NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Thiết kế và chế tạo khuôn thí nghiệm dạng tấm sóng (0,6 x 0,6 x 1,0 m)
- Phương pháp thiết kế: Kế thừa và kinh nghiệm
- Vật liệu chế tạo khuôn: Thép tấm dày 5mm và 10 mm
- Phương pháp gia công: Hàn và bào nhẵn
- Thông số kích thước khuôn (hình 2.1):
Khuôn có kích thước chiều rộng a, chiều dài L và chiều cao H, với điều kiện b1 + c1 = b2 + c2 Bề rộng e của thành khuôn được xác định dọc theo hai bên chiều rộng Bán kính R1 và R2 có hướng tâm ngược chiều theo phương thẳng đứng, tạo ra các sóng của khuôn Bước sóng λ phải lớn hơn hoặc bằng tổng của R1 và R2 Góc α là góc tiếp tuyến chung của hai đường tròn có bán kính R1 và R2 Việc thay đổi λ, R1, R2 sẽ tạo ra các dạng sóng khác nhau.
Khuôn được cấu tạo từ hai tấm trên và dưới, trong đó vị trí sóng dương của tấm dưới tương ứng với vị trí sóng âm của tấm trên Cụ thể, vị trí R1 là sóng âm của tấm trên và sóng dương của tấm dưới, với bán kính đỉnh sóng tấm dưới là R1 – i Tương tự, R2 là sóng âm của tấm dưới và sóng dương của tấm trên, với giá trị đỉnh sóng âm tấm dưới là R2 + i, trong đó i là chiều dày của sản phẩm.
Tấm trên và tấm dưới của khuôn được cấu tạo từ các tấm thép dày h, được cắt theo dạng sóng với bán kính R1 – i – s và R2 + i + s, sau đó hàn lại thành các ô quy cách h1 x h2 Chiều dày tấm thép s phủ kín bề mặt khuôn, trong khi trị số của h1 và h2 phụ thuộc vào kích thước khuôn và số lượng ô, với h1 = h2 cho ô vuông và h1 ≠ h2 cho ô chữ nhật.
Bề mặt mỗi tấm được làm từ thép tấm dày, uốn sóng và gắn chặt với khung ô vuông đã hàn Độ dày của thép tấm thay đổi linh hoạt theo từng sản phẩm và kích thước các ô trong kết cấu khuôn.
Nghiên cứu một số thông số công nghệ hợp lý tạo vật liệu composite dạng tấm phẳng từ vỏ xe phế liệu với keo tổng hợp
2.2.1 Cấu tạo của vỏ xe
Vỏ xe có nhiều kiểu, kích thước và hình thức khác nhau, nhưng xét đến cùng có
Vỏ xe được chia thành hai loại: có ruột và không có ruột, với cấu trúc chung bao gồm hoa lốp, lớp đai, lớp bố, lớp lót trong và dây mép lốp Với cấu tạo này, vỏ xe thực sự là một dạng vật liệu composite Sau thời gian sử dụng, sống lốp và hoa lốp sẽ mòn, nhưng các lớp bên trong vẫn giữ nguyên độ bền Việc sử dụng vỏ xe phế liệu chủ yếu dựa vào các lớp còn lại này.
Hình 2.2 Cấu tạo vỏ ô tô
2.2.2 Thành phần hóa học của vỏ xe
Vỏ xe ô tô được cấu tạo từ các hợp chất hóa học chính như cao su tự nhiên (40%), SBR (30%), và Butadien (20%), cùng với Butyl và Butylhalogenate (10%) Ngoài ra, vỏ xe còn chứa các kim loại như Zn, Fe, Ca với nồng độ khác nhau Để cải thiện các đặc tính của vỏ xe, nhiều chất hóa học bổ sung như chất tăng ma sát, bột màu, chất độn, chất làm mềm, chất chống oxi hóa và chất chống nóng chảy cũng được sử dụng Về mặt vật lý, vỏ xe có hệ số dãn nở thể tích là 656.10^-4 dm³/°C và độ dẫn nhiệt là 0,14 W/m°K, tương đương với khoảng độ dẫn nhiệt của gỗ (0,13 – 0,18 W/m°K).
2.2.3 Điều chế thành phần cốt từ vỏ xe phế liệu
2.2.3.1 Phương pháp gia công Để tạo được thành phần cốt của vật liệu composite từ vỏ xe phế liệu cần chọn loại cốt, hình dạng kích thước phù hợp với sản phẩm Với những sản phẩm dự kiến của đề tài, chọn loại cốt tạp lai, đoạn ngắn có hình dạng tương tự như hình dạng và kích thước của các mảnh dăm gỗ với phương pháp tính các chỉ số hình thái tương tự Ngoài ra còn phụ thuộc phương pháp chế tạo bằng máy hay thủ công
- Phương pháp gia công cơ giới vỏ xe phế liệu thành miếng nhỏ:
Dây chuyền băm vỏ xe phế liệu tự động (Hình 2.3) bao gồm nhiều máy băm và băng tải vận chuyển để tạo ra các mảnh dăm có kích thước ngày càng nhỏ Mỗi máy băm có hai trục quay ngược chiều, với nhiều lưỡi cắt gắn trên các đĩa tròn, cho phép cắt các mảnh vỏ xe với kích thước khác nhau Dưới mỗi máy băm, băng tải sẽ đưa các mảnh đã băm qua máy sàng phân loại trước khi chuyển tới máy băm tiếp theo Thiết bị phân loại với tính năng từ tính giúp tách dây mép lốp bằng kim loại Mặc dù máy băm có năng suất cao, nhưng không thể tạo ra các mảnh có kích thước và hình dạng theo yêu cầu cho sản xuất ván dăm từ gỗ Tuy nhiên, dây chuyền vẫn có thể sản xuất các đoạn ngắn, viên nhỏ và hạt với kích thước khác nhau, thậm chí nhỏ như bụi.
