Nghiên cứu chế tạo vật liệu BMC trên cơ sở sợi thuỷ tinh và sợi tre

Tr­êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi Khoa c«ng nghÖ ho¸ häc Trung t©m nghiªn cøu vËt liÖu Polyme nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu BMC trªn c¬ së sîi thuû tinh vµ sîi tre Môc lôc Më ®Çu................................................................................................. 3 I. Giíi thiÖu chung............................................................................... 4 I.1. LÞch sö ph¸t triÓn cña vËt liÖu compozit..................................... 4 I.2. Xu h­íng ph¸t triÓn cña vËt liÖu compozit................................. 4 I.3. NhiÖm vô cña luËn ¸n................................................................. 6 II . Nguyªn liÖu.................................................................................... 6 II.1. Nhùa polyeste kh«ng no (UP)................................................... 6 II.1.1. Nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt UP.................................. . . . ... 7 II.1.2. CÊu tróc cña nhùa............................................................. 8 II.1.3. S¶n xuÊt nhùa UP......................................................... .. .8 II.2. Sîi thuû tinh.............................................................................. 10 II.2.1. T×m hiÓu chung vÒ sîi thuû tinh...................................... 10 II.2.2. Ph©n lo¹i sîi thuû tinh ................................................. .. 11 II.2.3. C«ng nghÖ chÕ t¹o sîi.......................................................12 II.2.4. Xö lý bÒ mÆt sîi .............................................................. 12 II.2.5. C¸c kiÓu dÖt sîi thuû tinh.......................................... ...... 13 II.3. Sîi thùc vËt ..................................................................14 II.3.1. T×m hiÓu chung vÒ sîi thùc vËt ....................................... 14 II.3.2. Sîi tre .............................................................................. 15 II.3.2.1. Thµnh phÇn ho¸ häc cña sîi tre ...................... 15 II.3.2.2. Xö lý sîi tre .................................................... 17 II.4. Phô gia cho vËt liÖu ............................................................ .. 18 III . C¸c ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu .................................................... 20 III.1 . X¸c ®Þnh c¸c chØ sè cña nhùa .............................................. 20 III.1.1. ChØ sè axit .................................................................... 20 III.1.2. X¸c ®Þnh ®é nhít cña nhùa nÒn .................................. 21 III.1.3. X¸c ®Þnh hµm l­îng phÇn gel ...................................... 21 III.1.4 X¸c ®Þnh hµm l­îng lignin............................................. 22 III.1.5 X¸c ®Þnh hµm l­îng xenlulo.......................................... 22 III.2. C¸c ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu. ........ 23 III.2.1. §é bÒn kÐo ................................................................... 23 III.2.2. §é bÒn uèn ................................................................... 24 III.2.3. §é bÒn va ®Ëp .............................................................. 24 III.3. C¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c ........................................................... 24 Tµi liÖu tham kh¶o Më ®Çu HiÖn nay khoa häc c«ng nghÖ trªn toµn thÕ giíi ®ang ph¸t triÓn hÕt søc m¹nh mÏ. Nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ vËt liÖu míi ®ang ngµy cµng ®­îc øng dông réng r·i trong mäi mÆt cña ®êi sèng kinh tÕ x· héi. §iÓn h×nh lµ ra ®êi vµ ph¸t triÓn cña vËt liÖu míi – vËt liÖu polyme compozit. VËt liÖu polyme compozit do cã tÝnh chÊt ­u viÖt nh­ nhÑ, bÒn, dÔ gia c«ng, cã nhiÒu tÝnh chÊt c¬ lý ho¸ häc næi tréi, gi¸ c¶ chÊp nhËn ®­îc nªn ®ang dÇn dÇn thay thÕ c¸c vËt liÖu truyÒn thèng nh­ s¾t, thÐp, gç... VËt liÖu polyme compozit ®­îc sö dông ®Ó chÕ t¹o nh÷ng s¶n phÈm tõ ®¬n gi¶n nh­ thïng chøa n­íc, tÊm lîp... ®Õn nh÷ng s¶n phÈm chi tiÕt kÕt cÊu phøc t¹p, chÞu t¶i träng lín vµ cã nh÷ng yªu cÇu ®Æc biÖt nh­ c¸c chi tiÕt trong th©n m¸y bay, tµu vò trô...[1] Mét trong c¸c lo¹i vËt liÖu polyme compozit ®ang ®­îc sö dông réng r·i hiÖn nay lµ vËt liÖu BMC (Bulk - Molding - Compound). Cïng víi sù ra ®êi vµ ph¸t triÓn cña nhùa polyeste kh«ng no, vËt liÖu polyme compozit gia c­êng b»ng c¸c lo¹i sîi tù nhiªn còng nh­ tæng hîp ph¸t triÓn rÊt m¹nh. Sîi tù nhiªn ®ang ®­îc nhiÒu n­íc trªn thÕ giíi quan t©m do chóng cã gi¸ thµnh h¹, cã kh¶ n¨ng t¸i t¹o vµ ph©n huû trong m«i tr­êng, nhÑ, dÔ gia c«ng...