Đề tài Ảnh hưởng của xử lý hóa học đến cơ tính của vật liệu composite được gia cường bằng sợi xơ dừa

khuôn hở đắp tay (hand-lay up). + Công việc trước tiên khi thao tác với máy RTM là ta phải vệ sinh khuôn (làm bóng hai bề mặt khuôn) bằng wax. Kế đến ta đặt sợi gia cường vào trong khuôn và tiến hành đóng khuôn siết chặt bằng các bulông. Sau đó ta bơm nhựa vào khuôn, gia nhiệt. Sau cùng tiến hành tháo khuôn ta sẽ được sản phẩm composite. + Đối với phương pháp đắp tay trước tiên ta quét phủ một lớp gelcoat lên khuôn bằng cọ mềm. Kế đến ta trải vật liệu cốt lên bề mặt khuôn đã phủ gelcoat. Quét thấm ướt nhựa đã hòa xúc tác lên vật liệu cốt, đồng thời lăn ép bằng các con lăn bông để liên kết chúng lại với nhau. Trải một lớp vật liệu kế tiếp lên khuôn và tiếp tục lăn ép cho đến khi đạt chiều dày vật liệu như mong muốn thì ngưng. Sau khi nhựa đã đóng rắn thì ta tách sản phẩm ra khỏi khuôn. CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM 4.1. Chuẩn bị vật liệu cốt 4.1.1. Cốt xơ dừa đẳng phương: Nguyên liệu sợi xơ dừa sử dụng trong thí nghiệm này là sợi xơ dừa được tách bằng máy ở các xí nghiệp sản xuất xơ dừa ở Bến Tre. Để đảm bảo cho vật liệu composite chứa 30% sợi thì ta cần khoảng 100 g cho ½ khuôn. Như vậy khối lượng sợi xơ dừa cần đem đi xử lý với xút khoảng 150 g cho mỗi loại. Xơ dừa được ngâm trong các thau nhựa với các mức nồng độ NaOH là 3% và 5% về khối lượng và các mức thời gian là 1 ngày,2 ngày và 4 ngày. Sau khi xử lý với NaOH xong ta đem sấy các mẫu xơ dừa này trong tủ sấy khoảng 800C trong vòng 1 ngày đêm. Sợi xơ dừa sau khi sấy sẽ khô cứng, dính vào nhau và tương đối dài nên cần phải chải các xơ cho thẳng và cắt ngắn sao cho phù hợp với kích thước khuôn dễ dàng sắp xếp chúng theo một hướng nhất định. Hình 4.1 Xử lý sợi xơ dừa thẳng tách bằng máy với NaOH 4.1.2. Cốt sợi thảm xơ dừa. Nguyên liệu xơ dừa là các sợi rối được tách bằng máy, chúng đã được xe lại thành những sợi to hơn. Từ các sợi này ta đan chúng xen kẽ nhau và xếp chúng càng sít nhau càng tốt, ta sẽ tạo được các tấm thảm xơ dừa với hai chiều đan vuông góc nhau. Mỗi tấm sẽ được đan theo kích thước của ½ khuôn RTM của phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, đối với cách đan này tỉ lệ sợi giữa hai phương còn chênh lệch nhau nhiều. Do đó, cơ tính hầu như chỉ thể hiện đặc biệt ở phương nhiều sợi nhất. Hình 4.2 Sợi xơ dừa đan thảm tại phòng thí nghiệm Polymer-Composite, Khoa Công Nghệ 4.1.3. Cốt tấm mat xơ dừa. Nguyên liệu trong trường hợp này là các sợi chỉ xơ dừa dạng rối được tách bằng máy, chiều dài các sợi chỉ này trong khoảng từ….. Tấm mat xơ dừa bao gồm các sợi chỉ rối xơ dừa được phân bố đồng đều ở mọi phương và ta chủ động sử dụng lực ép để ép các sợi chỉ rối này dính lại với nhau. Tấm mat khi này có bề dày rất mỏng, chúng có dạng giống như các tấm mat sợi thủy tinh. Để thực hiện một tấm mat xơ dừa, hai yếu tố quan trọng cần phải đạt được là làm sao để rãi đồng đều xơ dừa lên khuôn và làm sao để kết dính các sợi này với nhau. Với phát hiện này khả năng ứng dụng tấm mat sợi xơ dừa trong lĩnh vực composite là rất cao và có thể được dùng để thay thế cho sợi thủy tinh. Đồng thời với nhu cầu phát triển composite như hiện nay người ta sẽ nghĩ đến hướng phải tạo ra số lượng tấm mat nhiều hơn hay nói cách khác chúng sẽ được sản xuất trên quy mô công nghiệp. Vấn đề trên bước đầu đã được thực hiện bằng cách ngâm các chỉ xơ dừa trong nước để chúng phân tán đều ra trong nước. Sau đó, sẽ vớt chúng ra khỏi nước và đem phơi ở ngoài trời cho ráo nước và đưa vào máy ép nóng để ép thành các tấm mat xơ dừa. Tuy nhiên, phương pháp này mất rất nhiều thời gian thực hiện vì phải trãi qua nhiều công đoạn như ngâm nước, phơi… Một cách khác để có thể phân bố chỉ xơ dừa trong phòng thí nghiệm là phân bố một khối lượng nhất định bằng tay vào trong khuôn có sẵn. Sau đó, ta đem mẫu đã phân bố ép trong máy ép nóng ta cũng tạo được tấm mat hoàn chỉnh, chúng không khác gì nhiều so với phương pháp đã nói ở trên. Phương pháp này tiết kiệm được rất nhiều thời gian và khắc phục được nhược điểm đối với phương pháp trên. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi sự kiên trì, khéo léo của người lao động để có thể phân bố các sợi xơ dừa một cách đều đặn. Hình 4.3 Sợi xơ dừa rối được phân bố trong khung Một yếu tố quan trọng hơn là làm sao để có thể kết dính các chỉ xơ dừa lại với nhau. Thiết bị mà ta sử dụng để ép tạo tấm mat xơ dừa là thiết bị ép nóng PANSTONE của Đài Loan. Hai thông số đáng lưu ý trong quá trình ép đó là nhiệt độ và áp suất để ép tạo các tấm mat. Như vậy, ở nhiệt độ và áp suất bao nhiêu là phù hợp để ta có thể tạo ra các tấm mat xơ dừa đạt yêu cầu sử dụng và đảm bảo được tuổi thọ của các thiết bị cơ khí. Ngoài ra, từ những thông số trên cũng có thể tạo điều kiện cho người nông dân có khả năng đầu tư công nghệ phù hợp để tạo nguồn mat xơ dừa cung cấp cho ngành công nghiệp. Hình 4.4 Máy ép nóng PANSTONE của Đài Loan Qua khảo sát việc ép chỉ xơ dừa ở các mức nhiệt độ và áp suất khác nhau từ 400C – 1600C và từ 30 kg/cm2 – 150 kg/cm2, ta rút ra được ở khoảng nhiệt độ 700C và áp lực 70 kg/cm2 là phù hợp để tạo tấm mat xơ dừa thỏa mãn những yêu cầu nêu trên. Áp lực ở đây chính là áp lực cần thiết cung cấp cho dầu để đẩy khuôn dưới của máy ép nóng lên ép chỉ xơ dừa. Qua các lần thử nghiệm với máy ép nóng ta rút ra nhận xét các chỉ xơ dừa chủ yếu liên kết được với nhau là do yếu tố áp suất nhiều hơn là yếu tố nhiệt độ. Nếu ta ép xơ dừa ở áp suất thấp và nhiệt độ cao (<2000C) thì bằng cảm quan ta có thể nhận thấy các chỉ xơ dừa không hề kết dính lẫn nhau. Đó có thể là do ở nhiệt độ cao các chất sáp trong xơ dừa chảy ra tuy nhiên chúng còn thiếu lực ép để kết dính chúng lại với nhau. Nếu ta ép ở mức áp suất cao hơn, thì các chỉ xơ dừa vẫn liên kết chặt với nhau. Có thể là do các chất sáp ở nhiệt độ tương đối thấp đã có thể chảy ra, lúc này chính lực ép cao đã làm cho chúng phân bố rộng rãi ở khắp nơi để kết dính chúng lại với nhau. Do hiểu được nguyên nhân này và qua các lần thí nghiệm đánh giá bằng cảm quan ta rút ra được mức tối tưu để ép một tấm mat xơ dừa ở nhiệt độ 700C và áp suất 70 kg/cm2. Hình 