- Phương pháp gia công thủ công vỏ xe phế liệu thành miếng nhỏ:
Phương pháp gia công thủ công vỏ xe phế liệu cho phép tạo ra các thành phần cốt có kích thước và hình dạng tương tự như dăm gỗ, nhưng việc cắt bằng dụng cụ thủ công thường dẫn đến kích thước không đạt tiêu chuẩn Miếng vỏ xe sau khi cắt không cần phân loại vì không có những mảnh nhỏ hay hạt mịn, làm cho thành phần cốt trong cấu trúc sản phẩm mới không đầy đủ kích thước Điều này gây bất lợi trong kỹ thuật tạo vật liệu composite, do đó cần lựa chọn kiểu thành phần cốt tạp để khắc phục nhược điểm và cải thiện tính chất sản phẩm.
2.2.3.2 Kích thước và dạng hình học của thành phần cốt từ vỏ xe phế liệu
- Hình dạng công nghệ của thành phần cốt
Cốt được chế tạo từ vỏ xe phế liệu thông qua phương pháp thủ công, với hai hình dạng chính là hình thẳng và hình cong Hình dạng của cốt phụ thuộc vào cấu trúc của vỏ xe và kỹ thuật cắt Việc cắt vỏ xe phế liệu thành cốt có độ dày quá mỏng, tương tự như kích thước của các mảnh dăm gỗ, sẽ gặp nhiều khó khăn.
Hình 2.4 Dăm vỏ xe phế liệu
- Kích thước thành phần cốt công nghệ của vật liệu composite
Vỏ xe được cắt thành các cốt với nhiều kích thước và hình dạng khác nhau Kích thước trung bình của cốt vỏ xe phế liệu được cắt thủ công là 46,53 mm chiều dài, 1,94 mm chiều dày và 3,67 mm chiều rộng.
Bảng 2.1 Giá trị trung bình cốt vỏ xe phế liệu
Số TT Dài (mm) Dày (mm) Rộng (mm)
Chỉ số hình thái của thành phần cốt thực tế sau gia công tính theo công thức tính chỉ số hình thái của dăm gỗ như sau :
Chỉ số hình thái S và J thấp cho thấy kích thước của thành phần cốt gia công vỏ xe phế liệu gặp bất lợi khi sản xuất vật liệu composite bằng công nghệ ván dăm gỗ.
2.2.4 Khối lượng thể tích của dăm vỏ xe phế liệu
Khối lượng thể tích của vỏ xe phế liệu được xác định bằng cách chọn 3 vỏ xe phế liệu và cắt mỗi vỏ thành 6 miếng có kích thước (50 ± 1) mm x (50 ± 1) mm theo tiêu chuẩn TCVN 7756 – 5: 2007 Vị trí cắt mẫu được thực hiện bằng cách chia vỏ xe thành 6 phần đều nhau quanh chu vi bánh xe, với mẫu kiểm tra khối lượng thể tích ở 3 vị trí: 1- cách 2 mép 1,5 cm, 2- ở giữa vỏ xe Sau đó, thực hiện cân để thu thập dữ liệu cần thiết.
1, 94 =2, 05 mẫu bằng cân điện tử, sai số 0,01g Kích thước các chiều của mẫu đo bằng thước kẹp điện tử hiện số, sai số 0,1mm
Giá trị khối lượng thể tích trung bình của vỏ xe phế liệu tính được là: ɤ = 0,9432 g/cm 3 (bảng 2.2)
Bảng 2.2 Khối lượng thể tích của vỏ xe phế liệu
Khối lượng thể tích của vỏ xe phế liệu 0,9432
Khối lượng thể tích của vỏ xe phế liệu được chọn là 0,943 g/cm³ để phục vụ cho các thí nghiệm nghiên cứu So với khối lượng thể tích của cao su tự nhiên là 0,913 g/cm³, vỏ xe phế liệu có khối lượng thể tích cao hơn, cho thấy sự khác biệt đáng kể trong tính chất vật liệu.
2.2.5 Độ hút nước, hút ẩm
Ngâm 8 mảnh vỏ xe phế liệu quy cách (50 ± 1) x (50 ± 1) mm (TCVN 7756 – 6:
Trong nghiên cứu năm 2007, các mẫu vỏ xe được ngâm trong nước lạnh trong 24, 48 và 72 giờ Sau mỗi lần ngâm, các mẫu được vớt ra, lau sạch nước bám bên ngoài và tiến hành cân đo Sự thay đổi kích thước của các mẫu cho thấy tỷ lệ trương nở của vật liệu, được tính theo công thức cụ thể.
Kết quả cân 8 mẫu thí nghiệm sau 3 lần ngâm nước của vỏ xe ghi trong bảng 2.3 cho thấy vỏ xe phế liệu không hút ẩm, không hút nước
Bảng 2.3 Trọng lượng mẫu vỏ xe sau khi ngâm nước
2.2.6 Nhận xét về thành phần cốt từ vỏ xe cao su phế liệu
Vỏ xe là vật liệu composite với cấu trúc phức tạp và độ bền cao, gây khó khăn trong việc nghiền thành vật liệu cốt tiêu chuẩn cho sản xuất ván dăm Trong sản xuất ván dăm, nguyên liệu truyền thống chủ yếu là gỗ, nhưng hiện nay đã mở rộng sang các nguyên liệu thực vật khác Theo TCVN 7751:2007, nguyên liệu sản xuất ván dăm được định nghĩa là các phần tử nhỏ tách ra từ gỗ hoặc thực vật ngoài gỗ Tuy nhiên, thành phần cốt từ vỏ xe phế liệu không phù hợp với tiêu chuẩn nguyên liệu, không chứa xenlulo và kích thước không đạt yêu cầu dăm công nghệ tốt nhất Khối lượng thể tích của vật liệu cốt vỏ xe phế liệu quá cao, lên đến 0,943 g/cm³, trong khi yêu cầu là dưới 0,6 g/cm³ Ngoài ra, thành phần cốt này không thấm nước, khiến keo chỉ bám trên bề mặt mà không thấm vào như các mảnh dăm gỗ.
