Vật liệu composite trên nền nhực polyeste không no và thân cây lục bình

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình Trang vii Hình 4.18 Đồ thị độ thấm nước của mẫu composite khi hàm lượng sợi thay đổi ...76 Hình 4.19 Đồ thị so sánh cơ tính giữa cá

Trang 1

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2012

Trang 2

Vật liệu composite trên nền nhựa UPE và thân cây lục bình trang

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm 2012

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

Trang 3

Tp HCM, ngày tháng 06 năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: …… Nguyễn Hồng Ánh Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10-04-1984 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu MSHV: 00308426 I- TÊN ĐỀ TÀI:

VẬT ỆU C S T T N N N NH ST H N N V

TH N C ỤC NH

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong QĐ giao đề tài): IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):

(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký) QL CHUYÊN NGÀNH

Trang 4

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình Trang i

LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp là cơ sở để em tổng hợp các kiến thức đã học Thông qua luận văn này em đã học được nhiều kiến thức sâu rộng hơn , tổng hợp được những gì đã học trên lí thuyết và hơn hết đã trang bị cho em tác phong của người nghiên cứu khoa học

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy NGUYỄN ĐẮC THÀNH

đã nhiệt tình trong chỉ bảo và dẫn dắt , chia sẻ những kiến thức về chuyên môn trong suốt quá trình làm luận văn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy cô đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong những năm học vừa qua

Xin cảm ơn gia đình đã động viên và giúp đỡ con trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy Cường, em Trí, và các anh chị trong trung tâm polymer đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành luận văn này

Trong quá trình làm luận văn em không tránh khỏi những thiếu sót mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến

Chúc quý thầy cô mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công!

Học viên Nguyễn Hồng Ánh

Trang 5

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình trang ii

MỤC LỤC

PHẦN A TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE VÀ NHỰA

POLYESTE KHÔNG NO 1.1 Khái niệm 1

1.2 Thành phần và cấu tạo 1

1.2.1 Vật liệu nền 1

1.2.2 Vật liệu gia cường 2

1.3 Phân loại composite 3

1.4 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của vật liệu composit 4

1.4.1 Tính chất nổi bật của composite 4

1.4.2 Ứng dụng vật liệu composite 4

1.5 Công nghệ chế tạo vật liệu composite polymer 5

1.5.1 Gia công bằng tay (hand lay up) 6

1.5.2 Phương pháp phun .7

1.5.3 Phương pháp hút chân không .8

1.5.4 Quấn sợi (filament winding) 9

1.5.5 Đúc ép nóng (hot moulding) 10

1.5.6 Ép phun ( injecting moulding) 11

1.5.7 Phương pháp đùn kéo 11

1.6 Tổng quan về nhựa polyeste không no 13

1.6.1 Gi i thiệu về nhựa pol e te 13

1.6.2 Lịch sử 13

1.6.3 Nguyên liệu tổng hợp: 14

1.6.4 Phản ứng tổng hợp .19

Trang 6

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình trang iii

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ SỢI THIÊN NHIÊN VÀ CÂY LỤC

BÌNH

2.1 Gi i thiệu về sợi thiên nhiên .23

2.2 Phân loại sợi thiên nhiên 24

2.3 Cấu trúc của sợi thiên nhiên 24

2.4 Tính chất vật lý của sợi thiên nhiên 27

2.5.1 Cellulose 29

2.5.1.1 Cấu trúc phân tử 29

2.5.1.2 Tính chất của cellulose 30

2.5.2 Hemicellulose 33

2.5.3 Ligin 34

2.5.4 Pectin và các chất trích ly .35

2.6 Tổng quan về cây lục bình và sợi lục bình 37

2.6.1 Gi i thiệu về cây lục bình 37

2.6.2 Thành phần của cây lục bình .39

2.6.3 Cấu trúc và thành phần hóa học của sợi lục bình 41

PHẦN B THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 3.1 Mục đích thí nghiệm 42

3.2 Quy trình thực nghiệm .42

3.3 Yếu tổ khảo át và phương pháp đánh giá: 45

3.3.1 Yếu tố khảo sát 45

3.3.2 Phương pháp đánh giá ợi Lục Bình: 46

Trang 7

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình trang iv

3.3.3 Phương pháp đánh giá tính chất tấm composite .46

3.4 Dụng cụ thí nghiệm 51

3.4.1 Tủ sấy 51

3.4.2 Nồi gắn cánh khuấy dùng xử lí sợi lục bình 51

3.4.3 Máy ép thủy lực 52

3.4.4 Má băm ợi 52

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1 Kết quả xử lý sợi .53

4.1.1 Kết quả chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) 53

4.1.2 Kết quả phân tích thành phần sợi: 56

4.1.3 Kết quả chụp XRD mẫu sợi lục bình .58

4.2 Kết quả chụp SEM và đo tính chất cơ lý mẫu composite 60

4.2.1 Tạo Mẫu Composite Trên Nền Nhựa UPE V i Sợi Lục Bình Chưa Xử Lý .60

4.2.2 Tạo Mẫu Composite Trên Nền Nhựa UPE V i Sợi Lục Bình Đã Xử Lý 61

4.2.3 Kết quả đo độ bền uốn và modul uốn 61

4.2.3.1 Kết quả đo độ bền uốn .61

4.2.3.2 Kết quả đo modul uốn .63

4.2.4 Kết quả đo độ bền nén và modul nén 66

4.2.4.1 Kết quả đo độ bền nén .66

4.2.4.2 Kết quả đo Modul nén .68

4.2.5 Kết quả đo độ bền kéo và modul kéo 70

4.2.5.1 Kết quả đo độ bền kéo 70

4.2.5.2 Kết quả đo modul kéo 73

4.3 Kết quả đo SEM mẫu composite 75

4.4 Kết quả đo độ thấm nư c: 76

Trang 8

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình trang v

4.5 So ánh cơ tính của mẫu composite trên nền nhựa lục bình và các

loại gỗ ép trên thị trường .77

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1 Kết luận 79 5.2 Hạn chế của luận văn và định hư ng nghiên cứu 80 Tài liệu tham khảo 81