4.5 Tấm mat sợi xơ dừa 4.2. Gia công vật liệu composite. Do composite là vật liệu được chế tạo nên từ hai hay nhiều thành phần khác nhau, nên quá trình chế tạo chúng và các kết cấu từ composite là sự kết hợp của rất nhiều quá trình công nghệ khác nhau. Đặc trưng chung của công nghệ chế tạo các kết cấu-sản phẩm từ composite nền nhựa gồm những thao tác cơ bản sau: chuẩn bị vật liệu nền và cốt (bao gồm cả việc kiểm tra chất lượng và tính chất của chúng xem có phù hợp với yêu cầu kỹ thuật không, xử lý bề mặt các cốt sợi để tăng độ bền kết dính, loại bỏ các chất bẩn và tạp chất, sấy khô….), kết dính vật liệu nền và các cốt, tạo dáng kết cấu, làm đông rắn nhựa nền trong kết cấu composite, xử lý cơ khí sau cùng các sản phẩm và khâu cuối cùng là thử nghiệm, kiểm tra chất lượng. Cho đến nay đã có rất nhiều quá trình sản xuất để chế tạo các kết cấu, chi tiết từ composite nền nhựa với những hình dạng, cấu trúc và mục đích sử dụng khác nhau. Với mỗi quá trình công nghệ có những nét đặc trưng riêng, những ưu điểm và nhược điểm cũng như những khả năng tạo các kết cấu, chi tiết từ composite ở mức hạn chế (nhiệt độ, áp lực, tốc độ tạo hình dáng,…). Những giới hạn của các phương pháp công nghệ, một mặt là do khả năng có hạn của phương pháp công nghệ mà chúng ta đã chọn, mặt khác cũng do những hạn chế của máy móc, trang thiết bị. Hiện nay có rất nhiều phương pháp phổ biến để gia công vật liệu composite tùy theo yêu cầu sử dụng như phương pháp đắp tay (hand-lay up), phương pháp RTM (Resin Transfer Moulding), phương pháp phun (spray up). Bảng sau đây sẽ trình bày một số ưu nhược điểm của một số phương pháp gia công composite. Quá trình công nghệ Ưu điểm Nhược điểm 1. Phương pháp đắp tay - Tạo được sản phẩm lớn có kết cấu phức tạp. - Điều khiển được hàm lượng và chiều định hướng của sợi. - Giá thành khuôn và sản phẩm thấp. - Tốn chi phí nhân công. - Kỹ năng, kinh nghiệm của người công nhân phải cao. - Ô nhiễm môi trường do gia công khuôn hở. 2. Phương pháp RTM - Gia công khuôn kín nên hạn chế ô nhiễm môi trường. - Sản phẩm đẹp, không có đường cắt bavia. - Thời gian điền một khuôn sản phẩm nhanh. - Chi phí khuôn cao. - Muốn tăng năng suất phải gia nhiệt và dùng nhiêu khuôn. - Cần điều chỉnh tỉ lệ xúc tác chính xác. 3. Phương pháp phun - Nhựa dùng trong phương pháp này là nhựa dùng cho mục đích thông thường. - Lớp nhựa dẻo có khả năng chịu thời tiết tốt, chịu va đập mài mòn. - Ít phải dùng con lăn để khử khí. - Nhựa dùng trong kỹ thuật này phải cho vào các chất phụ gia tăng độ bám dính. - Vấn đề kết dính bề mặt khó khăn. - Kích thước của lớp nhựa dẻo không chính xác, bề dày khác nhau. Bảng 4.1 Bảng ưu-nhược điểm của một số phương pháp gia công composite thông dụng Nguồn ([16]). 4.2.1. Phương pháp đúc chuyển nhựa RTM (Resin Transfer Moulding) 4.2.1.1. Giới thiệu: RTM theo lý thuyết nghĩa là sự chuyển nhựa từ một hệ thống này đến một hệ thống khác trong khi gia công sản phẩm bằng cách đúc khuôn. Nó khắc phục được những khuyết điểm giữa phương pháp đắp tay đòi hỏi nhiều nhân công và phương pháp ép khuôn đòi hỏi nhiều chi phí. Phương pháp RTM có ba quá trình căn bản sau: (1) tạo nên những dạng preform và đặt chúng trong khuôn, (2) thấm nhựa vào các preform, và (3) đóng rắn cấu trúc composite trong khuôn. Một yêu cầu đối với các dạng preform là nó phải giữ được hình dạng trong suốt quá trình thấm nhựa. Các sợi khô có thể được trãi ra theo một hướng mong muốn và sau đó được dính lại với nhau bởi nhựa. Một vài nghiên cứu phát triển gần đây tập trung vào các dạng preform tết bím đối với phương pháp RTM. Quá trình thấm nhựa thường dùng bơm để bơm nhựa vào trong khuôn. Độ nhớt của nhựa phải đủ thấp để cho phép nhựa thấm được đều len lỏi vào giữa các vật liệu gia cường, và không đóng rắn nhanh để nhựa có đủ thời gian điền đầy khuôn. Cả nhựa polyester và epoxy đã được ứng dụng thành công trong phương pháp RTM. Quá trình đóng rắn được kèm theo nhiệt trước hoặc sau khi thấm nhựa. Thông thường bơm chân không được áp dụng đối với khuôn trong suốt quá trình thấm nhựa và đóng rắn để hỗ trợ dòng chảy của nhựa đồng thời để rút các bọt khí có trong nhựa [11]. Các ưu điểm của kỹ thuật RTM bao gồm [15]: - Giá gia công để hoàn thiện sản phẩm tương đối thấp. - Tiết kiệm nhân công. - Gia công trong khuôn kín nên hạn chế gây ô nhiễm môi trường. - Cơ tính sản phẩm cao do hạn chế được bọt khí. - Sản phẩm đẹp, hai mặt bóng láng và không có đường cắt bavia. - Thời gian điền khuôn một sản phẩm nhanh. - Tiết kiệm được nguyên vật liệu. 4.2.1.2. Gia công composite bằng phương pháp RTM tại Khoa Công Nghệ. Trên thực tế, tấm composite được gia công bởi thiết bị RTM tại Khoa Công Nghệ có nguyên tắc hoạt động như sau: - Trước hết ta cần bôi một lớp wax lên hai nửa khuôn, rồi dùng giẻ mềm (bằng sợi bông), thoa đều khắp bề mặt khuôn. - Trải các sợi xơ dừa theo hướng yêu cầu của sản phẩm, đồng thời sắp xếp các sợi thủy tinh dọc theo chiều dài và chiều rộng của khuôn để tạo điều kiện rút chân không trong quá trình thực hiện. - Sau khi trải sợi xong ta phủ lên trên một màng mỏng PET để tránh nhựa dính vào bề mặt khuôn trên bằng mica. Sau đó ta ghép hai nửa khuôn lại và siết chặt bằng các bulông tạo ra một khuôn kín. - Sau đó dùng khí nén để tạo áp lực ép nhựa đã hòa xúc tác vào khuôn. Sau khi đóng rắn thì ta tháo 2 nửa khuôn để lấy sản phẩm ra. Sợi gia cường 1. Đặt sợi gia cường vào trong khuôn 2. Đóng khuôn 3. Bơm nhựa vào khuôn 4. Tháo sản phẩm ra khỏi khuôn P Nhựa Sản phẩm Hình 4.6 Quy trình thực hiện gia công composite bằng thiết bị RTM (Nguồn [6]) Kích thước khuôn Chiều dài 500 mm Chiều rộng 300 mm Chiều dày 3/4/5 mm Nhiệt độ Tối đa 1800C Chân không Tối đa 760 mmHg Áp suất Tối đa 5 kg/cm2 Thiết bị gia nhiệt Môi chất Dầu gia nhiệt Nhiệt độ Tối đa 1800C Bảng 4.2 Các thông số kỹ thuật của thiết bị RTM tại Khoa Công Nghệ (Nguồn [6]) Thiết bị gia nhiệt Khuôn Hộp điều khiển Hình 4.7 Thiết bị gia công composite bằng phương pháp RTM tại phòng thí nghiệm polymer-composite tại Khoa Công Nghệ. Đối với việc đánh giá ảnh hưởng của việc tách sợi bằng máy, các sợi xơ dừa sau khi xử lý với NaOH xong ta cắt ngắn sợi sao cho chúng có độ dài khoảng 240 mm, đồng