Khi sử dụng vỏ xe phế liệu làm vật liệu cốt, cần chú ý đến tính mềm dẻo và khả năng đàn hồi cao của các mảnh vỏ xe, đặc biệt là trong quá trình nén và phục hồi kích thước Khác với vật liệu sản xuất ván dăm truyền thống, vỏ xe phế liệu không chứa xenlulo và lignin, điều này tạo ra những đặc điểm riêng biệt trong ứng dụng của nó.
Quá trình chế tạo vật liệu composite từ vỏ xe phế liệu theo công nghệ sản xuất ván dăm gặp phải một số bất lợi đáng chú ý.
2.2.7 Khả năng dán dính của vỏ xe phế liệu với nhau bằng keo UF
Vỏ xe phế liệu được cắt thành miếng hình chữ nhật với kích thước 35 ± 2 mm x 50 ± 2 mm và được dán lại với nhau bằng keo UF Lượng keo sử dụng là 150g/m², với áp lực ép 1,85 MPa và nhiệt độ thay đổi từ 130°C đến 170°C, thời gian ép là 2 phút cho mỗi mm chiều dày Chiều dày ban đầu của vỏ xe là 3,65mm và 3,69mm, sau khi nén, chiều dày còn 6,32mm, cho thấy độ lún là 13,9% Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần và mẫu thử được kiểm tra độ bền kéo vuông góc (ĐBKVG) tại Trung tâm nghiên cứu và chuyên giao công nghệ Chế biến lâm sản Giấy và Bột giấy – Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, với kết quả trung bình được ghi trong bảng 2.4.
Bảng 2.4 Thí nghiệm khả năng dán dính vỏ xe theo nhiệt độ
Chiều rộng(mm) P (KG) ỨSKVG
Hình 2.5 Mẫu vỏ bánh xe dán dính bằng keo UF
1 – Dán dính 2 mặt phía ngoài của vỏ xe
2 – Dán dính mặt phía ngoài với mặt phía trong của vỏ xe
3 – Dán dính 2 mặt phía trong vỏ xe
Nghiên cứu công nghệ
Lượng keo sử dụng để ép ván dăm từ vỏ xe phế liệu cần tuân theo tiêu chuẩn của Liên Xô cũ, với khối lượng thể tích lớn hơn 560 g/cm³ Đối với ván một lớp làm việc trong điều kiện khô, lượng keo định mức là 8,5% Tuy nhiên, do độ dày của thành phần cốt lớn và các chỉ số hình thái không đạt yêu cầu như dăm gỗ, cùng với hao hụt keo, tỷ lệ keo được điều chỉnh lên 10%.
2.3.2 Trị số áp lực ép
Thí nghiệm về lực ép:
- Vật liệu: Cốt vỏ xe phế liệu và keo UF
- Dụng cụ thí nghiệm: Khuôn trải dăm và thanh cữ kim loại 18mm
- Lượng cốt vỏ xe phế liệu : 0,396 kg (lấy bằng 400g)
Cốt vỏ xe được trộn đều với keo UF trong thùng trộn thí nghiệm, sau đó trải thành thảm dăm theo kích thước quy định và đưa vào máy ép Sau ba lần thí nghiệm ép, các bề mặt bàn ép được đưa đến gần thanh cữ kim loại Kết quả lực ép được trình bày trong bảng 2.6.
Lực đọc trên máy (Mpa) Áp lực trên đơn vị DT
Áp lực ép trung bình tính trên đơn vị diện tích là 1,834 Mpa/cm², với áp lực đơn vị được chọn trong các thí nghiệm tiếp theo là 1,85 Mpa/cm².
2.3.3 Khối lượng thể tích của mẫu composite từ vỏ xe phế liệu
Khối lượng thể tích của vật liệu composite được tính theo công thức: γ V m
Khối lượng thể tích γ của composite sản xuất theo công nghệ ván dăm dạng tấm phẳng ảnh hưởng đến khả năng dán dính của composite vỏ xe phế liệu, được kiểm tra thông qua thể tích V của ván ép thử nghiệm.
– Ép mẫu với khối lượng thể tích ván dăm gỗ thông dụng 700 g/cm 3
+ Vật liệu: Cốt vỏ xe cao su phế liệu và keo UF
+ Dụng cụ thí nghiệm: Khuôn trải thảm và thanh cữ kim loại 18mm
+ Quy cách mẫu thí nghiệm: 0.32 x 0,32 x 0,018 cm
+ Lượng cốt tính cho mẫu thí nghiệm: 0,32 x 0,32 x 0,18 x 0,7 = 1,29 kg
+ Thông số công nghệ: Nhiệt độ 140 0 C; áp lực ép 1,85 Mpa, thời gian ép 1,5 phút/1mm chiều dày
Khối lượng thể tích chọn theo mức khối lượng thể tích của ván dăm gỗ có khối lượng thể tích trung bình 700 g/cm 3
Sau khi ép và cắt 3 mẫu ván kích thước 50 x 50 mm, kết quả cho thấy ván dăm composite từ vỏ xe phế liệu có khối lượng thể tích 700 g/cm³, thấp hơn khối lượng thể tích của vỏ xe phế liệu Điều này dẫn đến việc không tạo ra liên kết vững chắc giữa các dăm vỏ xe, làm cho tấm ván không bền Mặc dù các mảnh cốt vỏ xe và keo có liên kết thành tấm, nhưng khi nguội, các mảnh vỏ xe có thể dễ dàng bị bẻ và kéo ra khỏi mẫu bằng tay, do đó không thể tiến hành kiểm tra mẫu như dự kiến.
– Ép mẫu với khối lượng thể tích tính toán
Khối lượng thể tích của mẫu composite từ vỏ xe phế liệu phải lớn hơn khối lượng thể tích của vỏ xe phế liệu Để tính toán khối lượng thể tích này, chúng ta dựa vào trị số khối lượng thể tích của vỏ bánh xe phế liệu và mức độ lún của ván khi dán ép vỏ bánh xe, cụ thể là 13,9% (mục 2.2.7) Công thức tính được xác định là γtn = (0.139 × 0,936 g/cm³ + 0,936 g/cm³) = 1,06 g/cm³ Cuối cùng, chọn γtn = 1,1 g/cm³ cho khối lượng thể tích của mẫu vật liệu composite trong thí nghiệm.