Trang 9

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình Trang v

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Phương pháp handlay up .6

Hình 1.2 Phương pháp dùng súng phun .7

Hình 1.3 Phương pháp hút chân không .8

Hình 1.4 Phương pháp quấn sợi .9

Hình 1.5 Phương pháp đúc ép .10

Hình 1.6 Phương pháp ép phun .11

Hình 1.7 Phương pháp đùn kéo .12

Hình 1.8 Công thức các loại rượu .14

Hình 1.9 Công thức cấu tạo của các loại axit .16

Hình 1.10 Công thức của các monomer dùng pha loãng Vinyl Ete .18

Hình 1.11 Phản ứng giữa anhydrit maleic và 1,2- propylen glycol .19

Hình 1.12 Phản ứng tạo polyeste .20

Hình 2.1 Cấu trúc sợi thiên nhiên .25

Hình 2.2 Hình vẽ cấu trúc tường tế bào .26

Hình 2.3 Cấu trúc của D-glucose 30

Hình 2.4 Công thức phân tử của cellulose .30

Hình 2.5 Đơn vị cấu trúc cơ bản của lignin 33

Hình 2.6 Đơn vị mắc xích trong hemicellulose .34

Hình 2.7 Cấu trúc của lignin .34

Hình 2.8 Hình ảnh về cây lục bình .38

Hình 2.9 Hình SEM của sợi lục bình .41

Hình 3.1 Quy trình thu sợi thô từ cây lục bình .42

Hình 3.2 Quy trình xử lý sợi bằng NaOH .43

Hình 3.3 Quy trình tạo mẫu composite .44

Hình 3.4 Mô hình mẫu đo độ bền uốn 47

Hình 3.5 Mô hình mẫu đo độ bền nén 48

Trang 10

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình Trang vi

Hình 3.6 Mô hình mẫu đo độ bền kéo .49

Hình 3.7 Tủ sấy 51

Hình 3.8 Nồi xử lí sợi lục bình 51

Hình 3.9 Máy ép thủy lực .52

Hình 3.10 Máy cắt sợi .52

Hình 4.1 Kết quả chụp SEM của sợi lục binh 55

Hình 4.2 Đồ thị kết quả phân tích thành phần sợi 57

Hình 4.3 Đồ thị kết quả chụp XRD của mẫu sợi chưa xử lý 58

Hình 4.4 Đồ thị kết quả chụp XRD của mẫu sợi đã xử lý 58

Hình 4.5 Đồ thị độ bền uốn của mẫu với sợi chưa và đã xử lý .61

Hình 4.6 Đồ thị độ bền uốn của mẫu khi nhiệt độ thay đổi .62

Hình 4.7 Đồ thị modul uốn của mẫu composite với các loại sợi .64

Hình 4.8 Đồ thị modul uốn của mẫu composite khi nhiệt độ ép thay đổi .65

Hình 4.9 Độ thị độ bền nén của mẫu composite với các loại sợi .66

Hình 4.10 Đồ thị độ bền nén của mẫu composite khi nhiệt độ ép thay đổi .67

Hình 4.11 Đồ thị modul nén của mẫu composite khi thay đổi sợi .69

Hình 4.12 Đồ thị modul nén của mẫu composite khi nhiệt độ ép thay đổi .70

Hình 4.13 Đồ thị độ bền kéo của mẫu composite khi thay đổi hàm lượng sợi .71

Hình 4.14 Đồ thị độ bền kéo của mẫu composite khi nhiệt độ ép thay đổi .72

Hình 4.15 Đồ thị modul kéo của mẫu composite khi hàm lượng sợi thay đổi .73

Hình 4.16 Đồ thị modul kéo của mẫu composite khi nhiệt độ ép thay đổi .74

Hình 4.17 Kết quả chụp SEM bề mặt đứt của mẫu composite .75

Trang 11

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình Trang vii

Hình 4.18 Đồ thị độ thấm nước của mẫu composite khi hàm lượng sợi

thay đổi .76 Hình 4.19 Đồ thị so sánh cơ tính giữa các loại vật liệu 78

Trang 12

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình Trang vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Nhận xét về các loại rượu 15 Bảng 1.2 Nhận xét về các loại axit 17 Bảng 1.3 Nhận xét về các loại monomer dùng pha loãng 17 Bảng 2.1 Tính chất của các loại sợi thiên nhiên dùng trong composite

27 Bảng 2.2 Thành phần hóa học của các sợi thiên nhiên thường sử dụng làm composite : 29 Bảng 2.3 : Mức độ tan trong nước của vật liệu cellulose và dẫn xuất của

chúng 32 Bảng 2.4 Hàm lượng nước (%) trong các bộ phận của cây lục bình 40 Bảng 2.5 Thành phần hóa của cây lục bình 40 Bảng 2.6 Thành phần hóa của sợi lục bình 41 Bảng 3.1 Bảng các tiêu chuẩn đo cơ lý mẫu composite 46 Bảng 4.1 Kết quả phân tích thành phần mẫu sợi lục bình chưa xử lý 56 Bảng 4.2 Kết quả phân tích thành phần mẫu sợi lục bình xử lý bằng