thời dùng lược chải để chúng tơi ra để dễ dàng phân bố chúng đều vào khuôn dưới. Do ta chỉ cần thực hiện 4 nghiệm thức nên ta bố trí cho mỗi nghiệm thức sẽ chiếm nửa khuôn dưới. Đối với việc gia công composite được gia cường bằng tấm thảm, sau khi ta đan thành một tấm thảm sợi xơ dừa, mỗi tấm sẽ có kích thước của ½ khuôn. Ta sắp xếp tấm thảm theo dạng như sau: Hình 4.8 Sợi đan thảm được sắp xếp vào trong khuôn RTM Đối với thí nghiệm thay thế sợi thủy tinh bằng sợi xơ dừa, ta tạo các tấm mat xơ dừa với khối lượng trung bình khoảng 6 (g) mỗi tấm bằng máy ép nóng. Mỗi tấm sẽ có kích thước gần với ½ khuôn, đồng thời tấm mat sợi thủy tinh cũng có kích thước giống như tấm mat xơ dừa và có khối lượng trung bình khoảng 17 (g) mỗi tấm. Mỗi tấm composite tạo ra phải đảm bảo rằng thành phần sợi luôn chiếm 30% tổng thể tích. Ta lần lượt bố trí các nghiệm thức như sau: Tấm composite 6% sợi xơ dừa = 3 tấm mat xơ dừa + 8 tấm mat thủy tinh Tấm composite 12% sợi xơ dừa = 6 tấm mat xơ dừa + 6 tấm mat thủy tinh Tấm composite 18% sợi xơ dừa = 9 tấm mat xơ dừa + 4 tấm mat thủy tinh Tấm composite 24% sợi xơ dừa = 12 tấm mat xơ dừa + 2 tấm mat thủy tinh. Hình 4.9 Chuẩn bị vật liệu cốt hỗn hợp tấm mat thủy tinh và tấm mat sợi xơ dừa. 4.2.2. Công nghệ đắp tay ( Hand Lay Up) 4.2.2.1. Giới thiệu [1]: Đây là công nghệ chế tạo sản phẩm theo khuôn hở, hoàn toàn bằng tay ở tất cả các công đoạn từ hòa trộn nguyên liệu cho đến khi lấy sản phẩm từ khuôn. Sau khi xoa lớp tác nhân tách khuôn trên mặt khuôn, thì quy trình có thể tóm tắt như sau: - Quét gelcoat có pha xúc tác lên bề mặt khuôn bằng chổi mềm. - Trải vật liệu cốt lên bề mặt khuôn đã phủ gelcoat. - Quét thấm ướt nhựa đã hòa xúc tác lên vải thủy tinh đồng thời lăn ép bằng các con lăn bông, sắt để liên kết chúng. - Sau khi đóng rắn, tách khuôn lấy sản phẩm. Khuôn Quét gelcoat lên khuôn Trải vật liệu cốt Thấm – Lăn ép nhựa Đóng rắn Sản phẩm Hình 4.10 Quy trình chế tạo vật liệu composite bằng phương pháp đắp tay Công đoạn trải vật liệu cốt và thấm lăn ép nhựa được lặp đi lặp lại theo số lượng lớp được dự kiến cho đến khi đạt chiều dày sản phẩm. Đây là công nghệ không đòi hỏi thiết bị, dụng cụ phức tạp, không đòi hỏi trình độ công nhân cao, nên chi phí đầu tư thấp. Công nghệ này cho ra sản phẩm bóng láng một mặt. Ở Việt Nam hầu hết đang áp dụng công nghệ này. 4.2.2.2. Gia công composite bằng phương pháp đắp tay Với việc tạo ra tấm mat xơ dừa với ưu điểm mỏng, dễ thấm nhựa nên ta cần phải thử nghiệm qua phương pháp đắp tay đơn giản mục đích là để khảo sát, đánh giá khả năng gia công vật liệu composite cốt là tấm mat xơ dừa. Ban đầu ta thoa đều một lớp wax lên một mặt của khuôn dĩa cho đến khi bề mặt dĩa bóng láng. Nếu ta thoa không đều wax lên khuôn thì sẽ xảy ra trường hợp ở bề mặt tiếp xúc với khuôn sẽ xuất hiện các lỗ hổng do lớp wax để lại làm ảnh hưởng đến hình dạng của vật liệu. Vật liệu cốt ta sử dụng trong trường hợp này là các tấm mat xơ dừa. Ban đầu ta ép cho các tấm mat này theo hình dạng các sản phẩm mong muốn thực hiện. Mục đích là để khi gia công các tấm mat sẽ dễ dàng theo hình dạng của khuôn, các sợi xơ dừa sẽ không bị bong tróc trong quá trình lăn ép nhựa. Chất đóng rắn sử dụng trong trường hợp này là MEKP, nồng độ chất đóng rắn khoảng 1% trong tổng 200 g nhựa. Do đó đòi hỏi thao tác phải nhanh và khéo léo. Ta dùng cọ quét lên bề mặt khuôn một lớp nhựa tương đối dày, sau đó đắp lần lượt từng tấm mat xơ dừa rồi dùng cọ lăn đều cho nhựa thấm vào tấm mat. Tiếp tục làm như thế cho đến khi đạt được độ dày mong muốn thì dừng. Hình 4.11 Sản phẩm dĩa được thực hiện bằng phương pháp đắp tay tại phòng thí nghiệm Polymer-Composite Khoa Công Nghệ Sản phẩm dĩa trên là kết quả của phương pháp gia công composite bằng tay với cốt là các tấm mat xơ dừa. Trong quá trình thực nghiệm ta nhận thấy các tấm mat xơ dừa khi gia công rất dễ theo hình dạng của khuôn và khi ta tiến hành lăn tay thì sợi xơ dừa không bị cuốn theo cọ. Các tấm mat với ưu điểm mỏng nên đối với phương pháp lăn tay ta thấy nhựa được điền đầy vào các lỗ trống và ít để lại bọt khí trong nhựa. Đồng thời sản phẩm sau khi đóng rắn có bề mặt bóng láng. Tuy nhiên chất đóng rắn sử dụng là MEKP nên đòi hỏi thao tác gia công phải nhanh và khéo léo. 4.3. Kiểm tra cơ tính composite 4.3.1. Thí nghiệm kéo Thí nghiệm kéo được thực hiện trên máy kéo nén Zwick để kiểm tra độ bền kéo của composite với sợi trước và sau khi xử lý, sợi đan thảm và hỗn hợp tấm mat thủy tinh và xơ dừa theo tiêu chuẩn ASTM D3039/D 3039M Mẫu được cắt theo tiêu chuẩn ASTM D3039/D 3039M. Chiều dày mẫu khoảng 3mm. Chiều dài theo hướng sợi khoảng 250 mm, chiều rộng mẫu được cắt theo hướng vuông góc với sợi khoảng 15 mm, nhưng đối với cốt là tấm mat xơ dừa thì chiều rộng mẫu là 25 mm. Tốc độ hoạt động của máy là 5 mm/min. Extensometer được sử dụng để đo độ dãn dài, gauge length là 50 mm. Độ bền kéo của composite được xác định theo công thức sau: A=b.d Trong đó: σ : Độ bền kéo (N/m2) F: Lực tại điểm gãy (N) A: Tiết diện của mẫu (m2) b : Chiều rộng của mẫu (m) d : Chiều dày của mẫu (m) Bảng 4.3 Bảng tóm tắt thông số thí nghiệm kéo theo tiêu chuẩn ASTM D3039/D 3039M Loại cốt Sợi thẳng và sợi đan thảm Tấm mat Kíchthướcmẫu Chiều dài 250 mm 250 mm Chiều rộng 15 mm 25 mm Chiều dày 3 mm 3 mm Extensometergauge length 50 mm 50 mm Tốc độ 5 mm/min 5 mm/min Số mẫu mỗi bộ xử lý 7 5 4.3.2. Thí nghiệm uốn Thí nghiệm 3 điểm uốn cho giá trị độ bền uốn ngang của vật liệu. Đây cũng là phương pháp phổ biến để kiểm tra gián tiếp độ bền liên diện giữa sợi và nhựa. Chiều dày mẫu khoảng 3 mm. Chiều rộng mẫu được cắt theo hướng chiều dài sợi khoảng 15 mm, chiều dài theo hướng vuông góc sợi khoảng 45 mm theo tiêu chuẩn ASTM D790M/84. Thí nghiệm 3 điểm uốn cũng được thực hiện trên máy kéo nén Zwick, theo tiêu chuẩn ASTM D790M/84. Độ bền uốn được xác định theo công thức: Độ bền uốn = Trong đó: P: Lực uốn cực đại tại điểm phá vỡ (N) L: Khoảng cách 2 gối đỡ (m) b: Chiều rộng của mẫu (m) d: Chiều dày của mẫu (m) Bảng 4.4 Bảng tóm tắt thông số thí nghiệm uốn 3 điểm theo tiêu chuẩn ASTM D790M/84. Loại cốt Sợi thẳng và sợi đan thảm Kích thướcmẫu Chiều dài 45 mm Chiều