+ Vật liệu : Dăm vỏ bánh xe cao su phế liệu và keo UF
+ Dụng cụ thí nghiệm : Khuôn trải dăm và thanh cữ kim loại 18mm
+ Quy cách ván thí nghiệm : 0,32 x 0,32 x 0,018 cm
+ Lượng cốt vỏ xe tính cho mẫu vật liệu thí nghiệm: 2,027 kg
Sau khi ép mẫu, cần để nguội trong phòng thí nghiệm để đảm bảo độ liên kết tốt của vật liệu Tiến hành cắt mẫu thành kích thước 50 x 50 mm và thực hiện lặp lại 3 lần, sau đó cân và ghi lại kết quả trong bảng 2.7.
Bảng 2.7 Khối lượng thể tích tính toán của ván thí nghiệm
Khối lượng thể tích trung bình g/cm 3 1,116667
Mẫu vật liệu thí nghiệm cho thấy khối lượng thể tích thực tế đạt 1,12 g/cm³, vượt qua khối lượng thể tích của vỏ xe và gần bằng khối lượng thể tích tính toán của ván thí nghiệm, cho thấy các thành phần cốt liên kết tốt Để đạt hiệu quả tối ưu, ván dăm composite từ vỏ xe phế liệu cần có khối lượng thể tích cao hơn thể tích của dăm vỏ xe phế liệu, với khối lượng thể tích được chọn cho ván là 1,1 g/cm³.
Hình 2.7 Ván dăm – composite từ vỏ xe phế liệu
2.3.4 Nghiên cứu thông số công nghệ tạo mẫu composite
2.3.5.1 Chọn thông số công nghệ
Trong quá trình tạo sản phẩm, chúng tôi chỉ tập trung vào những thông số công nghệ có thể kiểm soát và ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tạo mẫu Cụ thể, chúng tôi lựa chọn hai thông số quan trọng là nhiệt độ ép (X1) và thời gian giữ sản phẩm trên máy (X2) để nghiên cứu tác động của chúng đến quy trình tạo sản phẩm Mức thay đổi của các thông số công nghệ được trình bày trong bảng 2.8.
Bảng 2.8 Mức thay đổi các thông số công nghệ
Thông số Ký hiệu Đơn vị Mức thay đổi
Các thí nghiệm tiến hành theo kế hoạch trung tâm hợp thành trực giao:
+ Số thí nghiệm tính theo công thức :
N0 = 1 số thí nghiệm tại tâm
N = 1 + 2 2 + 2.2 = 9 Thí nghiệm lặp lại 3 lần, tổng số 27 thí nghiệm
Trị số tay đòn α (hay điểm sao) được tính theo công thức: α = √√2 n-2 (2 n + 2n + 1) – 2 n – p – 1, trong đó n là số yếu tố ảnh hưởng (với n = 2) và p là số yếu tố rút gọn Trong thí nghiệm này, các yếu tố đầy đủ TYĐ được sử dụng, do đó p = 0 Thay n và p vào biểu thức α, ta có: α = √√2 2-2 (2 2 + 2.2 + 1) – 2 2 – 0 – 1 = 1 Các biến số được đặt là X1 – nhiệt độ bàn ép.
X2 – Thời gian giữ sản phẩm trên máy
Các yếu tố kiểm tra: – Độ bền kéo vuông góc bề mặt ván là Y1
– Tỷ lệ trương nở là Y2
+ Ma trận thực nghiệm: Trên cơ sở số lượng thí nghiệm đã tính toán, mô hình thí nghiệm đã chọn, lập kế hoạch thí nghiệm ở bảng 2.9
Bảng 2.9 Kế hoạch thực nghiệm
Các thí nghiệm không nhất thiết phải thực hiện theo thứ tự như trong bảng Y1 và
Y2 đại diện cho giá trị trung bình của các chỉ tiêu chất lượng mẫu theo tiêu chuẩn Để kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 7754:2007, cần lựa chọn chỉ tiêu trương nở và độ bền kéo vuông góc bề mặt ván.
+ Vật liệu: Dăm vỏ xe cao su phế liệu và keo UF
+ Dụng cụ thí nghiệm: Khuôn trải dăm và thanh cữ kim loại 18mm
+ Quy cách ván thí nghiệm: 0.32 x 0,32 x 0,018 cm
+ Lượng thành phần cốt vỏ xe tính cho mẫu thí nghiệm: 2,027 kg
Để trộn vỏ bánh xe phế liệu, cho chúng vào thùng trộn và đảo trong 20 giây Tiếp theo, đổ lượng keo đã được định lượng vào thùng và tiếp tục đảo đều trong 3 phút với tốc độ 70 vòng/phút.
Trộn hỗn hợp vỏ xe phế liệu với keo U-F cho kết quả tương tự như khi trộn dăm gỗ với keo Tuy nhiên, lượng keo không thấm vào dăm vỏ xe, dẫn đến việc dễ dàng nhận thấy mức độ bám ướt của keo trên bề mặt của miếng vỏ xe cắt nhỏ.
Hình 2.8 Khuôn ép nguội, thùng trộn và máy ép thí nghiệm
Lên khuôn là quá trình trải thảm dăm đã trộn keo để tạo thành khuôn trước khi thực hiện ép sơ bộ và ép có gia nhiệt, nhằm sản xuất ván dăm Quá trình này giúp định hình cấu trúc, kích thước và khối lượng thể tích của sản phẩm ván dăm.
Do điều kiện thí nghiệm, phương án trải thảm bằng thủ công được chọn Dăm sau khi trộn keo được trải vào khuôn gỗ và nén ép bằng tay để giảm chiều cao khoang máy ép nhiệt Thí nghiệm này được thực hiện với ván 1 lớp.
