoạt động bề mặt trong hỗn hợp polyme không đồng nhất Thông thường, mạch của chất trợ tương hợp có cấu trúc khối, trong đó một phần trộn lẫn với một cấu tử của hỗn hợp

và phần còn lại trộn lẫn với cấu tử thứ hai Cấu trúc khối này có thể được chế tạo trước và thêm vào hỗn hợp polyme không tương hợp, ngoài ra cũng có thể được tạo ra tại chỗ trong quá trình trộn hợp, tuy nhiên để có thể tiến hành tương hợp tại chỗ thì các cấu tử của hỗn hợp phải có khả năng phản ứng với nhau [26]

Hiện nay có rất nhiều loại chất trợ tương hợp đã được nghiên cứu và ứng dụng trong công nghệ sản xuất WPC [30] như MAPP; MAPE, PVAC,…Các chất trợ tương hợp này thường được sử dụng cùng với một số chất khác làm tác nhân khơi mào phản ứng tạo liên kết Tùy vào chủng loại nhựa nền và vật liệu gia cường mà người ta lựa chọn các chất trợ tương hợp và chất khơi mào cho phù hợp

1.2.2.4 Phụ gia

Chất trợ ổn định: Chất trợ ổn định sẽ chậm quá trình lão hóa của vật liệu nhựa, các chất trợ ổn định thường được sử dụng như phosphit hữu cơ, hỗn hợp epoxy, chất phòng lão hóa đa nhân phenol (như Bisphenol A), chất hấp thụ tia UV Benzo-triazole (như Cyasorb, Tinuvin) [8,21,39]

Chất độn: Chất độn được thêm vào để tiết kiệm nguyên liệu cốt, giảm độ co ngót, giảm giá thành sản phẩm; chất độn thường sử dụng nhất là canxi cacbonate (CaCO3) [21,39]

Chất hóa dẻo: Chất hóa dẻo được thêm vào vật liệu để lảm cải thiện khả năng gia công, độ mềm dẻo và khả năng dãn dài Chất hóa dẻo làm giảm độ nhớt, nhiệt độ chuyển thủy tinh và môđun đàn hồi của sản phẩm mà không làm thay đổi tính chất hóa học của vật liệu được hóa dẻo Các chất hóa dẻo thường được sử dụng như: Monocarboxylic acid ester (acetate, propionate, glycolic acid ester, benzoic acid ester); Phosphate (ngoài tác dụng hóa dẻo còn có tác dụng chống cháy); Chất hóa dẻo polyester [8,21]

Chất bôi trơn: Nhựa nhiệt dẻo thường được gia công ở nhiệt độ trên nhiệt

độ nóng chảy hoặc trên nhiệt độ chuyển thủy tinh đối với loại nhựa vô định hình

Do khối lượng phân tử lớn nên nhựa chỉ có thể được đẩy và định dạng dưới áp suất cao, lực chuyển dịch làm hao tốn nhiều nguyên liệu Nhiệt sinh ra trong quá trình này làm gia tăng quá trình phân hủy hoặc ảnh hưởng xấu đến hệ phân tán nhiều pha Ngoài việc ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái chảy của vật liệu, chất bôi trơn còn có tác dụng như làm sản phẩm bóng láng hơn, giúp phân tán độn và màu dễ dàng hơn [8,21]

1.2.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu compozit gỗ-nhựa

Công nghệ chế tạo vật liệu compozit rất phong phú và đa dạng Tùy thuộc vào yêu cầu, tính chất của sản phẩm mà có thể thay đổi phù hợp

1.2.3.1 Phương ép chân không

Vật liệu lớp được gia công bằng tay theo phương pháp ướt

Màng chất dẻo (nilon) bọc lên khuôn và không khí được tháo ra nhờ bơm Lượng nhựa thừa được loại bỏ dưới tác dụng của bơm chân không

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp hút chân không

 Quá trình tạo chân không làm tăng giá thành sản phẩm;

 Đòi hỏi kỹ năng thao tác cao hơn

1.2.3.2 Đúc ép nóng (hot moulding)

Nhựa cốt được phân bố đều mặt khuôn đúc dưới áp suất và nhiệt độ cao Sản phẩm được định hình theo ba chiều, kỹ thuật đúc ép được sử dụng để tao

 Đúc ép nguội (cold press moulding): Tương tự như đúc ép nóng nhưng ở nhiệt độ thường

Hình 1.9 Phương pháp đúc ép 1.2.3.3 Ép phun ( injecting moulding)