rộng 15 mm Chiều dày 3 mm Span 25 mm Tốc độ 1 mm/min Số mẫu mỗi bộ xử lý 6 Hình 4.12 Máy kéo nén Zwick thực hiện thí nghiệm kéo và thí nghiệm 3 điểm uốn CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 5.1. Kết quả thí nghiệm 5.1.1. Ảnh hưởng của việc tách sợi đến cơ tính của vật liệu composite Đối với thí nghiệm này ta thực hiện ở 4 nghiệm thức là không xử lý (KXL) với NaOH, xử lý với 3% -1N (3% NaOH - 1 ngày), xử lý 3%-4N (3% NaOH- 4 ngày) và xử lý 5%-2N (5% NaOH - 2 ngày). Mục đích của thí nghiệm này là so sánh cơ tính của các mẫu được gia cường bởi sợi tách bằng máy và tách bằng tay. Trên cơ sở đó ta sẽ đánh giá được yếu tố tách sợi bằng máy có ảnh hưởng đến cơ tính composite như thế nào và yếu tố này cơ tính có khuynh hướng như thế nào so với sợi tách bằng tay. Trong thí nghiệm này ta sử dụng kết quả mođun kéo, độ bền kéo và độ bền uốn của composite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng tay của tác giả Lê Anh Phương để so sánh với cơ tính của composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy. Ngoài ra, trong thí nghiệm này ta cũng so sánh đánh giá về yếu tố độ dai va đập giữa các mẫu composite sợi xơ dừa tách bằng máy không xử lý và có xử lý với NaOH. 5.1.1.1. Mođun đàn hồi Sau thí nghiệm ta thu được bảng số liệu về mođun kéo giữa sợi tách bằng tay và tách bằng máy như sau: Nghiệm thức KXL 3%-1N 3%-4N 5%-2N Tách bằng máy (MPa) 2615 ± 88.74 3594.7 ± 169.2 2814.2 ± 103.7 2902.7 ± 90.38 Tách bằng tay (MPa) 2291.3±187.46 3125.82±161.72 3376.87±196.24 29.32.7±121.62 Bảng 5.1 Bảng số liệu mođun kéo của composite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay Hình 5.1 Đồ thị so sánh mođun kéo giữa composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy và tách bằng tay Từ đồ thị trên ta nhận thấy mođun đàn hồi của các mẫu có sợi tách bằng tay và tách bằng máy không khác nhau nhiều. Mođun đàn hồi các mẫu tách bằng máy và tách bằng tay đều có khuynh hướng tăng lên ở nghiệm thức 3%-1N và sau đó giảm dần cơ tính. Trong sự so sánh trên ta thấy các mẫu có sợi tách bằng máy cho mođun hầu hết đều cao hơn so với tách bằng tay ngoại trừ nghiệm thức 3%-4N. Điều này có thể do việc ngâm trong nước trước khi tách sợi đã làm thoát các thành phần liên kết trong sợi nên đã làm giảm mođun đàn hồi của chúng. Còn đối với các sợi xơ dừa tách bằng máy được tách bằng các thiết bị cơ khí mà không phải ngâm một khoảng thời gian dài như tách bằng tay. Do đó, chúng có mođun cao hơn nhưng không khác nhau nhiều. 5.1.1.2. Độ bền kéo Bảng số liệu về thí nghiệm kéo giữa sợi tách bằng máy và bằng tay: Nghiệm thức KXL 3%-1N 3%-4N 5%-2N Tách bằng máy (MPa) 29.85 ± 3.14 40.68 ± 4.97 39.89 ± 6.39 43.78 ± 3.43 Tách bằng tay (MPa) 49.76 ± 2.57 55.8 ± 2.11 55.57 ± 1.32 49.37 ± 3.66 Bảng 5.2 Bảng số liệu độ bền kéo của composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy và bằng tay Hình 5.2 Đồ thị so sánh độ bền kéo giữa composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy và bằng tay Nhìn chung, độ bền kéo của vật liệu composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy tăng lên ở nghiệm thức 3%-1N và sau đó thì độ bền kéo của vật liệu có xu hướng giảm dần ở các nghiệm thức sau. Điều này có cùng khuynh hướng với composite được gia cường bởi sợi tách bằng tay. Từ đồ thị so sánh trên ta thấy độ bền kéo của các mẫu tách bằng tay cao hơn so với các mẫu tách bằng máy. Điều này có thể là do sự tổn hại của các tác nhân cơ khí trong quá trình tách sợi bằng máy đối với sợi như tạo nên các vết cắt trên bề mặt sợi, sợi sẽ bị dập nát hơn so với tách bằng tay dẫn đến làm giảm độ bền kéo của sợi. 5.1.1.3. Độ bền uốn ngang Bảng 5.3 trình bày số liệu về thí nghiệm uốn giữa composite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay: Nghiệm thức KXL 3%-1N 3%-4N 5%-2N Tách bằng máy (MPa) 11.58 ± 2.58 15.91 ± 1.22 14.34 ± 0.92 16.27 ± 1.57 Tách bằng tay (MPa) 15.53 ± 1.42 15.47 ± 1.24 24.21 ± 1.20 22.64 ± 2.38 Bảng 5.3 Độ bền uốn giữa compositeđược gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay Hình 5.3 Đồ thị so sánh độ bền uốn giữacomposite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay Nhìn chung, độ bền uốn của mẫu composite với sợi xơ dừa tách bằng máy tăng lên không nhiều so với composite được gia cường bằng sợi không xử lý. Đối với sợi xơ dừa tách bằng tay chúng có khuynh hướng tăng rõ rệt, đặc biệt ở nghiệm thức 3%-4N. Từ đồ thị so sánh trên ta thấy mẫu composite sợi xơ dừa tách bằng tay cho kết quả độ bền uốn cao hơn so với mẫu composite sợi xơ dừa tách bằng máy. Điều này ta có thể giải thích do sợi xơ dừa tách bằng máy nên chúng chịu ảnh hưởng của các yếu tố cơ khí làm cho sợi xơ dừa bị tổn thương, chẳng hạn như các vết cắt trên bề mặt sợi, sợi dễ bị dập nát hơn so với sợi tách bằng tay…. Do đó, khi uốn mẫu thì nơi đây tập trung nhiều điểm yếu của vật liệu làm phát sinh hư hỏng mẫu sẽ dễ bị phá vỡ. Đây cũng là nguyên nhân làm cho độ bền uốn của các nghiệm thức hầu như cùng giá trị. Mặt khác có thể do các sợi xơ dừa tách bằng tay được ngâm trong nước lâu ngày nên các thành phần lignin, pectin…đã bị tách ra khỏi sợi xơ dừa. Chính điều này tạo nhiều khoảng trống cho nhựa điền đầy vào, làm cho độ bám dính của nhựa và sợi chắc hơn do đó làm tăng độ bền uốn của vật liệu. 5.1.1.4. Độ bền va đập Từ thực nghiệm ta có được bảng số liệu về độ bền va đập như sau: Nghiệm thức KXL 3%-1N 3%-4N 5%-2N Độ bền va đập (J/m) 1.85 ± 0.40 2.74 ± 0.60 2.15 ± 0.24 2.91 ± 0.50 Bảng 5.4 Độ bền va đập Ak (J/m) của composite được gia cường bằng sợi xơ dừa không xử lý và có xử lý Hình 5.4 Đồ thị so sánh độ bền va đập giữa vật liệu composite được gia cường bằng sợi xơ dừa không xử lý và có xử lý Hầu hết các nghiệm thức có xử lý với NaOH đều cho độ bền va đập cao hơn so với mẫu không xử lý. Điều này có thể giải thích là do khi ta tác dụng lực lên mẫu thử va đập thì các sợi xơ dừa trong chúng sẽ chịu kéo. Khi đó ta chỉ cần xét đến yếu tố bám dính của sợi và nhựa để giải thích điều đã nói ở trên. Với việc ngâm trong NaOH để loại bỏ các thành phần lignin, pectin…làm cho liên diện giữa nhựa và sợi được tăng cường. Do đó, các mẫu có xử lý với NaOH sẽ cho liên diện giữa