*Ép nhiệt Ép nhiệt là công đoạn quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất ván dăm, nó liên quan mật thiết đến tính chất cơ học của ván
Nghiên cứu công nghệ chế tạo composite vỏ xe và dăm gỗ cao su và công nghệ dán ép ván mỏng lên ván hỗn hợp vỏ xe phế liệu và keo UF
2.4.1 Ván mỏng bóc gỗ cao su
2.4.1.1 Thông tin về gỗ cao su
Cây cao su, có tên khoa học là Hevea brasiliensis Pohl, thuộc nhóm 7 theo tiêu chuẩn 2198 – CNR Mẫu nghiên cứu được lấy từ cây cao su đã thu hoạch nhựa sau 10 năm trồng, với tổng thời gian trồng là 16 năm, được chặt hạ tại diện tích cao su tiểu điền ở xã An Điền, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương Đáng lưu ý, cây cao su không nằm trong danh mục các loại cây được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất gỗ dán theo tiêu chuẩn TCVN 1761 – 75 – nhóm 0.
Hình 2.12 Rừng cây cao su và mặt cắt ngang cây
2.4.1.2 Tính chất cơ lý của gỗ cao su
Gỗ cao su có các tính chất cơ học đáng chú ý, với ứng suất trượt dọc thớ đạt 67,59 kG/cm² Ứng suất nén dọc thớ cao, lên tới 446,54 kG/cm², trong khi ứng suất nén ngang thớ XT là 101,6 kG/cm² và ngang thớ TT là 89,35 kG/cm² Ứng suất kéo dọc thớ rất ấn tượng với giá trị 1.037,15 kG/cm², còn ứng suất kéo ngang thớ là 50,58 kG/cm² Cuối cùng, ứng suất uốn tĩnh của gỗ cao su đạt 814,29 kG/cm².
Tính chất vật lý của gỗ cao su (kG/cm 2 ):
Khối lượng thể tích cơ bản của gỗ cao su là 0,577g/cm³, trong khi khối lượng thể tích tại độ ẩm 12% là 0,641g/cm³ và tại độ ẩm 18% là 0,619g/cm³ Các chỉ số co rút bao gồm co rút tổng thể 4,15%, co rút theo chiều dọc 0,31%, và co rút theo chiều ngang 2,68% Về dãn nở, dãn nở tổng thể đạt 5,17%, dãn nở theo chiều ngang 4,25%, và dãn nở theo chiều dọc 0,42% Khi sản xuất ván mỏng từ gỗ cao su, tính chất cơ học của ván mỏng thường thấp hơn so với nguyên liệu gốc do sự xuất hiện của các vết nứt làm giảm độ bền của mẫu thử, như được thể hiện trong bảng 2.12.
Bảng 2.12 So sánh giá trị một số tính chất cơ học của gỗ Cao su nguyên liệu và ván mỏng
Stt Loại gỗ Cao su
Tên chỉ tiêu Chiều dày Trị số
1 Ứng suất kéo dọc thớ ván mỏng (kG/cm 2 )
2 Ứng suất kéo dọc thớ nguyên liệu 1.037
3 Ứng suất kéo ngang thớ NL 30,59
4 Ứng suất kéo ngang thớ ván mỏng 2,3
Hình 2.13 Bóc ván cao su
2.4.1.3 Nghiên cứu công nghệ chế tạo composite vỏ xe và dăm gỗ cao su
- Lựa chọn tỷ lệ dăm gỗ cao su và vỏ xe phế liệu
+ Quy cách mẫu composite thí nghiệm: dài x rộng x dày = 40 x 40 x 1,6 cm Thể tích của mẫu là 2560 cm 3
+ Kích thước trung bình của thành phần cốt vỏ xe: dài x dày x rộng = 46,53 mm x 1,94 mm x 3,67 mm.
+ Kích thước dăm gỗ cao su (phế liệu ván mỏng): dài trung bình 20mm x dày 1 mm x rộng 0,6 mm
+ Tỷ lệ thành phần dăm gỗ cao su / vỏ xe phế liệu lần lượt chọn 25/75 – 50/50 – 75/25
Để tính toán lượng vỏ xe và dăm gỗ cao su tham gia vào cấu trúc của mẫu thí nghiệm, khối lượng thể tích của mẫu composite sử dụng thành phần cốt tạp lai (bao gồm hai thành phần trở lên) giữa dăm gỗ cao su và vỏ xe phế liệu được xác định theo công thức: γ = γ 1 p 1 + γ 2 p 2 + ⋯ + γ n p n, trong đó γ là khối lượng thể tích của mẫu vật liệu composite cốt tạp lai.
𝛾 1 , 𝛾 2 … , là khối lượng thể tích của các thành phần vật liệu cốt tham gia trong cấu trúc vật liệu composite
𝑝 1, 𝑝 2 … là tỷ lệ của của các thành phần vật liệu cốt tham gia trong cấu trúc vật liệu composite
+ Khối lượng thể tích của vỏ xe là 943,2 kg/m 3 hay 0,9432g/cm 3 (bảng 2.2)
+ Khối lượng thể tích của dăm gỗ cao su là 641 kg/m 3 = 0,641 g/cm 3
Khối lượng thể tích của vật liệu composite cốt tạp lai dăm gỗ cao su và vỏ xe phế liệu được tính toán theo ba tỷ lệ 25/75, 50/50 và 75/25 Kết quả cho tỷ lệ 25/75 là 867,5 kg/m³ (0,868 g/cm³), cho tỷ lệ 50/50 là 792 kg/m³ (0,792 g/cm³), và cho tỷ lệ 75/25 là 716,5 kg/m³ (0,716 g/cm³).
+ Khối lượng của mẫu theo tỷ lệ dăm gỗ cao su /vỏ xe = 25/75:
G25/75 = 2560 cm 3 x 0,868 g/cm 3 = 2220.8g (= 2560 * 0.25*0,641 + 2560*0.75*0.9432 = 410.24 + 1810.944= 2221.184g) Trong đó: dăm gỗ cao su 246,528 g, vỏ xe 1799,2692 g
+ Khối lượng của mẫu theo tỷ lệ dăm gỗ cao su /vỏ xe = 50/50:
Trong đó: dăm gỗ cao su 491,52g, vỏ xe 1195,776 g
+ Khối lượng của mẫu theo tỷ lệ dăm gỗ cao su /vỏ xe = 75/25:
Trong đó: dăm gỗ cao su 737,28 g, vỏ xe 597,888 g
+ Áp lực ép: 18,5 kG/cm 2
+ Thời gian ép 2 phút /1mm chiều dày
Trong mỗi thí nghiệm, tỷ lệ được lặp lại 3 lần Kết quả cho thấy, với tỷ lệ dăm gỗ cao su và vỏ xe phế liệu là 25/75, lượng dăm gỗ cao su ít hơn nhưng lại làm lộ ra nhiều dăm vỏ xe trên bề mặt ván.