[9] Tre lµ vËt liÖu cã mÆt ë kh¾p mäi n¬i trªn ®Êt n­íc ViÖt Nam vµ lµ biÓu t­îng cho ®Êt n­íc ViÖt Nam. Tre ®­îc sö dông lµm vËt liÖu x©y dùng, lµm c¸c ®å thñ c«ng mü nghÖ, lµm chÊt ®èt... Víi môc ®Ých sö dông sîi tre lµ nguån nguyªn liÖu s½n cã ë ViÖt Nam lµm chÊt t¨ng c­êng cho vËt liÖu polyme compozit mµ ®Æc biÖt lµ vËt liÖu BMC, ®Ò tµi cña luËn ¸n nµy: “Nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu BMC trªn c¬ së sîi thuû tinh vµ sîi tre”. I : Giíi thiÖu chung I.1. LÞch sö ph¸t triÓn cña vËt liÖu compozit GÇn ®©y ng­êi ta míi cã kh¸i niÖm vÒ vËt liÖu compozit nh­ng thùc ra vËt liÖu compozit ®­îc h×nh thµnh, chÕ t¹o ra tõ rÊt sím. Kho¶ng 5000 n¨m tr­íc c«ng nguyªn, ng­êi cæ ®¹i ®· biÕt sö dông g¹ch, gèm sÊy kh« d­íi ¸nh s¸ng mÆt trêi råi lÊy ®¸ nghiÒn nhá cho vµo vËt liÖu ®Ó gi¶m co ngãt khi nung. Thùc ra ®©y còng lµ mét lo¹i vËt liÖu compozit. N¨m 2500 tr­íc c«ng nguyªn, ng­êi Ai CËp cæ ®¹i ®· biÕt sö dông lau, sËy tÈm bitum ®Ó chÕ t¹o thuyÒn ®i l¹i trªn s«ng. MÆc dï vËy, vËt liÖu compozit míi ph¸t triÓn kho¶ng 50 n¨m trë l¹i ®©y. C¸c chÊt ®én d¹ng bét vµ c¸c chÊt phô gia kh¸c ®­îc sö dông cïng víi nhùa nÒn ®Ó t¨ng tÝnh chÊt vµ gi¶m gi¸ thµnh s¶n phÈm. LÇn ®Çu tiªn vËt liÖu compozit cã ®é bÒn cao ®­îc t¹o ra b»ng ph­¬ng ph¸p Ðp ë ¸p suÊt thÊp. Tuy nhiªn chÊt ®én d¹ng bét cho s¶n phÈm ch­a ®¹t yªu cÇu vÒ chÊt l­îng. §iÒu nµy ®· thóc ®Èy sù ph¸t triÓn cña vËt liÖu compozit víi chÊt t¨ng c­êng d¹ng sîi. Sù ph¸t hiÖn ra sîi thuû tinh lµ tiÒn ®Ò cho sù th­¬ng m¹i ho¸ cña vËt liÖu compozit. N¨m 1944 ng­êi ta ®· sö dông vËt liÖu compozit tõ polyeste vµ polyamin gia c­êng b»ng sîi thuû tinh ®Ó s¶n xuÊt c¸c chi tiÕt cho m¸y bay vµ tµu thuyÒn trong chiÕn tranh thÕ giíi lÇn thø hai. N¨m 1946, c¸c s¶n phÈm tõ nhùa polyeste kh«ng no vµ sîi thuû tinh ®­îc s¶n xuÊt víi quy m« lín. Tõ nh÷ng n¨m 70 trë l¹i ®©y c¸c s¶n phÈm chÕ t¹o tõ chÊt dÎo gia c­êng b»ng c¸c sîi (aramit, thuû tinh, c¸c bon) ®é bÒn cao vµ ®­îc øng dông réng r·i trong c«ng nghiÖp ®ãng tµu, «t« [1]. I.2. Xu h­íng ph¸t triÓn cña vËt liÖu compozit VËt liÖu compozit cã nh÷ng ­u ®iÓm v­ît tréi so víi c¸c lo¹i vËt liÖu kh¸c nh­ nhÑ, æn ®Þnh kÝch th­íc, c¸ch ®iÖn, c¸ch nhiÖt tèt, dÔ chÕ t¹o, tØ lÖ gi÷a ®é bÒn trªn khèi l­îng cao, cã thÓ thay thÕ c¸c vËt liÖu truyÒn thèng trong nhiÒu ngµnh kü thuËt. VËt liÖu compozit ngµy cµng ®­îc øng dông réng r·i trong c¸c lÜnh vùc chÕ t¹o « t«, m¸y bay, trong x©y dùng, ®iÖn tö... VËt liÖu PC lµ mét hÖ thèng gåm hai hay nhiÒu pha. Nh÷ng pha ®ã kh«ng hoµ tan vµo nhau vµ ®­îc ph©n chia bëi bÒ mÆt ph©n chia pha. Pha liªn tôc trong vËt liÖu PC gäi lµ pha nÒn (matrix). Pha gi¸n ®o¹n ®­îc bao bäc bëi pha nÒn th× gäi lµ cèt gia c­êng hay pha gia c­êng (reinforce). TÝnh chÊt cña c¸c pha thµnh phÇn ®­îc kÕt hîp l¹i ®Ó t¹o tÝnh chÊt chung cña vËt liÖu PC mµ c¸c cÊu tö riªng lÎ kh«ng thÓ ®¹t ®ù¬c. VËt liÖu PC ®­îc gia c«ng b»ng nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau nh­ l¨n Ðp b»ng tay (hand-lay up), Ðp nãng trong khu«n, b¬m nhùa vµo khu«n, cuén... BMC lµ vËt liÖu hçn hîp cña sîi ng¾n (kho¶ng 6mm) phèi trén víi nhùa vµ chÊt ®én th« [25]. HiÖn nay vËt liÖu BMC ®­îc øng dông réng r·i sö dông chÕ t¹o nh÷ng s¶n phÈm trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau nh­: x©y dùng, giao th«ng vËn t¶i, hµng kh«ng... Sö dông vËt liÖu compozit ®· mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ vµ kü thuËt to lín trªn thÕ giíi. Thèng kª s¶n l­îng vËt liÖu compozit ë mét sè n­íc n¨m 1994 ®­îc thÓ hiÖn ë b¶ng 1 [3]: B¶ng 1: S¶n l­îng vËt liÖu compozit ë mét sè n­íc trªn thÕ giíi N­íc (khu vùc) Mü Ch©u ¢u NhËt B¶n Trung Quèc Trung Quèc vµ §µi Loan S¶n l­îng (tÊn) 1370 1350 450 150 200 ë ViÖt Nam, c¸c thuyÒn nan s¬n ®· ®­îc chÕ t¹o tõ rÊt l©u. N¨m 1973 vËt liÖu compozit ®· ®­îc chÕ t¹o ®Ó lµm c¸c èng dÉn dÇu vµ söa c¸c chç thñng trong hÖ thèng. N¨m 1990 Trung t©m nghiªn cøu vËt liÖu polyme tr­êng §HBK HN ®· chÕ t¹o ®­îc c¸c xuång thÓ dôc thÓ thao cho nhµ thuyÒn Hå T©y b»ng vËt liÖu polyme compozit. N¨m 1996 - 1999, 53 nhµ vßm che m¸y bay b»ng vËt liÖu compozit trªn c¬ së nhùa polyeste kh«ng no sîi thuû tinh ®· ®­îc hoµn thµnh vµ ®­a vµo sö dông. HiÖn nay ë ViÖt Nam, vËt liÖu compozit lµ mét trong nh÷ng lo¹i vËt liÖu míi rÊt ®­îc chó ý nghiªn cøu vµ ®­a vµo sö dông cho c¸c môc ®Ých d©n dông nh­ ghÕ, c¸c chi tiÕt trong «t«, bån chøa... vµ c¸c s¶n phÈm chuyªn dông cho ngµnh quèc phßng an ninh, x©y dùng... I.3. NhiÖm vô cña luËn ¸n NhiÖm vô luËn ¸n m«n häc lµ nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu BMC trªn c¬ së nhùa polyeste kh«ng no víi sîi thuû tinh, sîi tre bao gåm: Nghiªn cøu kh¶o s¸t ®iÒu kiÖn xö lý sîi tre b»ng kiÒm vµ anhydrit axetic. Kh¶o s¸t ®iÒu kiÖn gia c«ng vËt liÖu. Kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt ®Õn tÝnh chÊt cña vËt liÖu BMC. Kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña c¸c phô gia ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý, ho¸ häc cña vËt liÖu. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng chÞu m«i tr­êng cña vËt liÖu II . nguyªn liÖu II.1. Nhùa polyeste kh«ng no (UP) So víi nh÷ng nhùa kh¸c nh­ phenolic, alkyd, polyetylen, polypropylen, nhùa polyeste kh«ng no (UP) ra ®êi muén h¬n. Nhùa UP lÇn ®Çu tiªn ®­îc biÕt ®Õn nhê c«ng tr×nh nghiªn cøu cña Crother «ng ®· tæng hîp etylen glycol víi axit fumaric vµ etylen glycol víi anhydrit maleic trong m«i tr­êng khi tr¬ (nit¬). N¨m 1930 Bradley, Kropce, Johnson chÕ t¹o polyete kh«ng no trªn c¬ së axit vµ r­îu ®a chøc vµ th«ng b¸o r»ng nhùa UP cã thÓ chuyÓn sang tr¹ng th¸i kh«ng hoµ tan, kh«ng nãng ch¶y víi sù cã mÆt cña liªn kÕt ®«i trong m¹ch vµ c¸c chÊt ®ãng r¾n, xóc tiÕn. N¨m 1940 nhùa polyeste kh«ng no míi b¾t ®Çu ®­îc th­¬ng m¹i ho¸ vµ ®­îc sö dông trong c«ng nghiÖp. N¨m 1942 viÖn cao su cña Mü ®· chÕ t¹o vËt liÖu PC trªn c¬ së UP gia c­êng b»ng sîi thuû tinh ®Ó chÕ t¹o vßm che m¸y bay. Tõ ®©y trë ®i nhùa UP ph¸t triÓn rÊt nhanh øng dông réng r·i lµm khay, hép, tÊm lîp, panel trong c«ng nghiÖp x©y dùng. HiÖn nay hai tËp ®oµn lín nhÊt s¶n xuÊt nhùa UP lµ DAINIPPON INK and CHEMICALS vµ ASHLAND and ALPHAL OWENS CORMINH, s¶n l­îng s¶n xuÊt ra chiÕm kho¶ng 36% thÞ phÇn ë B¾c Mü, T©y ¢u vµ NhËt B¶n [1,4,5]. T¹i ViÖt Nam sö dông UP phÇn lín ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu PC. II.1.1. Nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt UP. Nhùa UP lµ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh trïng ng­ng polyol víi polyaxit mµ trong ®ã mét trong hai cÊu tö ph¶i chøa liªn kÕt ®«i. Nhê kiªn kÕt ®«i nµy, nhùa tham gia vµo qu¸ tr×nh trïng hîp víi mét m«n«me kh«ng no kh¸c t¹o liªn kÕt kh©u m¹ch chuyÓn nhùa sang tr¹ng th¸i kh«ng nãng ch¶y, kh«ng hoµ tan. C¸c chÊt tham gia ph¶n øng t¹o nhùa bao gåm [1, 11]: * Axit ®a chøc (polyaxit) : + Anhydrit phtalic: gi¸ thµnh rÎ + Anhydrit iso phtalic: ®é bÒn nhiÖt tèt h¬n, tÝnh chÊt c¬ häc cao h¬n, chèng ®­îc ¨n mßn ho¸ häc tèt h¬n. + Tetrahydro phtalic anhydrit chÞu khÝ hËu tèt h¬n do ®­îc thay thÕ hydro th­êng sö dông cho c«ng nghiÖp ®ãng tµu. + Anhydrit maleic: lµ thµnh phÇn chÝnh cung cÊp nèi ®«i cho ph¶n øng ®ãng r¾n nhùa. + Axit fumaric: gi¸ thµnh cao, t¨ng c­êng kh¶ n¨ng chÞu nhiÖt vµ tÝnh chÊt c¬ lý cña s¶n phÈm. + Axit adipic: t¨ng ®é ®µn håi vµ ®é mÒm dÎo cña nhùa. *R­îu ®a chøc (polyancol): + Etylenglycol: lµm t¨ng ®é bÒn nÐn cña nhùa. + Propylenglycol: khi sö dông lµm t¨ng ®é ®µn håi cña nhùa. II.1.2. CÊu tróc cña nhùa. Ph¶n øng t¹o nhùa x¶y ra nh­ sau: §Çu tiªn, t¹o thµnh nhùa m¹ch th¼ng cã nèi ®«i. Nhùa ®­îc ®ãng r¾n b»ng monome kh«ng no ®Ó t¹o liªn kÕt ngang. Mét sè m«nomephæ biÕn [1,11]: + Metylstyren: ph¶n øng kÐm. + Vinilytoluen: ph¶n øng kÐm, mïi khã chÞu. + Metylmeta acrylat: chÞu thêi tiÕt kÐm vµ lµm nhùa kh«ng trong suèt. + Styren: ®é t­¬ng hîp tèt, tÝnh chÊt c¬ lý cao, gi¸ thµnh thÊp, cã t¸c dông pha lo·ng lµm gi¶m ®é nhít cña nhùa, hay ®­îc sö dông nhÊt. Sau khi ®ãng r¾n nhùa cã cÊu tróc kh«ng gian ba chiÒu gåm hai lo¹i m¹ch ph©n tö lµ m¹ch trïng ng­ng ( polyeste) vµ m¹ch trïng hîp (liªn kÕt ho¸ trÞ t¹i nèi ®«i), ë cuèi m¹ch cña nhùa bao giê còng mang nhãm axit hoÆc glycol [1,11]. II.1.3. S¶n xuÊt nhùa UP Nhùa UP ®­îc s¶n xuÊt b»ng c¸ch ng­ng tô polyaxit vµ polyancol. TiÕn hµnh ph¶n øng ë nhiÖt ®é 180-2300C trong m«i tr­êng khÝ tr¬. Tèc ®é ph¶n øng phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ tèc ®é t¸ch n­íc ra khái hçn hîp. S¶n phÈm phô (n­íc) t¸ch ra ngoµi b»ng ch­ng cÊt. NhiÖt ®é cña ph¶n øng t¨ng, tèc ®é ph¶n øng t¨ng vµ sù t¸ch n­íc cµng dÔ, khèi l­îng ph©n tö cña nhùa t¨ng nh­ng ®ång thêi còng lµm t¨ng tèc ®é c¸c ph¶n øng phô. ViÖc nµy dÉn ®Õn chÊt l­îng cu¶ nhùa gi¶m, tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu sÏ gi¶m theo. V× vËy tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é kho¶ng 180 ®Õn 2300C lµ tèt nhÊt. Cã hai ph­¬ng ph¸p tæng hîp nhùa UP lµ ph­¬ng ph¸p mét giai ®o¹n vµ ph­¬ng ph¸p hai giai ®o¹n [1,11]. Th­êng tæng hîp nhùa theo ph­¬ng ph¸p hai giai ®o¹n víi dung m«i thÝch hîp t¹o hçn hîp ®¼ng phÝ víi n­íc ®Ó t¸ch n­íc dÔ dµng, ph¶n øng x¶y ra nhanh h¬n nªn nhùa cã ®é nhít thÊp. Ph¶n øng x¶y ra theo c¬ chÕ este ho¸ qua hai giai ®o¹n. *Giai ®o¹n 1: t¹o monoeste gi÷a anhydrit vµ glycol. Ph¶n øng ®­îc tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é s«i vµ kh«ng t¹o ra s¶n phÈm phô *Giai ®o¹n 2: trïng ng­ng t¹o polyeste C¸c axit kh«ng no cung cÊp