nhựa và sợi tốt hơn. Từ đó tạo điều kiện sợi hấp thu năng lượng va đập tốt hơn nhờ vào độ dãn dài rất cao của sợi xơ dừa. Do đó, độ bền va đập của chúng cũng lớn hơn so với mẫu không xử lý với NaOH. 5.1.2. Ảnh hưởng của các dạng sợi khác nhau. Mục đích của thí nghiệm này là ta đánh giá xem các hình dạng của sợi xơ dừa có ảnh hưởng đến cơ tính vật liệu composite như thế nào? Do thí nghiệm này chỉ đề cập đến cấu trúc của vật liệu gia cường từ sợi xơ dừa nên ta không cần phải xử lý các sợi xơ dừa này với xút như thí nghiệm trên. Các dạng sợi xơ dừa được khảo sát trong thí nghiệm này là sợi UD, sợi đan thảm, sợi tấm mat và nhựa polyester hoàn toàn không có sợi. Các yếu tố cơ tính mà ta cần khảo sát trong thí nghiệm này là mođun kéo, độ bền kéo và độ bền uốn. 5.1.2.1. Module đàn hồi. Sau thí nghiệm ta có được bảng số liệu module đàn hồi giữa các dạng sợi khác nhau trong vật liệu composite như sau: Nghiệm thức UD Đan thảm Tấm mat Nhựa polyester Module kéo Et (MPa) 2615 ± 88.74 1942.60 ± 17.42 1681.39 ± 50.26 601.40 ± 227.73 Bảng 5.5 Mođun đàn hồi của composite được gia cường bằng các dạng sợi khác nhau Từ bảng số liệu thí nghiệm trên ta có được đồ thị sau: Hình 5.5 Đồ thị so sánh mođun đàn hồi của composite được gia cường bằng các dạng preform khác nhau Từ đồ thị trên ta nhận thấy mođun đàn hồi của các mẫu có khuynh hướng giảm dần, trong đó sợi thẳng tách bằng máy cho mođun đàn hồi cao nhất, trong khi đó mẫu nhựa polyester là mẫu cho mođun đàn hồi thấp nhất. Hai mẫu đan thảm và tấm mat cho cơ tính gần tương đương với nhau. Đối với đồ thị trên ta có thể giải thích do ta thực hiện thí nghiệm kéo dọc theo chiều dài của sợi nên mẫu UD cho mođun đàn hồi cao. Tuy nhiên, đối với mẫu đan thảm lực tác dụng cũng theo hướng “yarn” cho cơ tính thấp hơn ta có thể giải thích do các sợi mặc dù được bện lại từ sợi rối thành sợi to hơn sợi thẳng nhưng hướng sợi không hoàn toàn theo hướng tác dụng lực nên làm cho module đàn hồi giảm. Đối với tấm mat xơ dừa các sợi được phân bố ngẫu nhiên không theo một hướng tập trung nhất định nên mođun thấp hơn so với mẫu UD và đan thảm. Mẫu nhựa polyester không có sợi làm cốt nên sẽ cho mođun thấp nhất. Nhìn chung, các sợi được sắp xếp theo một hướng tập trung sẽ cho module đàn hồi cao hơn so với các dạng sợi phân bố khác. Điều này rất phù hợp với lý thuyết đã biết. Mođun đàn hồi của tấm mat và tấm thảm là tương đương với nhau và cách chế tạo tấm mat đơn giản hơn tấm thảm. Do đó khả năng chế tạo và sử dụng tấm mat trong chế tạo vật liệu composite là rất hứa hẹn. 5.1.2.2. Độ bền kéo Từ thí nghiệm ta có bảng số liệu về độ bền kéo của các dạng sợi như sau: Nghiệm thức UD Đan thảm Tấm mat Nhựa polyester Độ bền kéo Et (MPa) 29.67 ± 3.14 20.13 ± 1.29 16.85 ± 1.09 48.44 ± 6.9 Bảng 5.6 Độ bền kéo của composite được gia cường bằng các dạng preform khác nhau Hình 5.6 Đồ thị so sánh độ bền kéo của composite được gia cường bằng các dạng preform khác nhau Nhìn chung, đối với các mẫu composite sợi xơ dừa có khuynh hướng giảm dần từ nghiệm thức UD đến tấm mat. Tuy nhiên, ở mẫu composite đan thảm và tấm mat độ bền kéo của chúng không khác nhau nhiều. Điều này ta có thể giải thích tương tự như thí nghiệm module kéo, do các sợi được sắp xếp tập trung theo một phương sẽ cho độ bền kéo cao hơn so với những mẫu composite mà sợi được phân bố ngẫu nhiên. Đồng thời độ bền của composite thấp hơn độ bền của nhựa có thể là do độ bền của sợi quá thấp do ảnh hưởng của việc tách sợi bằng máy. 5.1.2.3. Độ bền uốn ngang Ta có bảng số liệu về thí nghiệm độ bền uốn như sau: Nghiệm thức UD Đan thảm Tấm mat Độ bền uốn (MPa) 11.58 ± 2.58 16.53 ±5.60 37.48 ± 1.99 Bảng 5.7 Độ bền uốn của composite được gia cường bằng các dạng perform khác nhau Từ bảng số liệu trên ta đưa ra đồ thị so sánh sau: Hình 5.7 Đồ thị so sánh độ bền uốn của composite được gia cường bằng các dạng preform khác nhau Nhìn chung, độ bền uốn của các mẫu composite có khuynh hướng tăng dần từ nghiệm thức UD đến nghiệm thức tấm mat. Trong đó, mẫu composite KXL và đan thảm độ bền uốn không khác nhau nhiều. Để giải thích sự khác biệt trên ta có thể dựa trên độ bền liên diện giữa nhựa và sợi xơ dừa. Đối với sợi đan thảm các sợi xơ dừa được bện lại thành sợi to hơn, trên bề mặt mỗi yarn như thế có bề mặt tiếp xúc giữa nhựa và sợi lớn và gồ ghề. Điều này làm cho sự bám dính của nhựa lên sợi xơ dừa tốt hơn do đó, giúp nâng cao độ bền uốn ngang của vật liệu composite. Đối với sợi thẳng tách bằng máy, diện tích tiếp xúc với nhựa nhỏ hơn và không tạo được các bề mặt gồ ghề như sợi đan thảm. nên độ bền uốn của UD nhỏ hơn đan thảm. Ta nhận thấy tấm mat cho độ bền uốn cao nhất là do các sợi phân bố trong vật liệu composite dưới dạng ngẫu nhiên. Khi đó các sợi trong vật liệu composite sẽ chịu kéo nhiều hơn so với chịu uốn nên chúng có độ bền uốn cao hơn. 5.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi xơ dừa đối với cơ tính vật liệu composite cốt sợi thủy tinh. Trong thí nghiệm này, ta thay thế một phần sợi thủy tinh bằng sợi xơ dừa và đánh giá cơ tính của các mẫu này. Vật liệu cốt thủy tinh trong trường hợp này là các dạng tấm mat. Do đó, để có thể thay thế sợi thủy tinh bằng sợi xơ dừa thì ta phải chọn nguyên liệu cốt sợi xơ dừa cũng phải thuộc dạng tấm mat. Các tấm mat này ta bố trí sao cho chúng nằm đối xứng với nhau so với mặt phẳng trung tâm của tấm composite để làm cho mẫu composite khi tạo ra không bị cong vênh. Thông số cơ tính kéo được chọn để đánh giá so sánh trong thí nghiệm này. Mục đích của việc so sánh này để xác định xem sợi xơ dừa cần thêm vào bao nhiêu phần trăm để đảm bảo cơ tính của nó không thay đổi nhiều so với vật liệu composite 30% sợi thủy tinh (STT) với ý muốn thay thế một phần sợi thủy tinh trong các kết cấu, sản phẩm composite để giảm giá thành. Từ thực nghiệm ta có được bảng số liệu 5.8 về mođun đàn hồi và độ bền kéo của vật liệu composite với các mức phần trăm sợi thủy tinh khác nhau: Nghiệm thức 0% stt 6% stt 9% stt 12%stt Module đàn hồi (Mpa) 1681.4 ±50.3 2693.6 ±122.4 4120.3 ±225.3 5575.8 ±242 Độ bền kéo (Mpa) 16.85 ± 1.09 27.55 ± 1.30 44.73 ± 4.54 56.89 ± 3.02 Nghiệm thức 15%stt 18%stt 24%stt 30%stt Module đàn