Tỷ lệ 50/50 giữa dăm gỗ cao su và các thành phần khác làm tăng sự xuất hiện của dăm gỗ trên bề mặt Trong khi đó, tỷ lệ 75/25 với nhiều xơ khiến dăm gỗ phủ kín toàn bộ bề mặt, tạo nên lớp vỏ xe bên trong vật liệu.
Kết quả kiểm tra độ bền uốn tĩnh (Mpa) của các mẫu trong bảng 2.4 cho thấy mẫu có tỷ lệ dăm gỗ / vỏ xe phế liệu 50/50 đạt độ bền uốn tĩnh cao thứ hai Trong khi đó, mẫu có tỷ lệ dăm gỗ / vỏ xe phế liệu 75/25 với lượng dăm gỗ nhiều nhất đã đạt được độ bền uốn tĩnh cao nhất.
Bảng 2.13 Độ bền uốn tĩnh mẫu composite theo tỷ lệ dăm gỗ/vỏ xe
Số TN Tỷ lệ (25/75) Tỷ lệ (50/50) Tỷ lệ (75/25)
- Nghiên cứu thông số công nghệ
Trong nghiên cứu công nghệ, các thông số quan trọng được lựa chọn bao gồm nhiệt độ (X1) và thời gian giữ áp lực tạo vật liệu (X2) Bảng 2.14 trình bày mức thay đổi của các thông số này Để kiểm tra chất lượng vật liệu, các thông số cần xem xét bao gồm độ bền uốn tĩnh, độ bền kéo vuông góc và tỷ lệ trương nở chiều dày của mẫu vật liệu Kế hoạch thực nghiệm được thiết lập với 2 biến số, như thể hiện trong bảng 2.15.
Bảng 2.14 Mức thay đổi các thông số công nghệ
Thông số Ký hiệu Đơn vị Mức thay đổi
Bảng 2.15 Kế hoạch thực nghiệm với 2 biến số
Các thí nghiệm thực hiện 3 lần lặp lại Số liệu thí nghiệm thể hiện trong các bảng 2.16; 2.17; 2.18
+ Tỷ lệ trương nở chiều dày
Bảng 2.16 là số liệu kiểm tra tỷ lệ trương nở theo chiều dày của mẫu vật liệu thí nghiệm composite dăm gỗ cao su / vỏ xe
Bảng 2.16 Tỷ lệ trương nở chiều dày mẫu vật liệu thí nghiệm
Xử lý số liệu theo phần mềm thống kê Stagrafic 7.0.& Excel, kết quả thu được phương trình tương của các biến số như sau:
+ Phương trình tương quan của các biến số dạng mã hóa như sau: y1=0.763-0.596*x1 – 0.136*x2 + 0.06*x1*x2
+ Chuyển phương trình tương quan dạng mã hóa về dạng thực như sau:
Kết quả tối ưu: Ytn = 0.09 (%) Nhiệt độ X1: 150 ( o C)
Thời gian X2: 2.3 (phút/mm) + Độ bền chịu kéo vuông góc
Bảng 2.17 là số liệu kiểm tra độ bền chịu kéo vuông góc của mẫu vật liệu thí nghiệm composite dăm gỗ cao su / vỏ xe
Bảng 2.17 Độ bền kéo vuông góc mẫu vật liệu thí nghiệm
Xử lý số liệu theo phần mềm Stagrafic 7.0 & Excel, kết quả thu được phương trình tương của các biến số như sau:
+ Phương trình tương quan của các biến số dạng mã hóa như sau: y2 = 0.493 + 0.1616*x1 + 0.065*x2 – 0.105*x22
+ Chuyển phương trình tương quan dạng mã hóa về dạng thực như sau:
Kết quả tối ưu: Y2 = 0.665 MPa/cm 2
Nhiệt độ X1: 150 ( o C) Thời gian X2: 2.3 (phút/mm)
Bảng 2.18 là số liệu kiểm tra độ bền uốn tĩnh mẫu vật liệu của mẫu vật liệu thí nghiệm composite dăm gỗ cao su / vỏ xe
Bảng 2.18 Độ bền uốn tĩnh mẫu vật liệu thí nghiệm
Xử lý số liệu theo phần mềm Stagrafic 7.0 & Excel, kết quả thu được phương trình tương của các biến số như sau:
+ Phương trình tương quan của các biến số dạng mã hóa như sau: y3 = 14.86 + 1.5*x1 + 0.66*x2 – 0.93*x22
+ Chuyển phương trình tương quan dạng mã hóa về dạng thực như sau:
Kết quả tối ưu đạt được là Y3 = 16.64 MPa/cm² với nhiệt độ X1 là 150°C và thời gian X2 là 2.5 phút/mm Các thông số công nghệ được lựa chọn cho nghiên cứu cho thấy giá trị hợp lý, với nhiệt độ 150°C và thời gian giữ áp lực tạo vật liệu là 2.5 phút/mm.