NaOH 1% 56 Bảng 4.3 Các mẫu composite trên nền nhựa UPE và sợi Lục Bình

chưa xử lý 60 Bảng 4.4 Các mẫu composite trên nền nhựa UPE và sợi Lục Bình đã

xử lý 60 Bảng 4.5 Kết quả độ bền uốn của mẫu với sợi chưa xử lý và đã xử lý

61 Bảng 4.6 Kết quả độ bền uốn của mẫu với sợi đã xử lý khi thay đổi

nhiệt độ ép 62

Trang 13

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình Trang viii

Bảng 4.7 Kết quả modul uốn của mẫu composite với sợi chưa xử lý và

đã xử lý 63 Bảng 4.8 Kết quả modul uốn của mẫu composite với sợi xử lý khi thay

đổi nhiệt độ ép 65 Bảng 4.9 Kết quả độ bền nén của mẫu với sợi chưa xử lý và đã xử lý 66 Bảng 4.10 Kết quả độ bền nén của mẫu với sợi đã xử lý khi nhiệt độ ép

thay đổi 67 Bảng 4.11 Kết quả modul nén của mẫu với sợi chưa xử lý và đã xử lý 68 Bảng 4.12 Kết quả modul nén của mẫu composite khi thay đổi nhiệt độ

ép 70 Bảng 4.13 Kết quả độ bền nén của mẫu với sợi chưa xử lý và đã xử lý 71 Bảng 4.14 Kết quả độ bền kéo của mẫu với sợi đã xử lý khi thay đổi nhiệt

độ ép 72 Bảng 4.15 Kết quả modul kéo của mẫu với sợi chưa xử lý và đã xử lý 73 Bảng 4.16 Kết quả modul kéo của mẫu với sợi đã xử lý khi nhiệt độ ép

thay đổi 74 Bảng 4.17 Kết quả độ thấm nước của mẫu với sợi chưa xử lý và đã xử lý

76 Bảng 4.18 Độ bền uốn và modul uốn của các loại vật liệu 77

Trang 14

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình Trang ix

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Chúng ta đều biết rằng sợi tự nhiên gốc cellulose có thể đem lại cho vật liệu composite tính bền dai cao, cho tỷ lệ khối lượng riêng như mong muốn và có khả năng phân hủy sinh học Hơn nữa sợi cellulose dễ kiếm từ các nguồn thực vật với giá thành rẻ Thế nhưng chúng ta có một khó khăn trong việc triển khai sử dụng rộng rãi nguồn tài nguyên có thể tái sinh này Đó là sự kém bám dính của sợi tự nhiên trong hầu hết các nền polymer Bản chất ưa nước của sợi tự nhiên gây tác động ngược đến sự bám dính của sợi trong nền polymer kỵ nước dẫn đến độ bền vật liệu composite kém

Trong khuôn khổ luận văn, nghiên cứu chế tạo composite đi từ sợi Lục Bình và trên nền nhựa UPE Sợi Lục Bình có nguồn nguyên liệu phong phú và chúng ta chưa tận dụng hết nguồn nguyên liệu này Cây Lục bình có khả năng sinh trưởng rất nhanh và có rất nhiều ở nước ta còn UPE là nguyên liệu nhựa chủ yếu cho các sản phẩm composite thông dụng trên thị trường

Luận văn tiến hành khảo sát tính chất cơ lý của mẫu composite trên nền nhựa UPE

và thân cây lục bình khi thay đổi tỉ lệ nhưa/sợi để chọn ra tỉ lệ nhựa sợi cho cơ tính tốt và giá thành rẻ Đồng thời xử lý sợi lục bình với NaOH và đánh giá tính chất mẫu composite tạo với sợi chưa xử lý và với sợi đã xử lý trên nền nhựa UPE Và qua đó xây dựng quy trình gia công sản phẩm composite phù hợp So sánh cơ tính của mẫu composite với các loại ván ép trên thị trường để đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu này trong đời sống hàng ngày

Trang 15

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình Trang 1

1.2 Thành phần và cấu tạo

Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên tục duy nhất Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrice) thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (reinfort) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống trầy xước

1.2.1 Vật liệu nền

Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng vai trò truyền ứng suất sang cốt khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu Có thể tạo thành từ một chất hoặc hỗn hợp nhiều chất được trộn lẫn một cách đồng nhất tạo thể liên tục[8,10]

 Nền nhựa: Nhựa nhiệt dẻo: PE, PS, ABS, PVC [6]

 Nhựa nhiệt rắn: PU, UF, UPE, Epoxy Nhìn chung nhựa nhiệt rắn cho vật liệu có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo[1],[6]

 Nền kim loại và nền carbon v.v…

Trang 16

1.2.2 Vật liệu gia cường

Vật liệu gia cường (chất độn) đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung do chúng thường có tính chất cơ lý cao hơn nhựa Người ta đánh giá độn dựa trên các đặc điểm sau:

- Tính gia cường cơ học

- Tính kháng hóa chất, môi trường, nhiệt độ

- Phân tán vào nhựa tốt

- Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt

- Thuận lợi cho quá trình gia công

 Gia cường dạng hạt

Thường được sử dụng là: silica, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim loại, độn khoáng, cao lanh, đất sét, bột talc, hay graphite, carbon… Khả năng gia cường cơ tính của chất độn dạng hạt được sử dụng với mục đích sau:

Trang 17

- Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co rút khi đóng rắn, che khuất sợi trong cấu tạo tăng cường sợi, giảm toả nhiệt khi đóng rắn

Cốt sợi cũng có thể là sợi tự nhiên (sợi đay, sợi gai, sợi lanh, xơ dừa,

xơ tre, bông, sợi dứa…), có thể là sợi nhân tạo (sợi thuỷ tinh, sợi vải, sợi poliamit, sợi bazan, sợi cacbon, sợi kevla…) Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà người ta chế tạo sợi thành nhiều dạng khác nhau: sợi ngắn, sợi dài, sợi rối, dạng Mat…