nèi ®«i trong m¹ch t¹o liªn kÕt ngang. C¸c axit no ®iÒu chØnh mËt ®é liªn kÕt ®«i trong m¹ch. Glycol cã vai trß este ho¸ axit vµ lµ m¾t xÝch t¹o thµnh m¹ch. Dung m«i pha lo·ng vµ t¹o liªn kÕt ngang víi nhãm kh«ng no trong m¹ch. Nguyªn liÖu ban ®Çu ®­îc ®­a vµo víi tû lÖ AM vµ AP b»ng nhau, nÕu tØ lÖ nµy qu¸ cao th× thêi gian ®ãng r¾n, ®é nhít nhá nh­ng ®é co ngãt, ®é ch¶y mÒm, ®é cøng vµ ®é bÒn ho¸ cña nhùa t¨ng. NÕu tû lÖ ®ã gi¶m, nhùa sÏ kÐm bÒn do møc ®é t­¬ng hîp víi styren thÊp, mËt ®é liªn kÕt ngang thÊp. Sau khi nhùa ®­îc t¹o thµnh, nhùa ®­îc lµm l¹nh. Nhùa t¹o thµnh ®­îc ®ãng r¾n b»ng styren víi sù cã mÆt cña chÊt xóc t¸c lµ c¸c peroxit [1,11] . Tuú theo ®iÒu kiÖn ®ãng r¾n nhùa mµ sö dông hÖ chÊt ®ãng r¾n cho phï hîp. C¸c chÊt th­êng dïng: Metyletylketon peroxit (MEK), peroxit benzoil (PBO), tertbutyl peroxit benzol (TBPB hydropeoxit) hoÆc c¸c hydroperoxit hoÆc hÖ muèi cña kim lo¹i cã ho¸ trÞ thay ®æi (octoatcoban). Hµm l­îng c¸c chÊt nµy rÊt nhá (kho¶ng 0,01 ®Õn 0,5%). Nhùa UP ®­îc sö dông réng r·i v× cã nh÷ng ­u ®iÓm cña chóng lµ tÝnh chÊt tèt, gi¸ thµnh rÎ, ®· c¶i thiÖn ®­îc tÝnh kh« song cã nh÷ng nh­îc ®iÓm lµ khi ®ãng r¾n bÞ co ngãt, chÞu m«i tr­êng kÐm, chÞu nhiÖt kÐm [22,23,24]. Nhùa UP øng dông trong nhiÒu lÜnh vùc: trong c«ng nghiÖp ®iÖn tö (chñ yÕu dïng trong c¸p ®iÖn cÇu dao), c«ng nghiÖp x©y dùng (c¬ cÊu cöa sæ, ®Ìn hiÖu, bãng ®Ìn, tÊm lîp, èng tho¸t n­íc), trong giao th«ng vËn t¶i (c¸c chi tiÕt «t«, khung, th©n xe), c«ng nghiÖp hµng kh«ng [1,2,11] . ChÝnh nh÷ng øng dông réng r·i ®ã ®· t¹o ®iÒu kiÖn cho nhùa UP ngµy cµng ph¸t triÓn. II.2. Sîi thuû tinh II.2.1. T×m hiÓu chung vÒ sîi thuû tinh VËt liÖu thuû tinh ®· ®­îc sö dông tõ hµng ngh×n n¨m tr­íc ®©y. Ng­êi Ai CËp cæ ®¹i ®· biÕt dïng thuû tinh cho vµo ®Êt sÐt ®Ó tr¸nh sù co ngãt cña s¶n phÈm sau khi nung. Kho¶ng thÕ kû XVIII sîi thuû tinh ®­îc sö dông trong gÊm thªu kim tuyÕn ë Ph¸p. Nh÷ng n¨m 30 cña thÕ kû XX sîi thuû tinh E ®· ra ®êi ®¸nh dÊu sù ph¸t triÓn vµ th­¬ng m¹i ho¸ cña sîi thuû tinh [6,12]. N¨m 1935 ng­êi ta ®· b¾t ®Çu sö dông nhùa nhiÖt r¾n nh­ polyeste ®Ó s¶n xuÊt vËt liÖu compozit gia c­êng b»ng sîi thuû tinh vµ øng dông nã ®Ó lµm m¸i che rada trªn m¸y bay trong suèt chiÕn tranh thÕ giíi lÇn II [6]. Tõ ®ã ®Õn nay, vËt liÖu PC trªn c¬ së sîi thuû tinh vµ c¸c sîi t¨ng c­êng kh¸c (c¸c bon, aramit) ngµy cµng ph¸t triÓn. Nh÷ng n¨m gÇn ®©y, thÞ tr­êng sîi thuû tinh rÊt ph¸t triÓn víi s¶n l­îng kho¶ng 1,8 ®Õn 2 triÖu tÊn/n¨m [12]. Ngµy nay, vËt liÖu PC gia c­êng b»ng sîi thuû tinh ®­îc øng dông réng r·i trong c¸c lÜnh vùc giao th«ng vËn t¶i (chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ «t«, tµu ho¶), trong x©y dùng (panel, tÊm ch¾n giã), ngµnh hµng kh«ng vµ vò trô [5,6]. Sîi thuû tinh ®­îc øng dông réng r·i nhê cã nhiÒu ­u ®iÓm [5]: + Kh«ng ch¸y. + BÒn ho¸, bÒn m«i tr­êng. + §é bÒn, ®é cøng cao. + C¸ch ®iÖn rÊt tèt. + æn ®Þnh kÝch th­íc. + DÔ t¹o h×nh. + §a d¹ng, gi¸ thµnh thÊp. Bªn c¹nh nh÷ng ­u ®iÓm sîi thuû tinh cßn cã nh­îc ®iÓm sau: + HÊp phô nÒn kÐm dÉn ®Õn tÝnh chÊt cña vËt liÖu kh«ng cao. §èi víi nh÷ng vËt liÖu PC cÇn ®é bÒn cao víi tû träng thÊp mµ kh«ng quan t©m ®Õn gi¸ thµnh ng­êi ta Ýt sö dông sîi thuû tinh. II.2.2. Ph©n lo¹i sîi thuû tinh Theo tÝnh chÊt, thµnh phÇn cña sîi thuû tinh cã thÓ ph©n lo¹i thµnh c¸c lo¹i v¶i thuû tinh nh­ sau: + E- glass (Electrical glass): ®­îc sö dông ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu c¸ch ®iÖn. + A- glass (Alkaline glass): sîi thuû tinh chÞu m«i tr­êng kiÒm tèt. + C- glass (Chemicals glass): sîi thuû tinh chÞu m«i tr­êng ho¸ chÊt. + S, R- glass: sîi thuû tinh cã m« ®un cao, ®é bÒn cao. Thµnh phÇn cña c¸c lo¹i sîi thuû tinh ®­îc tr×nh bµy ë b¶ng 2 [12]: B¶ng 2: Thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸c lo¹i sîi thuû tinh TP A C E S SiO2 72 6,5 52 ¸ 56 65 Al2O3 0,6 4 12 ¸ 16 25 CaO 10 14 16 ¸ 25 10 MgO 2,5 3 0 ¸ 6 - B2O3 - 6 8 ¸ 13 - Na2O, K2O 14,2 8 0 ¸ 3 - TiO2 - - 0 ¸ 0,4 - SO3 0,7 - 0 - Fe2O3 - - 0,05 ¸ 0,4 - TÝnh chÊt c¬ lý cña c¸c lo¹i sîi thuû tinh ®­îc tr×nh bµy trong b¶ng 3 [12]: B¶ng 3: TÝnh chÊt c¬ lý cña c¸c lo¹i sîi thuû tinh TÝnh chÊt Lo¹i thuû tinh E A C S R Khèi l­îng riªng, g/cm3 2,56 2,45 2,45 2,49 2,49 §é bÒn kÐo, MPa 3400 3100 3100 4590 4400 Modun ®µn håi, MPa 73000 74000 71000 85500 86000 §iÓm nãng ch¶y, oC 850 700 690 - 990 II.2.3. C«ng nghÖ chÕ t¹o sîi Cã hai ph­¬ng ph¸p chÕ t¹o sîi [25]: + Ph­¬ng ph¸p mét giai ®o¹n: nÊu thuû tinh vµ kÐo sîi cïng tiÕn hµnh trªn mét d©y chuyÒn liªn tôc. Nh­ng c«ng nghÖ nµy ®ßi hái nhµ m¸y ph¶i cã c«ng suÊt lín. + Ph­¬ng ph¸p hai giai ®o¹n: s¶n xuÊt ra bi thuû tinh tr­íc vµ b¸n thµnh phÈm nµy ®­îc ®­a vµo lß nÊu ®Ó nãng ch¶y, sau ®ã ®­îc qua bé phËn phun ë nhiÖt ®é cao ®Ó kÐo thµnh sîi. Sîi ®­îc kÐo c¨ng ®Õn kÝch th­íc x¸c ®Þnh vµ ®­îc lµm l¹nh sau khi ®· gom thµnh bã. Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt sîi cÇn ph¶i xö lý bÒ mÆt sîi. II.2.4. Xö lý bÒ mÆt sîi Môc ®Ých cña qu¸ tr×nh xö lý sîi ®Ó chèng ¨n mßn sîi trong qu¸ tr×nh kÐo sîi, t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho qu¸ tr×nh kÐo sîi vµ lµm t¨ng ®é t­¬ng hîp cña sîi víi nhùa nÒn [25]. Xö lý sîi b»ng: + C¸c hîp chÊt silan: lµ t¸c nh©n liªn kÕt gi÷a sîi vµ nhùa nÒn. + Polyvinylaxetat: Sö dông d¹ng nhò t­¬ng t¹o líp vá b¶o vÖ sîi. + C¸c farafin lµm chÊt b«i tr¬n. Sau khi xö lý bÒ mÆt sîi, sîi ®­îc tiÕp tôc qua c¸c c«ng ®o¹n tiÕp theo ®Ó s¶n xuÊt thµnh c¸c vËt liÖu gia c­êng. II.2.5. C¸c kiÓu dÖt sîi thuû tinh + Mat (tÊm rèi): - Mat sîi ng¾n: ®­îc s¶n xuÊt b»ng c¸ch c¾t chïm sîi ®¬n liªn tôc thµnh nh÷ng ®o¹n cã kÝch th­íc tõ 25 ®Õn 50 mm, r¶i ®Òu chóng lªn mÆt b¨ng t¶i. ChÊt kÕt dÝnh d¹ng bét hoÆc nhò t­¬ng ®­îc bæ xung. D¹ng bét th­êng sö dông keo nãng ch¶y ë d¹ng blend, d¹ng nhò t­¬ng sö dông nhò t­¬ng cña polyamit cã khèi l­îng ph©n tö trung b×nh. Sau ®ã gia nhiÖt ®Õn nhiÖt ®é nãng ch¶y cña bét hoÆc nhò t­¬ng, Ðp nhÑ råi cuén l¹i thµnh cuén. - Mat sîi liªn tôc bao gåm c¸c sîi ®¬n ®an xo¾n vµo nhau vµ liªn kÕt b»ng c¸c chÊt kÕt dÝnh nh­ ®èi víi mat sîi ng¾n. - Mat máng: sö dông gia c­êng cho líp bÒ mÆt cña vËt liÖu Ðp khu«n. - TÊm mat: sö dông chÕ t¹o tÊm lîp. §Æc ®iÓm cña mat: - §é thÊm nhùa cao. - Gi¸ thµnh h¹. - Th­êng sö dông xen kÏ víi v¶i th« ®Ó kÕt hîp gi÷a gi¸ thµnh vµ ph©n bè lùc. + Lôa thuû tinh (cloth): §­îc dÖt tõ nh÷ng chïm sîi ®¬n (filament) xo¾n hoÆc kh«ng xo¾n, tuú theo môc ®Ých sö dông mµ cã c¸ch dÖt kh¸c nhau (dÖt ®¬n gi¶n, dÖt chÐo go). §Ó ph©n biÖt c¸c lo¹i v¶i lôa dïng chØ tiªu träng l­îng. + V¶i dÖt th« (woven roving): ®­îc dÖt tõ nh÷ng chïm sîi cã kÝch th­íc lín h¬n, cho bÒ mÆt vËt liÖu ph¼ng. + Sîi bÖn (yarn): ®­îc s¶n xuÊt tõ c¸c sîi ®¬n b»ng c¸ch xo¾n chóng l¹i víi nhau. Sîi bÖn th­êng sö dông gia c­êng cho cao su hoÆc vËt liÖu c¸ch ®iÖn. + Sîi ng¾n (chopped strands): ®­îc s¶n xuÊt b»ng c¸ch c¾t c¸c sîi ®¬n, sö dông lµm chÊt gia c­êng cho nhùa nhiÖt dÎo, chÕ t¹o vËt liÖu BMC [ 6,12]. II.3. Sîi thùc vËt II.3.1. T×m hiÓu chung vÒ sîi thùc vËt Sîi thùc vËt ®· ®­îc sö dông tõ rÊt xa x­a trong kiÕn tróc, x©y dùng nhµ cöa, lµm cãt Ðp, lµm ®å trang trÝ néi thÊt... C¸ch ®©y hµng thÕ kû, ng­êi Ai CËp ®· biÕt trén c¸c lo¹i r¬m, r¹ víi ®Êt bïn lµm vËt liÖu x©y dùng víi môc ®Ých t¨ng c­êng tÝnh chÊt c¬ lý vµ gi¶m ®é co ngãt cña vËt liÖu [25]. GÇn ®©y, do vÊn ®Ò m«i tr­êng ®­îc quan t©m trªn toµn thÕ giíi, sîi thùc vËt ®ang ®­îc chó ý sö dông thay thÕ dÇn c¸c lo¹i sîi truyÒn thèng gia c­êng cho vËt liÖu compozit nhê nh÷ng ­u ®iÓm riªng cña nã [7,8,9]. Tuy nhiªn, tÝnh chÊt c¬ lý, ho¸ häc cña vËt liÖu PC trªn c¬ së sîi thùc vËt kh«ng cao. §Ó kÕt hîp ­u ®iÓm cña hai lo¹i sîi tù nhiªn vµ sîi tæng hîp, ®· cã nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu PC lai t¹o trªn c¬ së c¶ hai lo¹i sîi trªn cho kÕt qu¶ rÊt kh¶ quan. Sö dông sîi thùc vËt kÕt hîp víi sîi thuû tinh hoÆc sîi aramit ®· c¶i thiÖn vµ n©ng cao mét sè tÝnh chÊt cña PC. C¸c lo¹i sîi thùc vËt bao gåm r¬m, r¹, b· mÝa, sîi ®ay, tre, nøa ... cã nguån gèc tù nhiªn vµ lÊy tõ hai nguån chÝnh: + Tõ c¸c phÕ liÖu n«ng nghiÖp: r¬m, r¹, b· mÝa... + Tõ c¸c c©y trång cã thu ho¹ch hµng n¨m: tre, nøa, ®ay, dõa, lanh... Sîi tù nhiªn cã nh÷ng ­u diÓm [7,8,14,16]: + Cã kh¶ n¨ng t¸i t¹o ®­îc . + Cã kh¶ n¨ng tù ph©n huû. + Cã tØ träng thÊp. + Cã s½n trong tù nhiªn, gi¸ thµnh rÎ. Bªn c¹nh ®ã, nã cã nh÷ng nh­îc ®iÓm sau [7,8,14,15,17]: + Cã ®é hót Èm cao. + DÔ ch¸y. + ChÊt l­îng cña sîi phô thuéc vµo tõng vïng l·nh thæ vµ khÝ hËu vïng ®ã vµ phô thuéc vµo ph­¬ng ph¸p gia c«ng. Thµnh phÇn ho¸ häc cña mét sè lo¹i sîi thùc vËt ®­îc tr×nh bµy trong b¶ng 4. B¶ng 4: Thµnh phÇn ho¸ häc cña mét sè lo¹i sîi thùc vËt Lo¹i sîi Xenlulo Lignin Pentozan T¹p chÊt Silica R¬m r¹ 28 ¸ 36 12 ¸ 16 23 ¸ 28 15 ¸ 20 9 ¸ 14 B· mÝa 32 ¸ 44 19 ¸ 24 27 ¸ 32 1,5 ¸ 5,0 0,7 ¸ 3,5 Tre 26 ¸ 43 21 ¸ 31 15 ¸ 26 1,7 ¸ 5,0 0,7 §ay (vá) 45 ¸ 53 21 ¸ 26 18 ¸ 21 18 ¸ 21 - §ay (lâi) 41 24 22 0,8 - N­íc ta n»m trong khu vùc khÝ hËu nhiÖt ®íi nãng, Èm, m­a nhiÒu nªn chñng lo¹i thùc vËt rÊt ®a d¹ng vµ phong phó, trong ®ã tre, nøa ®­îc t×m thÊy ë rÊt nhiÒu n¬i ®Æc biÖt lµ c¸c tØnh phÝa B¾c vµ vïng Thanh Ho¸, NghÖ An. §©y lµ nguån dåi dµo ®Ó s¶n xuÊt sîi gia c­êng cho vËt liÖu compozit. II.3.2. Sîi tre Tre cã thµnh phÇn ho¸ häc vµ cÊu t¹o chung nh­ c¸c lo¹i sîi thùc vËt kh¸c nh­ng cã nh÷ng ®Æc ®iÓm riªng. II.3.2.1. Thµnh phÇn ho¸ häc cña sîi tre Thµnh phÇn chÝnh cña sîi tre