Kiểm tra tính chất cơ học và vật lý của mẫu vật liệu composite có thành phần cốt là vỏ xe phế liệu kết hợp dăm gỗ
Theo thông số công nghệ hợp lý ở trên, chế tạo vật liệu composite vỏ xe phế liệu – dăm gỗ cao su – keo UF
- Vật liệu: Vỏ xe cao su phế liệu cắt thành các đoạn ngắn, dăm điều chế từ phế liệu ván mỏng gỗ cao su và keo ureformaldehuyde (UF)
- Quy cách ván thí nghiệm: 50 x 50 x 1,8 cm = 4500 cm 3
- Khối lượng thể tích: 0,79 g/cm 3
- Tỷ lệ dăm gỗ cao su / vỏ xe phế liệu : 50 / 50
- Quy cách thành phần cốt vỏ xe: (1,9 – 2) x (45 – 50) x (3,5 – 4) mm
- Lượng vật liệu tạo mẫu composite dăm gỗ cao su – vỏ xe: 3555 g
- Lượng vỏ xe tính cho mẫu vật liệu thí nghiệm: 2122 g
- Lượng dăm gỗ cao su phế liệu ván mỏng tính cho mẫu vật liệu thí nghiệm: 1442 g
- Thời gian giữ mẫu trong quá trình tạo ván: 2,5 phút / mm chiều dày
- Áp lực tạo vật liệu: 18,5 kG/cm 2
Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu theo tiêu chuẩn TCVN 7754:2007 cho thấy độ bền uốn tĩnh đạt 16,6 Mpa, độ bền kéo vuông góc là 0,67 Mpa, tỷ lệ trương nở chiều dày là 0,16%, và khối lượng thể tích ván là 0,669 g/cm³.
Dưới tác động của các yếu tố công nghệ, nhiệt độ 150°C, thời gian tạo sản phẩm là 2,3 phút cho mỗi mm chiều dày, áp lực nén vật liệu đạt 18,5 kG/cm², cùng với lượng keo UF, quy trình sản xuất được tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao nhất.
Vật liệu composite cốt tạp lai được chế tạo từ 15% dăm gỗ cao su và 50% vỏ xe phế liệu, với tỷ lệ 50/50, cho ra lượng dăm gỗ cao su là 1442g và lượng vỏ xe phế liệu là 2122g Quy cách trung bình của vật liệu có kích thước dài x dày x rộng là (1,9 – 2) x (45 – 50) x (3,5 – 4) mm Vật liệu mới này sở hữu độ bền uốn tĩnh đạt 16,6 Mpa, độ bền kéo vuông góc 0,67 Mpa, và tỷ lệ trương nở chiều dày là 0,16% Khối lượng thể tích của ván là 0,669 g/cm³.
Hình 2.14 Composite dăm gỗ cao su – vỏ xe chế tạo theo thông số CN hợp lý
** Vật liệu và thông số thí nghiệm
+ Composite vỏ xe và keo UF; Quy cách ván thí nghiệm (dài x rộng x dày): 320mm x 320mm x 16mm
+ Ván mỏng bóc từ gỗ cao su dày 0,5 và 1mm
+ Áp lực ép Chọn trị số 7kG/ cm 2 đối với ván mỏng 0,5mm và 10 kG/cm 2 đối với ván 1mm
Bảng 2.19 Mức thay đổi các thông số công nghệ
Thông số Ký hiệu Đơn vị Mức thay đổi
Bảng 2.20 Kế hoạch thực nghiệm dán ván mỏng lên composite vỏ xe
Mẫu vật liệu composite được ép theo thông số công nghệ hợp lý, với keo được tráng lên hai mặt ván và ép theo chế độ quy định Sau khi hoàn thành, mẫu sẽ được kiểm tra các chỉ tiêu chất lượng, bao gồm sai lệch chiều dày và độ bền kéo trượt, dựa trên tiêu chuẩn TCVN 7756 – 9:2007, sử dụng vật liệu từ vỏ xe phế liệu và keo UF, cùng với bề mặt ván mỏng bóc từ gỗ cao su.
Xử lý số liệu cho thấy độ sai lệch chiều dày của ván dày 17mm (ván phủ 0,5mm) và 18mm (ván phủ 1mm) theo tiêu chuẩn ván dán có chiều dày từ 12 đến 25 mm cho phép sai số chiều dày là – (0,4 + 0,03t), tương ứng với –0,88mm và –0,94mm Giá trị sai lệch chiều dày đo trên một tấm là 0,6mm Các giá trị trong bảng là trung bình đo ở 8 vị trí của mỗi mẫu, với số lần lặp lại là 3 lần theo giá trị sai lệch trong 1 tấm.
Kết quả kiểm tra độ sai lệch chiều dày (t) của mẫu composite từ vỏ xe phế liệu, dăm gỗ cao su và keo UF, được dán phủ hai mặt bằng ván bóc từ gỗ cao su dày 0,5mm, được trình bày trong bảng 2.21.
Bảng 2.21 Độ sai lệch chiều dày ván phủ dày 0,5mm
Số TN X1( 0 C) X2(phút) X1 ( 0 C) X2 (phút) Sai lệch (t)
Kết quả kiểm tra độ bền kéo trượt của ván mẫu composite được sản xuất từ vỏ xe phế liệu, dăm gỗ cao su và keo UF, cho thấy tính năng vượt trội khi dán phủ hai mặt bằng ván bóc từ gỗ cao su dày 0,5mm, như thể hiện trong bảng 2.22.
Bảng 2.22 Độ bền kéo trượt ván thí nghiệm phủ ván dày 0,5mm
(phút) fv(Mpa) Tỷ lệ phá hủy %
Ván dăm vỏ xe phế liệu được dán từ ván mỏng gỗ cao su dày 0,5mm đã đạt tiêu chuẩn kiểm tra theo TCVN 7756 – 9: 2007 trong tất cả các thí nghiệm Tuy nhiên, cần xem xét điều kiện sản xuất thực tế để lựa chọn chế độ công nghệ phù hợp với nhiệt độ.
Ở nhiệt độ 120 độ C và thời gian ép 3 phút, keo sẽ hoàn toàn đóng rắn trên máy trước khi thoát áp, giúp lớp ván mỏng không bị khô quá mức và trở nên giòn Thời gian ép này cũng đủ để các vị trí không đều về độ dày được nén ép, chuyển vị và ổn định mà không đàn hồi trở lại, đồng thời chuẩn bị phôi cho chu kỳ ép tiếp theo.
Kết quả kiểm tra độ sai lệch chiều dày (t) của mẫu composite từ vỏ xe phế liệu, sử dụng keo UF và dán phủ 2 mặt bằng ván bóc gỗ cao su dày 1mm, được trình bày trong bảng 2.23.