Việc trộn thêm các loại cốt sợi này vào hỗn hợp có tác dụng làm tăng

độ bền cơ học cũng như độ bền hoá học của vật liệu Polymer composite như : khả năng chịu được va đập ; độ giãn nở cao ; khả năng cách âm tốt ; tính chịu

ma sát- mài mòn ; độ nén, độ uốn dẻo và độ kéo đứt cao ; khả năng chịu được trong môi trường ăn mòn như : muối, kiềm, axít…Những khả năng đó đã chứng tỏ tính ưu việt của vật liệu composite mới so với các loại Polyme thông thường Bởi vậy cũng chính vì những tính năng ưu việt đó mà vật liệu commposite đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cũng như trong đời sống

1.3 Phân loại composite

Phân loại theo bản chất, thành phần [2],[6]

 Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) kết hợp với vật liệu cốt có dạng:

- Sợi hữu cơ: Polyamid, kevla…

- Sợi khoáng: Thủy tinh, cacbon, bazan…

- Sợi kim loại: Bo, nhôm…

 Composite nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al…) kết hợp với:

- Sợi kim loại: Bo…

- Sợi khoáng: Si, Cacbon…

Trang 18

 Composit nền khoáng (gốm) gia cường với vật liệu cốt dạng:

- Sợi kim loại: Bo…

- Hạt gốm: Cacbua, nitơ…

1.4 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của vật liệu composite

Tính ưu việt của vật liệu Composite là khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các kết cấu sản phẩm 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 luôn đảm bảo cho các thành phần liên kết hài hòa 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[2],[6]

1.4.1 Tính chất nổi bật của composite

- Nhẹ, độ bền cao, chịu môi trường (bền vững với môi trường ăn mòn hoá học), dễ lắp đặt

- Có độ bền riêng và các đặc trưng đàn hồi cao, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp

- Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ triển khai được các thủ pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất

- Giá thành thấp hơn một số vật liệu khác[1],[2],[6]

1.4.2 Ứng dụng vật liệu composite

 Thế giới [2] :

Với lịch sử phát triển phong phú của mình, vật liệu composite đã được nhiều nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới biết đến Việc nghiên cứu và ứng dụng thành công vật liệu này đã được tiến hành tại nhiều nước trên thế giới Đại chiến thế giới thứ hai nhiều nước đã sử dụng vật liệu composite để sản xuất máy bay, tàu chiến và vũ khi phục vụ cho cuộc chiến này Cho đến nay thì vật liệu Composite trên nền nhựa đã được sử dụng để chế tạo nhiều chi

Trang 19

tiết, linh kiện chế tạo ôtô; Dựa trên những ưu thế đặc biệt như giảm trọng lượng, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc

- Ngành hàng không vũ trụ: cuốn cánh máy bay, mũi máy bay và một số linh kiện, máy móc khác của các hãng như Boeing 757, 676 Airbus 310…

- Trong ngành công nghiệp điện tử: các chi tiết, các bảng mạch và các linh kiện

- Ngành công nghiệp đóng tàu, xuồng, ca nô;

- Các ngành dân dụng như y tế: hệ thống chân, tay giả, răng giả, ghép sọ…

- Ngành thể thao: các đồ dùng thể thao như gậy gôn, vợt tennit…

- Vật liệu gia dụng: bồn chứa nước, bàn ghế, tấm trần, tấm cách âm…

- Vật liệu xây dựng: gỗ, dằm chịu lực, cấu kiện nhà lắp ghép, đá ốp lát, tấm lợp…

 Việt Nam [1],[2]

Tại khoa răng của bệnh viện Trung ương Quân đội 108 đã sử dụng vật liệu Composite vào trong việc ghép răng thưa, các ngành thiết bị giáo dục, bàn ghế, các giải phân cách đường giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trượt, máng hứng và ghế ngồi, mái che của các nhà thi đấu, các sân vận động và các trung tâm văn hoá…

Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu Composite vào các lĩnh vực điện dân

dụng, hộp công tơ điện, sào cách điện, đặc biệt là sứ cách điện

Vật liệu điện: mạch in, tấm cách điện, vỏ bảo vệ các vi mạch cao tầng, vỏ các thiết bị điện, máy biến thế…

1.5 Công nghệ chế tạo vật liệu composite polymer [2],[5],[6]

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

Trang 20

1.5.1 Gia công bằng tay (hand lay up)

Dùng cọ hay con lăn quét nhựa lên bề mặt khuôn đã được chống dính, đặt sợi lên rồi quét nhựa, sau đó dùng con lăn đuổi bọt khí và nén chặt liên tục như vậy cho đến khi đạt bề dày yêu cầu

Hình 1.1 Phương pháp handlay up

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp handlay up

 Ưu điểm

 Thiết kế linh động, dễ dàng thay đổi

 Chi phí đầu tư dụng cụ, thiết bị thấp

 Hàm lượng sợi cao và phù hợp với sợi dài

 Nhược điểm

 Sản phẩm chỉ có một bề mặt nhẵn

 Thời gian đóng rắn thường dài

 Chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào kỹ năng thao tác

 Vấn đề an toàn sức khoẻ, nhựa dùng trong phương pháp này thường

có khối lượng phân tử thấp nên mức độ độc hại cao hơn, dễ thấm vào

áo quần…

Trang 21

 Nhựa yêu cầu có độ nhớt thấp, ảnh hưởng đến tính chất cơ học, tính chất nhiệt do yêu cầu lượng chất pha loãng (VD: styren) thích hợp

 Hàm lượng nhựa cao

 Chỉ chế tạo được composite sợi ngắn

 Nhựa cần có độ nhớt thấp khi phun, ảnh hưởng đến tính chất cơ nhiệt của sản phẩm; cùng với hàm lượng styren cao, dễ ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của công nhân