gåm: + Xenlulo: Lµ thµnh phÇn c¬ b¶n cña thùc vËt cã x¬, lµ thµnh phÇn kÕt tinh trong sîi . Xenlulo vµ hemixenlulo cïng víi lignin t¹o nªn ®é cøng cña tÕ bµo. Xenlulo lµ mét polysacarit tù nhiªn cã cÊu tróc m¹ch th¼ng kh«ng ph©n nh¸nh, ®­îc t¹o thµnh tõ c¸c m¾t xÝch c¬ b¶n lµ anhydro-D-gluco-pyranzo. C«ng thøc tæng qu¸t cña xenlulo lµ: ( C6 H10O5)n hay [ C6H10(OH)3] n CÊu t¹o ho¸ häc cña xenlulo lµ [7]: + Hemixenlulo: B¶n chÊt lµ c¸c polysacarit bao gåm kho¶ng 150 gèc ®­êng liªn kÕt víi nhau b»ng cÇu b -1,4 glucozit, b-1,3 glucozit, b 1,6 glucozit vµ th­êng t¹o thµnh m¹ch ng¾n cã ph©n nh¸nh. Hemixenlulo kh«ng hoµ tan trong n­íc, dÔ bÞ thuû ph©n d­íi t¸c dông cña axit vµ dÔ bÞ trÝch ly khái x¬ b»ng dung dÞch kiÒm lo·ng. CÊu tróc ph©n tö cña hemixenlulo [7]: CÊu tróc cña ph©n tö hemixenlulo + Lignin: Lµ hîp chÊt cao ph©n tö cã ®Æc tÝnh th¬m. Lignin ®­îc t¹o thµnh tõ c¸c ®¬n vÞ m¾t xÝch phenylpropan, c¸c ®¬n vÞ m¾t xÝch nµy liªn kÕt víi nhau b»ng liªn kÕt ete ( C-C). CÊu tróc lignin cßn cã c¸c nhãm chøc kh¸c nh­ CO, CH2OH, OCH3, OH. Lignin lµ thµnh phÇn v« ®Þnh h×nh trong sîi, sù cã mÆt cña nã lµm cho tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu kh«ng cao. Lignin cã cÊu tróc ho¸ häc lµ [7]: Ngoµi ra thµnh phÇn ho¸ häc cña sîi tre cßn cã t¹p chÊt kh¸c nh­ s¸p, axit bÐo... II.3.2.2. Xö lý sîi tre Sîi tre cã ®é t­¬ng hîp víi chÊt nÒn kÐm, trong thµnh phÇn cña sîi chøa rÊt nhiÒu nhãm OH do ®ã kh¶ n¨ng hót Èm cña sîi rÊt cao. V× vËy tr­íc khi sö dông sîi ph¶i xö lý sîi. Xö lý sîi tre b»ng c¸c ph­¬ng ph¸p sau [18,19,20.21]: + Xö lý b»ng kiÒm: t¸ch bít lignin, lo¹i bá c¸c thµnh phÇn s¸p, axit bÐo cã trong sîi. Sau khi xö lý, xuÊt hiÖn c¸c r·nh lµm bÒ mÆt sîi sÇn sïi h¬n, t¨ng kh¶ n¨ng t­¬ng hîp. TiÕn hµnh ng©m trong dung dÞch kiÒm lo·ng 0,1N trong kho¶ng 72 giê ë nhiÖt ®é 35OC. Sau ®ã ®em röa s¹ch ®Õn khi ®¹t trung tÝnh, råi sÊy ë 60 ®Õn 800C. + Xö lý b»ng c¸c hîp chÊt ®¬n chøc: t¹o liªn kÕt gi÷a m¹ch xenlullo víi hîp chÊt ®¬n chøc. Hîp chÊt nµy lµm sîi t­¬ng hîp tèt víi nÒn[16,17]: + Xö lý víi hîp chÊt silan: ng©m trong dung dÞch silan 1% cïng víi chÊt xóc t¸c peroxitdicumin, sau ®ã ®­îc sÊy kh« ë 60 ®Õn 800C trong 24 giê. + Xö lý gi¸n tiÕp b»ng c¸ch sö dông chÊt trî t­¬ng hîp, chñ yÕu lµ c¸c polyme blend. II.4. Phô gia cho vËt liÖu Phô gia cho vµo vËt liÖu BMC nh»m môc ®Ých t¨ng c­êng mét sè tÝnh chÊt vµ gi¶m gi¸ thµnh cña vËt liÖu. C¸c phô gia ®­îc cho vµo tr­íc khi t¹o nhùa hoÆc tr­íc khi gia c«ng. C¸c chÊt phô gia chñ yÕu [11]: + ChÊt øc chÕ: nh»m môc ®Ých ng¨n c¶n qu¸ tr×nh tù trïng hîp cña styren vµ ®iÒu chØnh ®é trïng hîp ®Ó chØ t¹o thµnh m¹ch ngang víi ®é trïng hîp thÊp (n=5,6). ChÊt øc chÕ hay sö dông hydroquinon, 1,4 benzoquinoterbutylpyrocatechol... + ChÊt ®én: thµnh phÇn lµ c¸c ®¸ quÆng vµ c¸t quÆng, bét cao lanh... t¸c dông chèng sù co ngãt vµ gi¶m gi¸ thµnh s¶n phÈm. + ChÊt æn ®Þnh mµu vµ ¸nh s¸ng: ng¨n chÆn sù ng¶ mµu vµng vµ ph©n huû d­íi t¸c dông cña ¸nh s¸ng mÆt trêi. C¸c chÊt: amin th¬m, hîp chÊt chøa nh©n phenol: 4 metyl 2,6 diterburtyl phenol, quinolin, benzotriazol. + ChÊt mµu: t¹o mµu s¾c cho vËt liÖu. + ChÊt b«i tr¬n: t¹o ®iÒu kiÖn dÔ dµng cho gia c«ng vµ lÊy khu«n. C¸c chÊt hay dïng: c¸c farafin, este cña c¸c axit bÐo ... + ChÊt lµm chËm ch¸y: øc chÕ vµ lµm chËm sù ch¸y. C¸c chÊt hay dïng: hîp chÊt chøa Clo, Brom, hîp chÊt phèt ph¸t h÷u c¬, mét sè «xit v« c¬ nh­ «xit antimon, hydrat nh«m. Khi ch¸y c¸c hîp chÊt nµy lµm qu¸ tr×nh ch¸y theo mét h­íng kh¸c ng¨n c¶n sù ch¸y. + ChÊt t­¬ng hîp: t¨ng sù t­¬ng hîp cña sîi, c¸c chÊt phô gia víi nhùa nÒn. Sö dông c¸c hîp chÊt silan + C¸c ho¹t chÊt bÒ mÆt [10]: ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt lµ phô gia cho vËt liÖu, môc ®Ých cho vµo lµm gi¶m diÖn tÝch tiÕp xóc bÒ mÆt hay søc c¨ng bÒ mÆt gi÷a hai pha lµm t¨ng diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a c¸c pha, dÉn ®Õn thay ®æi tÝnh chÊt c¬ lý cña s¶n phÈm. Khi c¸c phô gia ®­îc thªm vµo víi chÊt nÒn, chóng lu«n cã xu h­íng kÕt dÝnh l¹i víi nhau bëi c¸c lùc t­¬ng t¸c nh­: lùc hót, lùc kÕt dÝnh bÒ mÆt, lùc Vandexvan, lùc Culong.... t¹o thµnh h¹t keo. V× vËy ng­êi ta ®­a chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt t¹o líp ®Öm xèp gi÷ cho c¸c h¹t cña c¸c chÊt ë tr¹ng th¸i c©n b»ng víi nhau vµ ph©n t¸n tèt trong chÊt nÒn. Mét sè chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt th­êng gÆp: ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt lµ polyme: + Polycacboxylat víi ph©n tö l­îng thÊp, hÊp thô trªn bÒ mÆt chÊt ®én, bao quanh nã lµm gi¶m diÖn tÝch vµ søc c¨ng bÒ mÆt. + Polyhydroxylstearat +Copolyme khèi vµ ghÐp: cã thÓ bÞ hÊp thô trªn bÒ mÆt chÊt ®én mang ®iÖn hoÆc t¹o thµnh líp ®Öm xung quanh chÊt ®én mang ®iÖn b»ng liªn kÕt hydro. ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt lµ muèi kim lo¹i cã ®ång thêi nhãm ­a n­íc vµ kÞ n­íc nh­ muèi ph«tphat, muèi sunphat, sunfonat CnH2n+1COOK, CnH2n+1SO3Na, CnH2n+1PO32Na Hîp chÊt photphateste t¹o thµnh tõ axit vµ r­îu ROH + P2O5 à ROPO3H2 + (RO)2PO3H Hîp chÊt amin RNHCH2COOH Muèi v« c¬ : CaCO3. ,CaPO4, MgCO3 + ChÊt lµm ®Æc: Mangan «xit, mét sè tr­êng hîp lµ mangan «xit vµ canxi «xit lµm ®«ng ®Æc dÔ t¹o vËt liÖu tÊm (SMC) vµ vËt liÖu khèi (BMC). + T¸c nh©n l­u biÕn (thixotropic): ng¨n c¶n qu¸ tr×nh ch¶y giät khi gia c«ng nhùa sö dông chñ yÕu lµ: • S¶n phÈm gi÷a c¸c axit bÐo vµ olygoamit. • Natri caboxyl metyl xenlullo. III . c¸c ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu III.1. Ph©n tÝch nguyªn liÖu ®Çu III.1.1. ChØ sè axit ChØ sè axit ®Æc tr­ng cho nhãm cacboxyl - COOH cã trong nhùa. ChØ sè axit ®­îc tÝnh b»ng sè miligam KOH cÇn thiÕt cho mét gam nhùa ®Ó trung hoµ hÕt nhãm cacboxyl. C¬ së cña ph­¬ng ph¸p: trung hoµ b»ng – dung dÞch kiÒm cho ®Õn khi mµu cña chÊt chØ thÞ thay ®æi. C¸ch tiÕn hµnh: C©n kho¶ng 0,5 gam mÉu trªn c©n ph©n tÝch víi ®é chÝnh x¸c 0,01 mg råi cho vµo b×nh nãn nót nh¸m. Hoµ tan mÉu b»ng 10ml axeton, cho thªm 2 ®Õn 3 giät chØ thÞ phenolphtalein. Nhá tõ tõ tõng giät dung dÞch KOH 0,1N vµo b×nh l¾c ®Òu cho ®Õn khi xuÊt hiÖn mµu hång kh«ng mÊt ®i trong 30s. TiÕn hµnh chuÈn ®é song song víi mét mÉu trèng. ChØ sè axit ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: CA= Trong ®ã: CA: ChØ sè axit cña mÉu, mg KOH/1g mÉu V1,V2: ThÓ tÝch dung dÞch KOH ®Ó ®Þnh ph©n mÉu ph©n tÝch vµ mÉu trèng, ml k : HÖ sè hiÖu chØnh dung dÞch KOH 0,1N g: Khèi l­îng cña mÉu ph©n tÝch 5,6 : Sè mg KOH cã trong 1ml dung dÞch KOH 0,1N III.1.2. X¸c ®Þnh ®é nhít cña nhùa nÒn §é nhít cña nhùa ®­îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn DIN 53018 trªn nhít kÕ BROOKFIEL d¹ng RVT. §é nhít ®o ®­îc khi cho mét xylanh hoÆc ®Üa (hay mét trôc cã g¾n ®Üa) quay trong mÉu lµm xuÊt hiÖn m«men xo¾n cÇn thiÕt ®Ó th¾ng trë lùc nhít [26]. III.1.3. X¸c ®Þnh hµm l­îng phÇn gel PhÇn gel lµ phÇn t¹o thµnh m¹ng l­íi kh«ng gian kh«ng bÞ trÝch ly bëi axªton trong dông cô soclet víi thêi gian 16 ¸ 20 giê. C¸ch x¸c ®Þnh: Pha trén nhùa vµ chÊt ®ãng r¾n theo tØ lÖ tÝnh to¸n. Sau ®ã ®­a lªn giÊy läc ®É ®­îc trÝch ly b»ng axeton trong dông cô soclet 2 ¸ 3 giê vµ sÊy kh« mét l­îng nhá 0,1 ¸ 0,2 gam hçn hîp nhùa. §Ó sau mét kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh ë nhiÖt ®é nghiªn cøu, ®em c©n mÉu vµ tiÕn hµnh trÝch ly trong thiÕt bÞ solet tõ 16 ®Õn 20 giê. Sau ®ã lÊy mÉu, sÊy kh« ®Õn khèi l­îng kh«ng ®æi, cho vµo b×nh hót Èm ®Ó nguéi vµ c©n l¹i. Hµm l­îng phÇn gel ®­îc tÝnh theo c«ng thøc [27]: X=.100% Trong ®ã : X : Hµm l­îng phÇn gel, g go : Khèi l­îng giÊy läc, g g1 : Khèi l­îng (mÉu +giÊy läc) sau khi trÝch ly, g III.1.4. X¸c ®Þnh hµm l­îng lignin Hµm l­îng lignin ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng ph¸p Komarop. C¬ së cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ dïng axit sunfuric ®Ó thñy ph©n polysacarit. C©n 1g bét tre víi ®é chÝnh x¸c víi ®é chÝnh x¸c 0,0002g ®· t¸ch nhùa vµ biÕt hµm Èm vµo b×nh tam gi¸c. Rãt vµo b×nh 15ml H2SO4 72% gi÷ hçn hîp qua 2,5 giê ë nhiÖt ®é phßng vµ khuÊy trén nhÑ. Dïng 200ml n­íc cÊt ®Ó pha lo·ng hçn hîp. L¾p sinh hµn ng­îc vµo b×nh vµ ®un s«i hçn hîp trong 1 giê. Sau ®ã dïng phÔu thuû tinh xèp läc lignin vµ dïng n­íc nãng ®Ó röa kÕt tña lignin cho ®Õn khi ®¹t n­íc trung tÝnh. SÊy vµ c©n lignin. Hµm l­îng lignin ®­îc tÝnh b»ng hµm l­îng phÇn tr¨m so víi gç kh« tuyÖt ®èi. §Ó x¸c ®Þnh hµm l­îng tro cña lignin, tiÕn hµnh nung ch¸y lignin, lóc ®ã hµm l­îng lignin kh«ng tro sÏ lµ [27]. L = Trong ®ã: m1: Khèi l­îng phÔu, g m2: Khèi l­îng cña lignin, g s : Hµm l­îng tro trong lignin % z: Hµm l­îng nhùa, s¸p bÐo trong gç % w: §é Èm cña gç ®· t¸ch nhùa % G: L­îng gç kh« ®· ®­îc t¸ch nhùa, g L: Hµm l­îng lignin kh«ng chøa tro % III.1.5. Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hµm l­îng xenlulo trong sîi tre Hµm l­îng xenlulo trong sîi ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng ph¸p Kusnhe vµ Hophe. C¬ së cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ nitro ho¸ vµ «xi ho¸ phÇn lignin b»ng axit HNO3 trong r­îu etylic. C©n kho¶ng 1g sîi cho vµo b×nh tam gi¸c dung tÝch 250 ml, rãt vµo b×nh 25ml hçn hîp míi pha gåm mét thÓ tÝch HNO3 ®Æc (D = 1,4g/cm3) trong 4 thÓ tÝch etanol 96%. L¾p sinh hµn ng­îc vµo b×nh vµ tiÕn hµnh ®un trong bÕp c¸ch thuû trong 1 giê, ngõng ®un ®Ó nguéi hçn hîp råi läc qua phÔu. PhÇn trªn sîi giÊy läc ®­îc cho vµo b×nh tam gi¸c cïng víi 25ml axit vµ r­îu theo tØ lÖ phÇn