Bảng 2.23 Độ sai lệch chiều dày ván phủ dày 1,0mm
Số TN X1 ( 0 C) X2 (phút) X1 ( 0 C) X2 (phút) Sai lệch (t)
+ Kết quả kiểm tra độ bền kéo trượt ván mẫu composite từ vỏ xe phế liệu – keo
UF, dán phủ 2 mặt bằng ván bóc từ gỗ cao su dày 1 mm trong bảng 2.24
Bảng 2.24 Độ bền kéo trượt ván thí nghiệm phủ ván dày 1,0 mm
Số TN X1 ( 0 C) X2 (phút) X1 ( 0 C) X2 (phút) fv(Mpa) Tỷ lệ phá hủy %
Ván dăm vỏ xe phế liệu được sản xuất từ gỗ cao su dày 1mm, đạt tiêu chuẩn TCVN 7756 – 9: 2007 Với lý do đã nêu, chế độ công nghệ được chọn là 130 độ C trong thời gian 3 phút, do độ dày của ván mỏng là 1mm.
Hình 2.15 là mẫu composite vỏ xe phế liệu – keo UF dán phủ bề mặt bằng ván mỏng bóc từ gỗ cao su dày 0,5mm
Hình 2.15 Composite vỏ xe dán mặt bằng ván bóc cao su dày 0,5 mm
Hình 2.16 là mẫu composite vỏ xe phế liệu – dăm gỗ cao su – keo UF dán phủ bề mặt bằng ván mỏng bóc từ gỗ cao su dày 1mm
Hình 2.16 Mẫu vật liệu composite vỏ xe phế liệu, dăm gỗ cao su và keo UF ép theo thông sốcông nghệ hợp lý
Xây dựng quy trình công nghệ
Sơ đồ công nghệ tổng quát bao gồm các bước chính: bắt đầu từ nguyên liệu như vỏ xe phế liệu và phế liệu gỗ, tiếp theo là xử lý nguyên liệu thông qua các quá trình băm nghiền và phân loại Sau đó, keo sẽ được trộn đều, tiếp theo là trải thảm, ép nhiệt, dán mặt, và cuối cùng là hoàn thiện sản phẩm trước khi đưa vào kho.
Hình 2.17 Sơ đồ công nghệ
2.6.2 Giải thích sơ đồ công nghệ
Nguyên liệu chính trong công nghệ sản xuất composite từ vỏ xe phế liệu bao gồm vỏ xe và dăm gỗ Cả hai loại nguyên liệu này được đưa vào máy móc và thiết bị chuyên dụng để gia công, xử lý cho đến khi đạt được kích thước và hình dạng mong muốn.
Hỗn hợp bao gồm chất kết dính keo UF, dăm gỗ và thành phần cốt vỏ xe được chế biến đạt kích thước và hình dạng theo yêu cầu công nghệ Tất cả các thành phần này được trộn đều để tạo ra sản phẩm chất lượng.
Sau khi trộn đều, hỗn hợp được lấy ra khỏi thiết bị trộn và trải thành thảm mỏng với độ dày và mật độ đồng đều trên tấm kim loại phẳng Tiếp theo, thảm hỗn hợp vật liệu cốt và chất kết dính sẽ được đưa vào khoang ép của máy ép có gia nhiệt để thực hiện quá trình tạo mẫu vật liệu composite theo các thông số công nghệ đã được xác định.
Ván mỏng được gia công thành tấm lớn bằng phương pháp bóc hoặc lạng Chiều dày ván mỏng tuỳ theo vật liệu composite
Dán ván mỏng là quy trình sử dụng ván mỏng được tráng keo một mặt, trong đó vật liệu composite được đặt giữa hai tấm ván mỏng có mặt tráng keo Sau đó, toàn bộ được đưa vào khoang ép của máy ép có gia nhiệt và nén ép theo các thông số công nghệ đã được nghiên cứu.
Sau khi dán ván mỏng lên vật liệu composite, sản phẩm cần được cắt theo quy cách và đánh nhẵn bề mặt Đồng thời, cần xử lý các lỗi (nếu có) trước khi nhập kho sản phẩm.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Vỏ xe phế liệu được chế biến thành mảnh nhỏ giống như dăm gỗ để sản xuất ván dăm, sử dụng keo UF với quy trình công nghệ ở nhiệt độ 150°C, áp lực 1,85 Mpa và thời gian ép 2 phút cho mỗi 1 mm chiều dày, với lượng keo chiếm 15% Các tính chất của ván dăm đạt được bao gồm khối lượng thể tích 1,1 g/cm³, độ bền kéo vuông góc bề mặt 0,378 Mpa và tỷ lệ trương nở 0,21, trong khi ván có độ uốn dẻo rất cao.
Sau khi tạo vật liệu composite từ vỏ xe phế liệu, có thể dán phủ bề mặt bằng ván mỏng (bóc hoặc lạng) Khi dán bằng ván bóc, tính dẻo của ván nền sẽ không còn Đối với vật liệu nền composite vỏ xe phế liệu – keo UF, nên chọn ván mỏng bóc từ gỗ cao su có độ dày 1mm với chế độ dán ép: nhiệt độ 130°C, thời gian 3 phút, áp lực 10 kG/cm² Tính chất của ván này gồm ứng suất kéo trượt 0,45 Mpa và tỷ lệ phá hủy 67% Nếu sử dụng dăm gỗ cao su – keo UF làm vật liệu nền, có thể chọn ván mỏng 0,5 mm với chế độ dán ép: nhiệt độ 120°C, thời gian 3 phút, áp lực 7 kG/cm² Tính chất của ván này là ứng suất kéo trượt 0,41 Mpa và tỷ lệ phá hủy 65%.
Tiếp tục nghiên cứu chế độ ép tối ưu tạo vật liệu composite từ vỏ xe phế liệu và những chất dính khác
Nghiên cứu chế độ công nghệ tạo vật liệu composite với những vật liệu cốt kết hợp với những vật liệu có sợi khác ngoài gỗ
Nghiên cứu máy và thiết bị phù hợp điều chế dăm từ vỏ xe phế liệu và các thiết bị tạo sản phẩm đồng bộ.