Trang 22

1.5.3 Phương pháp hút chân không

Hình 1.3 Phương pháp hút 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

 Ưu điểm

 Hàm lượng lỗ bọt ít

 Thấm ướt của nhựa lên sợi tốt hơn nhờ áp suât chân không, lượng nhựa thừa sẽ được loại bỏ, do vậy hàm lượng sợi cao hơn phương pháp gia công bằng tay

 An toàn cho sức khoẻ: Túi chân không sẽ làm giảm lượng chất bay hơi giải phóng khi đóng rắn

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

Trang 23

 Đòi hỏi kỹ năng thao tác cao hơn

1.5.4 Quấn sợi (filament winding)

Cốt sợi được kéo qua bể chứa nhựa cho thấm nhựa trước, sau đó được cuộn phủ lên bề mặt khuôn Phương pháp này dùng để sản xuất ống và thùng chứa…

Có hai phương pháp cuộn: cuộn khô và cuộn ướt

1 Cuộn khô: Quấn lên trục khuôn bán thành phẩm tức là quá trình tẩm nhựa lên sợi đã được thức hiện trước đó rồi

2 Cuộn ướt: Quá trình tẩm nhựa lên sợi được diễn ra đồng thời với quá trình quấn lên khuôn Tức là sợi thô sau khi qua bể nó được quấn lên trục ngay

Hình 1.4 Phương pháp quấn sợi

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp quấn sợi

 Ưu điểm

 Nhanh, hiệu quả kinh tế cao

Trang 24

 Tỷ lệ sợi/nhựa có thể điều chỉnh được khi sợi đi qua bể nhựa

 Giá thành sợi giảm thiểu do không qua công đoạn dệt sợi thành vải

 Tính chất của sản phẩm tốt do có thể điều chỉnh phương của sợi phù hợp

 Hạn chế ở một số dạng sản phẩm nhất định (rỗng, mặt cắt tròn, oval, )

 Khó điều chỉnh chính xác vị trí sợi dọc theo chiều dài sản phẩm

 Giá thành đối với những sản phẩm lớn là rất cao

 Yêu cầu nhựa có độ nhớt thấp nên ảnh hưởng tính chất cơ học và vấn đề an toàn sức khỏe

 Đúc ép nguội (cold press moulding)

Tương tự như đúc ép nóng nhưng thực hiện ở nhiệt độ thường

Hình 1.5 Phương pháp đúc ép

Trang 25

1.5.6 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 1.6 Phương pháp ép phun 1.5.7 Phương pháp đùn kéo

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

Trang 26

Hình 1.7 Phương pháp đùn kéo

Trang 27

1.6 Tổng quan về nhựa polyeste không no (UPE) [2],[5],[13]

1.6.1 Giới thiệu về nhựa polyeste [ 2]

Nhựa polyeste không no gồm có hai thành phần chính: polyeste không

no và vinyl monomer Phản ứng đóng rắn nhựa xảy ra bao gồm phản ứng trùng hợp copolyme của vinyl monomer với liên kết đôi trên phân tử polyeste tạo thành mạng lưới không gian 3 chiều Nhựa polyeste là loại nhựa nhiệt rắn

Polyeste không no khác với nhựa polyeste không no Polyeste không

no là polyeste không có chất pha loãng và chúng sẽ đông cứng trong bình phản ứng Loại này thường không được ứng dụng nhiều do chúng trở nên dòn và cứng ở nhiệt độ phòng Vì vậy, mỗi khi nhựa polyeste chuẩn bị đông cứng trong bình phản ứng, khi đó người ta sẽ phối trộn thêm vào một vinyl monomer ở trạng thái lỏng Vì thế hỗn hợp nhựa sẽ ở dạng chảy nhớt tại nhiệt độ phòng, với hàm lượng styren khoảng 60% Hỗn hợp giữa polyeste không no và vinyl monomer theo nhiều tài liệu tham khảo thì gọi là nhựa polyeste không no

Nhựa polyeste không no được phát minh bởi Carleton Ellis 1941) Bài báo đầu tiên được công bố trong khoảng từ năm 1938-1940 Nhựa bắt đầu sản xuất công nghiệp vào năm 1941để làm composite, nhựa được gia

(1876-cường bởi sợi thủy tinh để làm nắp bọc ănten rada

Trang 28

1.6.3 Nguyên liệu tổng hợp [2],[6]

Theo cấu tạo của nhựa polyeste không no, monomer có thể được nhóm thành 2 loại chính, đó là các loại monomer cho cho polyeste và monomer của vinyl monomer là chất pha loãng đồng thời là tác nhân khâu

mạch

Hợp phần alcol

Hầu hết alcol được dùng là 1,2-propylen glycol (PG) và ethylen glycol (EG), diethylen glycol (DEG), dipropylen glycol (DPG), neopentyl glycol (NPG)

Hình 1.8 Công thức các loại rƣợu

Trang 29

Mỗi loại rượu có những đặc tính riêng và góp phần tạo cho polyeste có những tính chất riêng