- Nhựa nhiệt dẻo: Tạo hạt compound nhựa và sợi cắt hoặc nghiền, sau đó đưa vào máy ép phun để tạo thành sản phẩm

- Nhựa nhiệt rắn: Sợi ngắn được định hình trước nếu cần, được đặt vào khuôn, sau đó đóng lại, kẹp chặt và nhựa được phun vào từ đầu trộn có độ khuấy cao

Hình 1.10 Phương pháp ép phun 1.2.3.4 Phương pháp đùn kéo

Phương pháp này là phương pháp gia công liên tục để sản suất ra loại compozit dạng profile với bất cứ độ dài nào yêu cầu Sợi tẩm sẳn được kéo qua

Khung thép cứng Lỗ thoát nước/thông hơi

Thùng tròn

Bộ phận truyền nhiệt

Vòi Khuôn

một lỗ (có lõi gia nhiệt), với hình dạng theo chiều cắt ngang bề mặt của sản phẩm Sản phẩm được định hình khi nhựa khô Ưu điểm của phương pháp này là sản xuất sản phẩm thành mỏng với đa dạng độ dài, bề mặt căt ngang, dễ dàng tự động hóa Nhược điểm của phương pháp này là hạn chế sự thay đổi hình dạng sản phẩm theo chiều dài của sản phẩm là không thể

Hình 1.11 Phương pháp đùn kéo

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của compozit gỗ-nhựa

1.2.4.1 Ảnh hưởng của nguyên vật liệu đến tính chất của WPC

Ảnh hưởng của chủng loại nguyên liệu: Chủng loại nguyên liệu thành phần

có ảnh hưởng rất nhiều đến cơ tính của vật liệu WPC Các nguyên liệu thành phần

có cơ tính tốt thì vật liệu compozit cũng có cơ tính tốt và tốt hơn tính chất của từng nguyên liệu thành phần

Ảnh hưởng của kích thước bột gỗ: Kích thước của bột gỗ có ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật liệu Nếu bột gỗ có kích thước quá lớn thì quá trình phối trộn không tốt, khả năng hòa trộn giữa bột gỗ và nhựa không đều gây khuyết tật cho sản phẩm Ngược lại nếu bột gỗ có kích thước nhỏ thì quá trình phối trộn đồng đều hơn và yêu cầu áp lực ép không cao, do đó trong quá trình gia công mức độ phối trộn nhựa và bột gỗ đều hơn, sản phẩm ít bị khuyết tật Nhưng kích bột gỗ càng

Giá đăt sợi thô

Nhúng nhựa

Định hình, nhúng tăng cường

Làm khô

Độ chính xác cơ học điều khiển bộ phận kéo

chuyển động qua lại cho tốc độ không đổi

không phụ thuộc lực kéo

Cưa cắt khô hoặc ướt

Khung đỡ máy Tiếp liệu định hình và nhúng sợi

Đùn cán bằng nhiệt Giá treo thiết bị điều khiển chính

Bộ phận kéo chuyển động qua lại

Cưa cắt ngang

gỗ, dễ cháy trong quá trình gia công do đó tính chất của vật liệu giảm Kích thước bột gỗ thích hợp để sản xuất vật liệu WPC khoảng ≤ 1,2mm [21,27,39]

Ảnh hưởng của độ ẩm bột gỗ: Trong vật liệu WPC thì bột gỗ là thành phần

có khả năng hút ẩm rất lớn, nước trên bề mặt bột gỗ đóng vai trò giống như nguyên tử làm phân tách trên bề mặt phân chia pha giữa sợi và nhựa nền Sự xuất hiện của hơi nước trong vật liệu thường làm ảnh hưởng xấu đối với quá trình ép và chất lượng sản phẩm như làm cong vênh, phồng rộp sản phẩm, làm chậm quá trình đóng rắn, Do đó độ ẩm của bột gỗ ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất cơ học của vật liệu WPC, cho nên độ ẩm của bột gỗ trước khi gia công khoảng 4% [10,21,39]

1.2.4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nhựa nền/trợ tương hợp /bột gỗ

Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa nền: Nếu nhựa nền quá ít thì bột gỗ nhiều do đó không bao bọc hết cốt và dẫn đến hiện tượng liên kết giữa pha cốt - nền không liên tục làm cho tính chất của vật liệu giảm Ngược lại nếu nhựa nền quá nhiều thì bột

gỗ ít, pha nền bao bọc được toàn bộ cốt, nhưng nếu tỷ lệ cốt ít thì độ bền không cao và giá thành sản phẩm cao; Nếu chọn được tỷ lệ nhựa nền HDPE và cốt phù hợp thì liên kết cốt nền sẽ tốt nhất, giảm giá thành sản phẩm,…[ 8,10,13,21,31]