hồi (MPa) 7174.8 ± 506.7 7684.4±504.4 10523.8±2023.4 10615.7±466.9 Độ bền kéo (MPa) 77.23 ± 4.02 91.75 ± 3.24 147.87 ± 2.52 173.41 ± 23.88 Bảng 5.8 Mođun đàn hồi và độ bền kéo của composite theo phần trăm sợi thủy tinh Hình 5.8 Mođun đàn hồi và độ bền kéo của vật liệu composite theo phần trăm sợi thủy tinh Từ đồ thị trên ta nhận thấy mođun đàn hồi và độ bền kéo của vật liệu composite có khuynh hướng tăng dần theo phần trăm sợi thủy tinh. Từ nghiệm thức 0% sợi thủy tinh đến nghiệm thức 20% sợi thủy tinh cả mođun đàn hồi và độ bền kéo của vật liệu composite tăng đều đặn theo phần trăm sợi thủy tinh. Đến nghiệm thức 24% sợi thủy tinh trở đi thì độ bền kéo tăng rất ít và mođun đàn hồi dường như không tăng nữa. Do vậy ta có thể nói ở mức nghiệm thức 24% sợi thủy tinh thì cơ tính của vật liệu composite dường như không thay đổi so với nghiệm thức 30% sợi thủy tinh. Như vậy, ta có thể nói vật liệu composite với hỗn hợp 6% sợi xơ dừa và 24% sợi thủy tinh về thể tích sẽ cho module đàn hồi và độ bền kéo gần giống với cơ tính tương ứng của vật liệu composite 30% sợi thủy tinh. Điều này có thể sẽ không có lợi về mặt kinh tế nhưng được lợi về mặt môi trường do một phần sợi thủy tinh đã được thay thế đi. 5.2. Bàn luận Do việc tách xơ dừa bằng các thiết bị cơ khí làm tổn hại đến cơ tính của sợi nên hầu hết ở các nghiệm thức so sánh với sợi tách bằng tay đều cho cơ tính thấp hơn. Tuy nhiên, bên cạnh đó cũng còn một số nghiệm thức không theo quy luật do đó cần nghiên cứu thêm việc ngâm xơ dừa trước khi tách cũng làm giảm cơ tính sợi để làm rõ. Tương tự như đề tài của tác giả Lê Anh Phương, các sợi tách bằng máy có xử lý với NaOH đều cho cơ tính cao hơn so với sợi tách bằng máy không xử lý. Đó là do các thành phần lignin, pectin…bị loại bỏ do ngâm với NaOH làm cho lien diện giữa sợi và nhựa tốt hơn. Đối với ảnh hưởng của các dạng preform đến cơ tính của vật liệu composite, khi vật liệu chịu kéo thì sợi đồng phương sẽ cho cơ tính cao hơn các dạng sợi khác. Điều này là phù hợp với quy luật. Tấm mat cho cơ tính kéo thấp hơn do sợi phân bố ngẫu nhiên không theo một phương nhất định. Tuy nhiên, giữa sợi đan bằng thảm và tấm mat cho cơ tính gần tương đương nhau. Do đó, chúng ta cần khuyến cáo sử dụng tấm mat để gia công vật liệu composite vì chúng mỏng, dễ thấm nhựa. Về ảnh hưởng của tỉ lệ sợi xơ dừa ta thấy ở mức 24% sợi thủy tinh và 6% sợi xơ dừa về thể tích cho cơ tính kéo gần tương đương với mẫu composite 30% sợi thủy tinh. Tuy nhiên, khoảng cách giữa các nghiệm thức sau là 6% tương đối xa nhau cho 2 nghiệm thức. Do đó, cần nghiên cứu kỹ hơn về tỉ lệ sợi từ mức 18% sợi thủy tinh đến 24% sợi thủy tinh để xác định đúng hơn về tỉ lệ sợi phù hợp. Đối với độ dai va đập ta cũng nhận thấy được đối với các mẫu có xử lý với NaOH đều cho cơ tính cao hơn so với mẫu không xử lý. Như vậy việc xử lý với NaOH là một cách hiệu quả để tăng độ bền liên diện giữa sợi và nhựa. Tóm lại, sợi xơ dừa được tách bằng máy sẽ cho cơ tính thấp hơn so với tách bằng tay, tuy nhiên các giá trị không khác nhau nhiều. Composite sợi thẳng cho cơ tính theo hướng sợi cao hơn các dạng sợi đan thảm và tấm mat. Vật liệu composite với vật liệu gia cường hỗn hợp 24% sợi thủy tinh và 6% tấm mat xơ dừa sẽ cho cơ tính tương đương với vật liệu composite 30% sợi thủy tinh. Các sợi được xử lý với NaOH nói chung đều cho cơ tính cao hơn so với sợi không xử lý. CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1. Kết luận Việc xử lý sợi xơ dừa bằng NaOH đã cải thiện đáng kể liên kết giữa sợi và nhựa. Composite được gia cường bằng sợi xơ dừa đã xử lý cho cơ tính tốt hơn so với sợi không xử lý. Sợi xơ dừa được tách bằng máy do chịu các va chạm cơ khí trong khi tách làm tổn thương đến bề mặt sợi xơ dừa nên đã phần nào ảnh hưởng làm giảm cơ tính của vật liệu composite. Các sợi xơ dừa đồng phương cho cơ tính cao hơn so với các dạng sợi sắp xếp khác nhau như sợi đan thảm, sợi tấm mat. Độ bền kéo và module kéo của vật liệu composite sợi đồng phương cao hơn sợi đan thảm nhưng về độ bền uốn của sợi đan thảm lại lớn hơn sợi đồng phương do bề mặt tiếp xúc của sợi đan thảm tốt hơn so với sợi đồng phương. Cơ tính kéo theo hướng sợi của composite UD cao hơn các loại khác phù hợp với quy luật. Sợi thủy tinh có thể được thay thế bằng sợi xơ dừa ở mức 6% sợi xơ dừa và 24% sợi thủy tinh (cho kết quả module kéo và độ bền kéo tương đương với 30% sợi thủy tinh). Ta có thể dùng áp lực và nhiệt độ thích hợp để gia công tấm mat sợi xơ dừa phục vụ cho công tác nghiên cứu và khả năng gia công của tấm mat tương đối dễ dàng so với các dạng cốt khác. 6.2. Kiến nghị Việc nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của hình dạng sợi đến cơ tính vật liệu composite ta chỉ khảo sát đối với ba loại cốt xơ dừa là: sợi thẳng đồng phương, sợi đan thảm và sợi tấm mat. Ngoài ra, còn rất nhiều dạng cốt khác mà ta cần khảo sát như sắp xếp các sợi xơ dừa xếp chồng lên nhau… Đối với các tấm mat sử dụng trong đề tài này chủ yếu là sử dụng xơ dừa sợi rối chưa xử lý. Do đó, nó cũng cần mở rộng tìm hiểu cơ tính của vật liệu composite khi ta xử lý các sợi rối này với NaOH. Ta sẽ đánh giá cơ tính của chúng so với cốt tấm mat chưa xử lý. Các tấm mat ta sử dụng trong đề tài này sợi rối chủ yếu được phân bố bằng tay và việc chế tạo chỉ ở quy mô nhỏ, điều này đòi hỏi nhiều thời gian và tốn nhân công. Do đó, đồng thời với việc chế tạo được các tấm mat xơ dừa ta cũng cần nghiên cứu công nghệ để có thể phân bố sợi chỉ rối đồng đều bằng các thiết bị cơ khí và phương pháp gia công tấm mat liên tục để khắc phục những nhược điểm trên. Vật liệu composite hỗn hợp 24% sợi thủy tinh và 6% sợi xơ dừa cho cơ tính tương đương với 30% sợi thủy tinh. Tuy nhiên, ta có thể tiếp tục nghiên cứu để có thể thay thế sợi thủy tinh bằng các sợi tự nhiên khác bằng cách thêm các thành phần khác ngoài xơ dừa như sợi lanh, đay, gai…để gia tăng cơ tính của vật liệu đồng thời giảm thiểu nạn ô nhiễm môi trường hiện nay. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1]. Nguyễn Đăng Cường, Composite sợi thủy tinh và ứng dụng, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 2005. [2]. Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức, Vật liệu composite cơ học và công nghệ, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 2002. [3]. Nguyễn Văn Khải, Nghiên cứu hoàn thiện thiết bị đập, tước chỉ xơ dừa, Hà Nội, 2005 [4]. Nguyễn Minh Trí, Trần Lê Quân Ngọc, Trương Chí Thành, Vật liệu composite, Bộ môn Công nghệ hóa học, Khoa Công Nghệ, Trường Đại học Cần Thơ, 2005. [5]. Trần Ích Thịnh, Vật liệu composite cơ học và tính toán kết cấu, Nhà xuất bản Giáo Dục, 1994. [6]. Lê Anh Phương, Ảnh hưởng của xử lý hóa học đến cơ tính của vật liệu composite được gia cường bằng sợi xơ dừa, Luận văn tốt nghiệp đại học, Đại học Cần Thơ, 2007. Tiếng Anh [7]. Ro Lanka International, Coir (Coconut fiber) An Abundant Natural Fiber Resource to Save the Earth, its waters and wetlands, Inc. 1994. [8]. Sergio N. Monteiro, Luiz Augusto, H. Terrones, Felipe P.D. Lopes, Jose Roberto, M. d’Almeida, Mechanical strength of Polyester matrix composites reinforced with Coconut fiber wastes, 2005. [9]. M. Sudhakaran, Rillai, R. Vasudev, Applications of coir in agricutural textiles, International seminar on technical textiles 2-3 June, 2001, Mumbai, India. [10]. A.K. Bledki, J. Gassan, Composites reinforced with cellulose based fibers. [11]. FAO, Coconut palm products their processing indeveloping countries, No.99, Rome, pp. 124-145, 1975. [12]. M.W. Hyer, Stress analysis of fiber-reinforced composite materials, Mc Graw-Hill, 1998. [13]. www.rolanka.com/index.asp?pg=coirarticle. [14]. www.restoracoir.com/factory-views.htm. [15]. [16]. PHỤ LỤC Phụ lục 1 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM KÉO Bảng i.1 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với sợi không xử lý tách bằng máy Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.8 16.5 2760.77 1.17 24.07 02 3.8 16.9 2520.85 2.03 29.01 03 3.82 17.3 2746.29 1.46 27.27 04 3.74 16.52 2590.22 1.84 32.15 05 3.8 17.3 2609.37 1.52 29.17 06 3.74 16.8 2579.93 1.67 32.39 07 3.68 16.1 2497.45 2.29 33.64 3.768 16.7 2615.00 1.71 29.67 s 0.05 0.4555 88.74 0.37 3.34 ν 1.33 2.73 34.57 21.64 11.26 Bảng i.2 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với sợi tách bằng máy được xử lý xút nồng độ 3%-1 ngày Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.52 16.10 3661.51 1.95 42.27 02 3.42 16.60 3790.99 1.71 40.37 03 3.48 16.14 3533.20 1.89 39.23 04 3.50 16.84 3803.10 2.13 46.93 05 3.60 16.26 3423.40 1.55 35.71 06 3.42 16.18 3584.18 2.21 46.41 07 3.60 16.90 3366.40 1.69 33.82 3.506 16.43 3594.68 1.88 40.68 s 0.07458 0.3421 169.20 0.24 4.97 ν 2.13 2.08 4.71 12.87 12.23 Bảng i.3 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với sợi tách bằng máy được xử lý xút nồng độ 3%-4 ngày Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.30 17.10 2806.25 3.18 44.44 02 3.20 16.32 2760.11 2.60 41.92 03 3.22 16.94 2799.01 2.05 36.66 04 3.16 17.02 2638.62 3.33 45.28 05 3.26 16.60 2947.01 2.76 41.81 06 3.22 17.18 2927.29 2.71 42.32 07 3.30 16.28 2821.04 1.19 26.81 3.237 16.78 2814.19 2.55 39.89 s 0.05219 0.3741 103.70 0.73 6.39 ν 1.61 2.23 3.68 28.57 16.02 Bảng i.4 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với sợi tách bằng máy được xử lý xút nồng độ 5%- 2 ngày Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.24 17.82 2821.46 2.98 44.06 02 3.32 17.30 3021.70 3.02 45.17 03 3.28 17.36 2771.72 3.35 45.35 04 3.36 17.02 2950.81 4.75 48.19 05 3.32 16.74 2946.52 2.41 43.73 06 3.34 17.22 2961.85 2.52 42.92 07 3.32 17.14 2844.71 2.55 37.02 3.311 17.23 2902.68 3.08 43.78 s 0.03976 0.3322 90.38 0.81 3.43 ν 1.20 1.93 3.11 26.30 7.82 Bảng i.5 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với 0% sợi thủy tinh và 30% tấm mat xơ dừa Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.48 24.60 16.31.19 1.74 16.70 02 3.54 24.68 1636.22 1.81 17.91 03 3.54 24.84 1700.91 1.63 17.76 04 3.56 23.80 1753.13 1.63 16.67 05 3.48 25.00 1685.48 1.53 15.20 3.52 24.58 1681.39 1.67 16.85 s 0.03742 0.4644 50.26 0.11 1.09 ν 1.06 1.89 2.99 6.53 6.45 Bảng i.6 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với 6% sợi thủy tinh và 24% tấm mat xơ dừa Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.44 26.26 2822.15 1.65 26.24 02 3.50 24.22 2741.47 1.82 28.08 03 3.62 25.26 2772.01 1.69 26.65 04 3.66 24.18 2601.39 1.87 27.29 05 3.66 24.48 2530.89 - 29.52 3.576 24.88 2693.58 1.76 27.55 s 0.1004 0.8852 122.41 0.10 1.30 ν 2.81 3.56 4.54 5.86 4.71 Bảng i.7 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với 9% sợi thủy tinh và 21% tấm mat xơ dừa Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.48 24.38 4320.41 - 38.90 02 3.42 24.74 4103.18 - 47.53 03 3.44 24.40 3795.26 - 42.28 04 3.44 24.32 4038.21 - 44.36 05 3.38 24.56 4344.59 - 50.60 3.432 24.48 4120.33 - 44.73 s 0.03633 0.1703 225.29 - 4.54 ν 1.06 0.70 5.47 - 10.15 Bảng i.8 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với 12% sợi thủy tinh và 18% tấm mat xơ dừa Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.36 24.20 5577.22 - 60.47 02 3.44 25.10 5692.82 - 58.20 03 3.46 24.10 5910.63 - 57.49 04 3.50 24.82 5295.92 - 52.33 05 3.44 25.12 5402.15 - 55.95 3.44 24.67 5575.75 - 56.89 s 0.05099 0.4888 242.02 - 3.02 ν 1.48 1.98 4.34 - 5.31 Bảng i.9 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với 15% sợi thủy tinh và 15% tấm mat xơ dừa Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.30 24.48 7119.18 - 77.14 02 3.34 24.30 8025.29 - 78.78 03 3.34 23.70 6745.69 - 72.01 04 3.36 24.20 6834.34 - 82.86 05 3.40 24.10 7149.27 - 75.36 3.348 24.16 7174.75 - 77.23 s 0.03633 0.291 506.74 - 4.02 ν 1.09 1.20 7.06 - 5.21 Bảng i.10 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với 18% sợi thủy tinh và 12% tấm mat xơ dừa Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.22 24.76 7524.74 - 88.12 02 3.34 24.92 7279.14 - 94.37 03 3.36 24.68 8249.29 - 92.76 04 3.30 25.04 8460.58 - 78.60 05 3.16 25.30 8510.07 - 47.87 3.276 24.94 8004.76 - 80.34 s 0.0841 0.2449 565.65 - 19.1635 ν 2.57 0.98 7.07 - 23.85 Bảng i.11 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với 24% sợi thủy tinh và 6% tấm mat xơ dừa Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.20 24.98 9764.68 - 150.49 02 3.06 24.92 