Bảng 1.1 Nhận xét về các loại rƣợu

Hợp phần acid và anhydrid

Thông thường trong nhu cầu công nghiệp, polyeste không no được tạo thành từ 1,2-propylen glycol, phtalic anhydrid và maleic anhydrid Monome vinyl phổ biến nhất được sử dụng là styren Nếu chỉ có Maleic anhydrid mà không có phtalic anhydrid trong hệ phản ứng, sẽ tạo ra polyeste có mật độ nối đôi trong phân tử rất cao, và khi khâu mạng thì mật độ liên kết ngang cũng rất cao, đó là nguyên nhân làm nhựa trở nên giòn Vì vậy, trong thành phần acid không no luôn luôn phải có một thành phần acid không có chứa nối đôi trong phân tử Chú ý rằng liên kết đôi trong vòng thơm sẽ không tham gia vào quá trình trùng hợp với vinyl monome Ví dụ lên kết đôi trong acid HET

sẽ không tham gia vào quá trình trùng hợp Fumaric acid trùng hợp copolyme rất tốt với styren, nhưng giá của Fumaric acid thì đắt hơn so với anhydric acid Vì vậy, anhydrid maleic được thích dùng trong tổng hợp polyeste không

no hơn Mặt khác, acid Fumaric trong phản ứng trùng ngưng với diol sẽ cho

ra 2 mol nước, trong khi nếu dùng anhydrid maleic sẽ cho ra 1 mol nước

Trang 30

Nên anhydric maleic được sử dụng nhiều hơn các loại acid tương tự khác bởi

vì hoạt tính cao hơn

Hình 1.9 Công thức cấu tạo của các loại axit

Trang 31

Bảng 1.2 Nhận xét về các loại axit

Vinyl monome

Vinyl monome được dùng như một chất pha loãng cho polyeste và giảm độ nhớt của nó Ngoài ra, nó là tác nhân copolyme hóa trong quá trình trùng hợp vinyl monome dùng cho nhựa polyeste không no được trình bày trong bảng

Bảng 1.3 Nhận xét về các loại monomer dùng pha loãng

Styren

Styren là loại vinyl monomer được dùng rộng rãi nhất cho polyeste không no Tuy nhiên styren là chất gây ung thư, vì vậy việc thay thế styren

Trang 32

bằng một vinyl monome khác đã được bàn luận trong nhiều năm qua Với

một hàm lượng lớn styren thì độ bền vật liệu có thể được tăng lên

α-Methylstyren tạo thành một dạng gốc tự do ít hoạt tính, vì thế làm chậm lại quá trình phản ứng Vinyl monome phân cực như vinyl pyridine, làm tăng sự kết dính giữa polyeste và sợi thủy tinh, được dùng trong việc hạn chế sự tách lớp trong composite sợi thủy tinh

Acrylats and Metacrylats

Acrylat làm tăng độ bền của nhựa khi ở bên ngoài trời Metyl metacrylat làm tăng tính quang học Chỉ số khúc xạ của vật liệu có thể được

đa dạng hóa với viêc phối trộn giữa styren với metyl methacrylat, vì vậy vật

liệu trong suốt hoàn toàn có thể được sản xuất

Hình 1.10 Công thức của các monomer dùng pha loãng Vinyl Ete

Trang 33

Các loại vinyl khác và divinyl ete có thể được thay thế cho styren Divinyl ete với polyeste không no được sử dụng cho các kết cấu trong môi trường bức xạ và sơn phủ Ngoài ra, trietylen glycol divinyl ete có thể được dùng cho lớp phủ gel (gel coat)

Propenyl ete thì được dùng phổ biến hơn so với các vinyl ete khác Propenyl ete thì đơn giản trong phản ứng đồng phân hóa so với các allyl ete khác Bởi vì hiệu ứng không gian của những nhóm methyl trong các phân tử propenyl ete, chúng được cho rằng là làm giảm hoạt tính nhiều hơn so với các viny Ete tương tự khác

1.6.4 Phản ứng tổng hợp

Glycol được cho vào hệ phản ứng ở nhiệt độ phòng, lượng cho vào vượt quá so với lượng cần thiết một chút để bù cho lượng bay hơi và các phản ứng phụ có thể xảy ra trong quá trình phản ứng Anhydrid maleic và anhydrid phtalic được thêm vào hệ với tỷ lệ: 1 mol maleic anhydrid, 1 mol phtalic anhydrid, và 1.1 mol 1,2-propylen glycol Ngoài ra, các chất xúc tác

có thể được cho vào hệ

Hệ phản ứng tiến hành trong môi trường nitrogen và tốc độ nâng nhiệt chậm Ở nhiệt độ 90oC anhydrid phản ứng với glycol, đây là một phản ứng tỏa nhiệt Đây là giai đoạn khơi mào cho quá trình đa phản ứng Kết thúc các phản ứng tỏa nhiệt thì xúc tác cho phản ứng trùng ngưng có thể được thêm vào

Hình 1.11 Phản ứng giữa anhydrit maleic và 1,2- propylen glycol

Trang 34

Xúc tác như PbO2, p-toluenesulfonic acid và kẽm acetate ảnh hưởng

đến màu sắc của sản phẩm cuối của polyeste và động học của phản ứng Nhiệt độ phản ứng là 200oC Quá trình phản ứng không được có sự hiện diện của khí oxy, vì nếu có mặt oxy nó có thể oxy hóa nối đôi làm cho sản phẩm cuối có thể có màu, ngoài ra làm giảm mật độ nối đôi có thể ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của nhựa Vì vậy sự thổi khí nitrogen vào hệ có tác dụng ngăn chặn sự hiện diện của oxy trong hệ, đồng thời loại bỏ được nước trong hệ

Hình 1.12 Phản ứng tạo polyeste

Hệ phản ứng được theo dõi bằng cách theo dõi và đánh giá chỉ số acid Chỉ số acid được xác định bằng cách chuẩn độ hỗn hợp với dung dịch KOH Chỉ số acid được xác định là số miligam KOH trên một gam nhựa Thông thường chỉ số acid của nhựa khoảng 50 mg/g nhựa, tương đương với phân tử lượng của nhựa là khoảng 1000 Dalton là đạt yêu cầu Sau khi đạt được chỉ

số acid như vậy, hệ được làm nguội và đồng thời bắt đầu khuấy trộn với styren Trong bất kỳ trường hợp nào,nhiệt độ khuấy trộn styren cũng chỉ nên nhỏ hơn nhiệt độ bay hơi của vinyl monome một chút, bởi vì nếu nhiệt độ cao quá thì sẽ làm bay hơi styren và nhựa sẽ mau gel lại, bên cạnh đó nếu