Ảnh hưởng của tỷ lệ MAPE: Nếu tỷ lệ MAPE quá cáo và quá thấp cũng sẽ ảnh hưởng tới tính chất của vật liệu; Nếu chọn tỷ lệ MAPE quá thấp thì cầu nối liên kết hóa học - khuếch tan giữa cốt và nền ít làm cho tính chất của vật liệu giảm; Nếu chọn tỷ lệ MAPE cao thì lớp trung gian nhiều các mạch phân tử MAPE lớn khó tiếp xúc với bề mặt gỗ dẫn đến khó phản ứng được với nhóm OH, khi đưa một lượng lớn MAPE sẽ làm cản trợ sự kết tinh của polyme dẫn đến làm giảm tính chất của vật liệu [12,16,23,24]

1.2.4.3 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất của vật liêu WPC

Ảnh hưởng của nhiệt độ ép: Khi nhiệt độ gia công quá cao (vượt quá giới hạn trên) thì nhựa có khả năng nóng chảy tốt, tuy nhiên lại ảnh hưởng xấu tới tính chất của bột gỗ và nhựa Bột gỗ và nhựa dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao làm giảm tính chất cơ lý

và làm thay đổi màu sắc của sản phẩm Nếu nhiệt độ thấp (dưới giới hạn dưới) thì sản

phẩm có kết cấu không chặt chẽ do nhựa chưa chảy hoàn toàn nên ảnh hưởng đến sự trộn đều và khả năng liên kết giữa nhựa và bột gỗ Ngoài ra chúng còn tạo ra pha bột

gỗ, pha nhựa riêng lẻ và gián đoạn nên tính chất cơ lý giảm [10,21,39]

Ảnh hưởng của áp suất phun: Đóng vai trò tạo sự tiếp xúc giữa bột gỗ và nhựa, điều chỉnh áp suất phun không tốt sẽ dẫn đến chất lượng sản phẩm không cao Khi ép không nên để áp suất cao vì khi đó nhựa có thể chảy ra ngoài, nên mức

độ hòa trộn giữa bột gỗ và nhựa không đồng đều dẫn đến không đều về tính chất của vật liệu trên cùng một sản phẩm Nếu áp suất phun nhỏ thì không đảm bảo tính chất vật lý, cơ học của sản phẩm Ngoài ra áp suất phun cũng ảnh hưởng đến tỷ trọng của sản phẩm, song sự ảnh hưởng này cũng nằm trong giới hạn nhất định Nếu áp suất tăng thì tỷ trọng cũng tăng, nếu áp suất tăng quá cao vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu thì trọng không tăng nữa Nếu tiếp tục tăng áp suất thì kết cấu của vật liệu sẽ bị phá hủy, làm giảm chất lượng sản phẩm [21,39]

Ảnh hưởng của thời gian ép: Thời gian ép phải được lựa chọn hợp lý trên cả

3 giai đoạn ép (ép định hình, ép sản phẩm và làm nguội) Nếu thời gian ép định hình quá ngắn làm cho nhựa không chảy hết và thấm ướt đều lên bề mặt bột gỗ làm giảm mức độ hòa trộn giữa bột gỗ và nhựa dẫn đến tính chất của vật liệu không đảm bảo Nếu thời gian ép định hình quá dài thì năng suất của máy sẽ thấp, thời gian gia nhiệt dài dẫn đến bột gỗ dễ bị phân hủy làm giảm tính chất của vật liệu và ảnh hưởng xấu đến màu sắc của sản phẩm Thời gian làm nguội là thời gian đóng rắn của vật liệu, nó phụ thuộc vào vận tốc đóng rắn của hỗn hợp nhựa - gỗ, thông thường phụ thuộc vào chiều dày sản phẩm Nếu thời gian làm nguội ngắn thì không đủ thời gian nhựa đóng rắn dẫn đến tính chất của sản phẩm không đảm bảo Nếu thời gian làm nguội dài thì sẽ làm giảm năng suất của máy Vì vậy để đảm bảo tính chất của vật liệu khi gia công phải chọn thời gian ép ở cả 3 giai đoạn một cách hợp lý [10,21,39]

1.3 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về vật liệu gỗ nhựa

1.3.1 Nghiên cứu nước ngoài

Vật liệu compozit gỗ nhựa trong những năm gần đây được nhiều nước quan