10285.74 - 148.88 03 3.10 24.34 9229.36 - 149.59 04 3.14 24.24 9277.67 - 145.55 05 3.16 23.72 14061.53 - 144.85 3.132 24.44 10523.79 - 147.87 s 0.05404 0.5221 2023.42 - 2.52 ν 1.73 2.14 19.23 - 1.70 Bảng i.12 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với 30% sợi thủy tinh và 0% tấm mat xơ dừa Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.44 25.94 11132.37 - 132.22 02 3.32 24.76 10459.54 - 193.80 03 3.64 24.32 10597.56 - 183.94 04 3.66 23.28 9933.79 - 180.29 05 3.68 25.26 10955.05 - 176.80 3.548 24.71 10615.66 - 173.41 s 0.1597 1.002 466.86 - 23.88 ν 4.50 4.05 4.40 - 13.77 Bảng i.13 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu composite gia cường với sợi xơ dừa đan thảm Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.20 16.04 1975.05 1.17 17.63 02 3.26 16.00 1936.10 1.49 20.45 03 3.26 17.02 1947.01 - 20.21 04 3.22 16.24 1931.92 1.14 20.80 05 3.36 16.64 1939.68 1.37 20.28 06 3.32 16.44 1925.84 - 21.38 3.27 16.40 1942.60 1.36 20.13 s 0.06033 0.3895 17.42 0.14 1.29 ν 1.85 2.38 0.90 10.10 6.43 Bảng i.14 Kết quả kiểm tra cơ tính kéo của mẫu nhựa polyester Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Et (MPa) Độ dãn dài (%) Độ bền ( MPa) 01 3.14 9.88 541.77 - 47.16 02 3.10 8.86 719.66 4.00 35.34 03 3.14 10.30 253.65 - 53.05 04 3.16 9.00 357.50 - 48.90 05 3.12 10.02 741.66 - 52.63 06 3.14 9.64 994.17 - 53.53 3.133 9.617 601.40 4.00 48.44 s 0.02066 0.5749 272.73 - 6.90 ν 0.66 5.98 45.35 - 14.25 Phụ lục 2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM UỐN Bảng ii.1 Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu composite gia cường với sợi xơ dừa tách bằng máy không xử lý Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Độ bền uốn (MPa) Độ dãn dài (%) 01 3.80 16.20 14.40 0.65 02 3.86 17.26 11.43 0.67 03 3.88 15.72 13.25 0.95 04 3.94 17.14 7.82 0.84 05 3.92 16.70 9.27 0.64 06 3.88 15.52 13.32 0.83 3.88 16.42 11.58 0.76 S 0.04899 0.7281 2.58 0.13 Ν 1.26 4.43 22.25 16.93 Bảng ii.2 Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu composite gia cường với sợi xơ dừa tách bằng máy xử lý xút nồng độ 3%- 1ngày Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Độ bền uốn (MPa) Độ dãn dài (%) 01 3.80 16.20 14.40 0.65 02 3.86 17.26 11.43 0.67 03 3.88 15.72 13.25 0.95 04 3.94 17.14 7.82 0.84 05 3.92 16.70 9.27 0.64 06 3.88 15.52 13.32 0.83 3.88 16.42 11.58 0.76 S 0.04899 0.7281 2.58 0.13 Ν 1.26 4.43 22.25 16.93 Bảng ii.3 Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu composite gia cường với sợi xơ dừa tách bằng máy xử lý xút nồng độ 3%- 4 ngày Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Độ bền uốn (MPa) Độ dãn dài (%) 01 3.20 16.66 13.63 1.13 02 3.08 17.34 14.09 1.01 03 3.08 17.34 14.37 1.03 04 3.16 16.58 14.90 0.96 05 3.16 17.10 13.25 0.92 06 3.22 16.90 15.80 1.14 3.15 16.99 14.34 1.03 S 0.05899 0.3293 0.92 0.09 Ν 1.87 1.94 6.39 8.47 Bảng ii.4 Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu composite gia cường với sợi xơ dừa tách bằng máy xử lý xút nồng độ 5%- 2 ngày Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Độ bền uốn (MPa) Độ dãn dài (%) 01 3.40 17.02 16.76 1.05 02 3.46 16.50 13.81 1.05 03 3.40 16.64 15.24 0.95 04 3.16 17.00 16.12 0.97 05 3.28 16.54 17.74 1.18 06 3.28 17.80 17.93 1.31 3.33 16.92 16.27 1.09 S 0.1101 0.4878 1.57 0.13 Ν 3.31 2.88 9.63 12.39 Bảng ii.5 Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu composite gia cường với sợi xơ dừa đan thảm Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Độ bền uốn (MPa) Độ dãn dài (%) 01 3.12 16.20 18.52 16.1 02 3.18 16.20 20.37 1.97 03 3.16 16.20 6.91 3.06 04 3.10 16.52 20.28 1.64 05 3.10 16.76 16.60 1.58 3.132 16.38 16.53 1.97 S 0.03633 0.2555 5.60 0.63 Ν 1.16 1.56 33.85 31.90 Bảng ii.6 Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu composite gia cường với tấm mat sợi xơ dừa Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Độ bền uốn (MPa) Độ dãn dài (%) 01 2.98 16.84 34.27 4.95 02 2.94 16.50 38.60 4.96 03 2.96 16.24 36.21 4.89 04 2.94 16.90 38.35 4.35 05 2.92 17.22 37.57 4.00 06 2.92 16.58 39.88 4.98 2.943 16.71 37.48 4.69 S 0.02338 0.3449 1.99 0.41 Ν 0.79 2.06 5.30 8.83 Bảng ii.7 Kết quả kiểm tra độ bền uốn của mẫu nhựa polyester Mẫu Dày (mm) Rộng (mm) Độ bền uốn (MPa) Độ dãn dài (%) 01 3.22 15.20 77.57 5.00 02 3.14 17.28 46.09 2.28 03 3.20 16.00 79.21 5.00 04 3.16 15.82 80.54 5.00 05 3.22 15.76 79.83 4.99 06 3.18 15.24 120.32 5.00 3.187 15.05 80.59 4.54 s 0.03266 2.455 23.58 1.11 ν 1.02 16.31 29.26 24.37 Phụ lục 3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VA ĐẬP Bảng iii.1 Kết quả kiểm tra độ bền va đập của mẫu composite gia cường với sợi xơ dừa tách bằng máy không xử lý Mẫu Dày (mm) Rộng (mm)* W (J) Ak (J/m) 01 2.76 9.62 5.99 2.17 02 3.16 11.08 7.13 2.26 03 2.66 10.08 4.49 1.68 04 3.36 9.38 6.32 1.88 05 3.04 8.70 3.81 1.25 2.99 9.94 6.65 1.85 S 0.29 0.89 2.96 0.40 Ν 9.70 9.00 24.50 21.62 Bảng iii.2 Kết quả kiểm tra độ bền va đập của mẫu composite gia cường với sợi xơ dừa tách bằng máy xử lý xút nồng độ 3%- 1 ngày Mẫu Dày (mm) Rộng (mm)* W (J) Ak (J/m) 01 3.36 9.30 6.72 2.00 02 3.08 10.18 6.50 2.11 03 2.78 11.04 8.52 3.06 04 2.82 10.04 8.67 3.07 05 2.54 11.10 9.12 3.59 06 2.52 10.60 7.72 3.06 07 3.48 9.80 8.04 2.31 2.94 10.29 7.90 2.74 S 0.38 0.66 0.99 0.60 Ν 12.93 6.41 12.53 21.90 R* là khoảng cách từ rãnh khắc nodth đến cạnh đối diện. Bảng iii.3 Kết quả kiểm tra độ bền va đập của mẫu composite gia cường với sợi xơ dừa tách bằng máy xử lý xút nồng độ 3%- 4 ngày Mẫu Dày (mm) Rộng (mm)* W (J) Ak (J/m) 01 2.94 10.00 5.41 1.84 02 2.84 9.96 6.15 2.17 03 3.12 10.22 5.97 1.91 04 2.98 10.14 5.90 1.98 05 3.45 10.62 8.20 2.38 06 3.32 11.42 7.67 2.31 07 2.59 9.60 6.37 2.46 3.03 10.28 6.52 2.15 S 0.29 0.59 1.02 0.24 Ν 9.57 5.74 15.64 11.16 Bảng iii.4 Kết quả kiểm tra độ bền va đập của mẫu composite gia cường với sợi xơ dừa tách bằng máy xử lý xút nồng độ 5%- 2 ngày Mẫu Dày (mm) Rộng (mm)* W (J) Ak (J/m) 01 2.64 10.62 10.16 3.85 02 2.98 10.16 8.16 2.73 03 3.00 10.14 8.20 2.73 04 2.54 9.78 5.85 2.30 05 2.72 9.80 7.83 2.88 06 2.98 10.12 9.66 3.24 07 2.90 10.08 7.72 2.66 2.82 10.10 8.23 2.91 S 0.19 0.28 1.41 0.50 Ν 6.74 2.77 17.13 17.18