Trang 35

nhiệt độ hạ thấp quá thì polyeste không no sẽ có độ nhớt rất cao và rất khó khuấy trộn với styren

Quá trình khuấy trộn có nhiều cách: Polyeste được rót vào styren đang khuấy mạnh hay khi quá trình phản ứng xong, polyeste vẫn còn được khuấy liên tục và cho styren vào khuấy trộn (được áp dụng trong phòng thí nghiệm)

Sau khi khuấy trộn xong, nhựa polyeste được làm nguội tới nhiệt độ phòng nhanh nhất có thể Cuối cùng, chất xúc tiến Cobalt được thêm vào nhựa để hoàn tất quá trình tổng hợp nhựa polyeste Một nhựa polyeste không

no không bao giờ trộn hợp được hoàn toàn với tất cả các tỷ lệ styren Nếu một lượng lớn styren được thêm vào thì sự tách pha tạo ra một hệ 2 pha sẽ xuất hiện

Nhựa sẽ có màu hồng nhẹ Nếu cần thiết sản phẩm cuối có thể được lọc, giai đoạn cuối cùng là rót vào bình chứa

Thông số kỹ thuật về một loại polyester

Polyester không no là loại polymer có mang orthophtalic trong mạch chính, có 30-35% styrene monomer, pha sẵn 0,5 % chất xúc tiến Cobalt nathtalene, dùng đóng rắn là methylethylketoneperoxide (MEKPO- loại 55%) với lượng 1%

Các thông số kỹ thuật khác của nó trước khi dùng:

Trang 36

Đa số nhựa polyester có màu hồng nhạt, thường được pha loãng trong styrene Lượng styrene có thể lên đến 50% để làm giảm độ nhớt của nhựa, dễ dàng cho quá trình gia công Ngoài ra, styrene còn làm nhiệm vụ đóng rắn tạo liên kết ngang giữa các phân tử mà không có sự tạo thành sản phẩm phụ nào Polyester còn có khả năng ép khuôn mà không cần áp suất

Polyester có thời gian tồn trữ ngắn là do hiện tượng tự đóng rắn của nó sau một thời gian Thông thường, người ta thêm vào một lượng nhỏ chất ức chế trong quá trình tổng hợp polyester để ngăn ngừa hiện tượng này

Nhà sản xuất có thể cung cấp nhựa ở dạng tự nhiên hay có dùng một số phụ gia Nhựa có thể được sản xuất để chỉ cần cho xúc tác vào là sử dụng được Như đã

đề cập ở trên, cần phải có thời gian để polyester tự đóng rắn Tốc độ trùng hợp quá chậm cho mục đích sử dụng, vì vậy cần dùng chất xúc tác và chất xúc tiến

để đạt độ trùng hợp của nhựa trong một khoảng thời gian nào đó

Khi đã đóng rắn, polyester rất cứng và có khả năng kháng hoá chất Quá trình đóng rắn hay tạo kết ngang được gọi là quá trình Polymer hóa Đây là phản ứng hoá học chỉ có một chiều Cấu trúc không gian này cho phép nhựa chịu tải được

mà không bị giòn

Cần phải chuẩn bị hỗn hợp nhựa trước khi sử dụng Nhựa và các phụ gia khác phải được phân tán đều trước khi cho xúc tác vào Phải khuấy đều và cẩn thận để loại bỏ bọt khí trong nhựa ảnh hưởng quá trình gia công Điều này rất quan trọng do bọt khí còn trong nhựa sẽ ảnh hưởng tính chất cơ lý, làm cấu trúc sản phẩm bị yếu Cần phải chú ý rằng việc dùng xúc tác và xúc tiến với hàm lượng vừa đủ sẽ cho vật liệu những tính chất tốt nhất Nếu quá nhiều xúc tác sẽ làm quá trình gel hoá xảy ra nhanh hơn, ngược lại, nếu ít xúc tác quá trình đóng

rắn sẽ bị chậm lại

Trang 37

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ SỢI THIÊN NHIÊN VÀ CÂY LỤC

2.1 Giới thiệu về sợi thiên nhiên [3],[8]

Sợi thiên nhiên ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng làm những sản phẩm composite thay thế các loại sợi đắt tiền, giảm giá thành sản phẩm

và chế biến các sản phẩm thân thiện với môi trường

Sợi thiên nhiên có tính hút ẩm do dẫn xuất từ lignocellulose, có chứa nhóm hydroxyl phân cực mạnh Giới hạn trong việc sử dụng sợi thiên nhiên gia cường cho vật liệu composit là sự kết dính bề mặt kém giữa sợi có cực và nhựa nền không phân cực, và sự thấm ướt kém của sợi với nhựa nền

Có rất nhiều thông số ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu composit gia cường sợi thiên nhiên bao gồm các yếu tố sau:

- Hệ số co (dài dày) ảnh hưởng rất lớn đến tính chất composit, vì vậy nó quan trọng bảo tồn chiều dài sợi như trong quá trình làm composit Hệ số

co của sợi phải nằm trong khoảng 100 – 200 là tối ưu nhất Nguồn gốc sợi ảnh hưởng đáng kể đến tính chất composit

- Một hệ số khác là sự phân tán sợi Sợi phân tán kém do các sợi ôm chặt hoặc tạo thành bó thì khả năng gia cường thấp hơn sợi đơn Thêm vào đó, các bó sợi cho độ bền thấp vì chúng kết dính kém Bó sợi ngăn cản sự truyền ứng suất, kết quả là làm giảm tính chất composit

- Tăng độ bền của composit phụ thuộc vào bề mặt tiếp xúc Bề mặt tiếp xúc giữa sợi nhựa trong composit có nhiệm vụ truyền ngoại lực tác dụng lên sợi Lực tác dụng trực tiếp tại bề mặt của composit được truyền qua sợi

Trang 38

gần đó và tiếp tục từ sợi qua sợi thông qua nhựa nền và bề mặt tiếp xúc Nếu bề mặt tiếp xúc kém, hiệu quả phân bố lực không tốt và cơ tính composit bị giảm Nói cách khác, bề mặt tiếp xúc tốt có thể đảm bảo rằng composit có thể chịu được tải trọng, thậm chí lực có thể truyền nguyên vẹn đến sợi bị gãy tốt như sợi không bị gãy Bề mặt tiếp xúc kém là một hạn chế, bởi vì sợi và nhựa nền khác nhau về giản nở nhiệt, sự phá hủy sớm có thể xảy ra tại những bề mặt tiếp xúc kém khi composit chịu ứng suất về nhiệt Vì vậy, kết dính giữa sợi và nhựa nền là hệ số chính trong việc xác định đáp ứng của bề mặt tiếp xúc và khả năng của nó dưới ứng suất Tối ưu bề mặt tiếp xúc giữa sợi thiên nhiên và nhựa nền (nhiệt dẻo

và nhiệt rắn) đã trở thành trọng tâm của hàng loạt cuộc nghiên cứu trong suốt hai thập kỉ qua

2.2 Phân loại sợi thiên nhiên [8]

Nhìn chung sợi có thể chia làm 4 loại chính:

 Sợi từ vỏ cây: đay, lanh, gai, ramie, kenaf, china jute, isora, kudzu, nettle, roselle, sun hemp, cadillo/urena, wood

 Sợi từ lá: dứa dại, chuối, palf, henequen, abaca, cantala, caroa, curaua, date palm, istle, mauritius, piassava, pineapple, phormium, sansevieria (browstring hemp)

 Sợi từ bông: cotton

 Sợi từ trái: dừa, dầu cọ, bông gạo, sponge gourd

2.3 Cấu trúc của sợi thiên nhiên [3],[8]

Sợi thiên nhiên có thể được coi như là composit của sợi cellulose rỗng được giữ bởi lignin và hemicellulose Tường tế bào của sợi là tường không đồng nhất Tường tế bào sợi gồm hai lớp cơ bản - lớp sơ cấp tương đối mỏng (P) và lớp thứ cấp dày hơn (S) Lớp sơ cấp có tính chất bao bọc lấy chất

Trang 39

nguyên sinh trong mỗi tế bào Lớp thứ cấp được hình thành từ ba lớp phụ: tường thứ cấp ngoài (S1), tường thứ cấp giữa (S2) và tường thứ cấp trong (S3) Lớp S3 có khi còn được gọi là tường tam cấp (T) Các lớp này khác nhau về

bề dày (lớp S2 dày nhất), về sự định hướng của các thành phần hóa học Lớp thứ hai xác định cơ tính của sợi, chúng chứa chuỗi xoắn ốc của vi sợi cellulose hình thành từ phân tử cellulose chuỗi dài Góc định hướng giữa sợi

và vi sợi được gọi là góc vi sợi (microfibril angle) Giá trị của góc vi sợi của mỗi sợi khác nhau thì khác nhau Các vi sợi quấn quanh trục tế bào theo những phương khác nhau, hoặc về phía phải (đường xoắn ốc Z), về phía trái (xoắn ốc trái S)

Hình 2.1 Cấu trúc sợi thiên nhiên

Bộ phận cellulose là nhỏ nhất, với chiều rộng khoảng 3,5nm trong tường tế bào trưởng thành, được gọi là “sợi con cơ bản” Các sợi con này lại được tổ chức thành những bộ phận gọi là “vi sợi” – có bề rộng khoảng 10 – 30nm, được làm từ 30 – 100 phần tử cellulose trong hình thể chuỗi kéo dài và cung cấp độ bền cơ học của sợi Pha nền vô định hình trong tường tế bào rất phức tạp và chứa hemicellulose, lignin và trong một vài trường hợp là pectin

Trang 40

Phần tử hemicellulose được gắn cellulose và hoạt động như nền xi măng giữa

vi sợi cellulose, hình thành nên mạng lưới cellulose – hemicellulose, nó là thành phần chủ lực trong tế bào sợi Mạng lưới lignin kỵ nước ảnh hưởng đến

cơ tính của các mạng lưới khác, trong một trường hợp khác, nó hoạt động như một chất gắn kết và gia tăng độ cứng của hỗn hợp cellulose/ hemicellulose

Lớp S1 có cấu trúc vi sợi ngang với các đường xoắn ốc theo hướng vi sợi S và Z xen kẽ nhau Trong tất cả các loại tế bào, bề dày tổng cộng của tường tế bào được kiểm tra bởi lớp S2, lớp S2 gia tăng với sự gia tăng bề dày tường tế bào, còn lớp S1 và S3 hầu như không thay đổi Vì vậy lớp S2 có liên quan chặt chẽ với tính chất vật lý của xơ sợi trong gỗ Lớp S2 thể hiện bước xoắn Z với tính song song cao trong các vi sợi Sự định hướng của vi sợi thay đổi từ từ giữa lớp S1 và S2, giữa lớp S2 và S3 sự thay đổi góc tương đối đột ngột hơn là giữa lớp S1 và S2 Sự sắp xếp của sợi con (fibril) trong lớp S3(hay lớp T) hơi dốc và không có tính song song cao

Hình 2.2 Hình vẽ cấu trúc tường tế bào

Định dạng
Số trang	96
Dung lượng	4,19 MB