trªn, l¾p sinh hµn ng­îc vµo b×nh vµ tiÕn hµnh ®un trong 1 giê, g¹n chÊt r¾n qua phÔu läc. TiÕp tôc thùc hiÖn c«ng viÖc nµy 3 ®Õn 4 lÇn cho ®Õn khi nµo nhá dung dÞch thö lªn sîi (phÇn r¾n cßn l¹i trªn giÊy läc) mµ kh«ng thÊy xuÊt hiÖn mµu ®á n©u th× xem nh­ lignin ®· khö hÕt. §æ hçn hîp vµo phÔu läc, dïng 10ml r­îu axit ®Ó röa phÇn kÕt tña trªn phÔu, sau ®ã röa b»ng n­íc nãng cho ®Õn khi m«i tr­êng ®¹t trung tÝnh. SÊy kÕt tña ë 100oC ®Õn khèi l­îng kh«ng ®æi. Hµm l­îng lignin ®­îc tÝnh theo % so víi sîi kh« tuyÖt ®èi nh­ sau [27]: X= Trong ®ã: X: Hµm l­îng xenlulo % w: §é Èm cña sîi % m: Khèi l­îng cña sîi lÊy ®Ó x¸c ®Þnh, g mx: Khèi l­îng xenlulo sau khi sÊy ®Õn kh«ng ®æi, g III.2. C¸c ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu III.2.1. §é bÒn kÐo §é bÒn kÐo ®­îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ISO - 527 - 1993 (E) trªn m¸y LLOYD - LR50K cña Anh. Tèc ®é kÐo 2mm/phót, nhiÖt ®é 25oC, ®é Èm 75%. §é bÒn kÐo ®­îc tÝnh theo c«ng thøc [26]: sk = Trong ®ã : sk: §é bÒn kÐo cña mÉu, Mpa F: Lùc t¸c dông, N A: TiÕt diÖn ngang cña mÉu, mm2 III.2.2. §é bÒn uèn §é bÒn uèn ®­îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ISO –178-1993 trªn m¸y LLOYD LR50K cña Anh. Tèc ®é uèn 2mm/phót, nhiÖt ®é 25oC, ®é Èm 75%, kho¶ng c¸ch gi÷a hai gèi ®ì lµ 80mm. KÝch th­íc mÉu 100´15´4 mm. §é bÒn uèn ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau [26]: sn= Trong ®ã : sn: §é bÒn uèn cña mÉu, Mpa F: Lùc t¸c dông lªn mÉu, N l: Kho¶ng c¸ch gi÷a hai gèi ®ì, mm h: ChiÒu dµy cña mÉu, mm III.2.3. §é bÒn va ®Ëp §é bÒn va ®Ëp ®­îc ®o theo theo tiªu chuÈn ISO-179-1993 trªn m¸y Radmana ITR – 2000 cña óc. Tèc ®é ®o 3,5 m/s, ®o trong m«i tr­êng kh«ng khÝ, nhiÖt ®é 250C, ®é Èm 75%. KÝch th­íc mÉu: 120´15´4 mm. §é bÒn va ®Ëp ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau [26]: avd = Trong ®ã: avd: §é bÒn va ®Ëp cña mÉu, KJ/m2 w: N¨ng l­îng ph¸ huû mÉu, J h: ChiÒu dµy cña mÉu, mm b: ChiÒu réng cña mÉu, mm III.3. C¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c Ph­¬ng ph¸p kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (SEM): Ph­¬ng ph¸p nµy phæ biÕn tõ nh÷ng n¨m 60. Ng­êi ta t¹o ra mét chïm tia ®iÖn tö rÊt m¶nh vµ ®iÒu khiÓn ®Ó chïm tia nµy quÐt theo hµng theo cét trªn mét diÖn tÝch rÊt nhá trªn bÒ mÆt nghiªn cøu (kÝch th­íc d). Chïm tia ®iÖn tö khi chiÕu vµo mÉu kÝch thÝch lµm cho tõ mÉu tho¸t ra ®iÖn tö thø cÊp, ®iÖn tö t¸n x¹ ng­îc, tia X...mçi lo¹i ®iÖn tö, tia X tõ mÉu tho¸t ra mang mét th«ng tin vÒ mÉu, ph¶n ¸nh mét th«ng tin nµo ®ã ë chç ®iÖn tö tíi ®Ëp vµo mÉu. VËy c¨n cø vµo ®iÖn tö thø cÊp tho¸t ra nhiÒu hay Ýt mµ suy ra mÉu låi hay lâm. Ng­êi ta t¹o ¶nh b»ng c¸ch dïng mét èng tia ®iÖn tö (CRT) cho tia ®iÖn tö ë èng tia nµy quÐt lªn mµn h×nh mét c¸ch rÊt ®ång bé víi tia ®iÖn tö quÐt trªn mÉu. KÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt cho ¶nh cã ®é phãng ®¹i cao, ®é s©u lín rÊt h÷u hiÖu cho viÖc nghiªn cøu cÊu tróc bÒ mÆt. Tuy nhiªn ®é ph©n gi¶i ch­a cho phÐp thÊy ®­îc c¸c nguyªn tö trªn bÒ mÆt. Sau nµy ng­êi ta ph¸t triÓn sö dông kÝnh hiÓn vi tunen (STM) vµ hiÓn vi lùc nguyªn tö (AFM). Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ hång ngo¹i (IR): Theo nguyªn t¾c chung, ng­êi ta sö dông chïm tia hång ngo¹i chiÕu vµo bÒ mÆt cÇn nghiªn cøu. Chïm tia hång ngo¹i chiÕu vµo sÏ lµm c¸c ®iÖn tö, photon hay ion tõ bÒ mÆt tho¸t ra ngoµi. Tõ h×nh ph©n tÝch ¶nh phæ hång ngo¹i chôp ®­îc vµ theo c¸c quy luËt vÒ t­¬ng t¸c gi÷a sãng vµ h¹t víi c¸c nguyªn tö ë bÒ mÆt vËt r¾n cã thÓ biÕt ®­îc ë bÒ mÆt cã nh÷ng nguyªn tö g×, nh÷ng liªn kÕt bªn trong nguyªn tö, vÞ trÝ c¸c nguyªn tö... tøc lµ ph©n tÝch ®­îc thµnh phÇn vµ cÊu tróc cña bÒ mÆt cÇn nghiªn cøu. tµi liÖu tham kh¶o P.F. Bruin, Unsaturated Polyester Technology, Gordon and Breach Science Publishers, p. 85-90 (1986). M.V. Ranney, Reinforced Composite from Polyester Resins, Noyes Glata Co., USA, p.112-127 (1972). Paul C. Painter, Fundamentals of Composite Materials, p. 62-78 (1994). N.G. Mcrum, Principles of Polymer Engineering, p. 239-256 (1999). Materials and Manufacturing Processes, Elsevier Science Publishers, Vol. 9, No.5 (1994) K.L.Loewenstein, The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers, Elsevier Science Publishers (1993). Prog. Polym.Sci. 24, p.221-274 (1999). indutrial Crosp and Products 8, p.53-63, 105-112 (1998). Indian Journal of Fiber and Textile Research, Vol.23, p.49-51 (1998). Johan Bieleman, Additives for Coatings, wiley-VCH, p.65-99 (2000). Ullman Encyclopedia of Industrial Chemistry Wolggang Gerhatz, VCH, Vol - A 21, p.217-225 (1998). Ullman Encyclopedia of Industrial Chemistry Wolggang Gerhatz, VCH, Vol - A 11 (1998). Deshpande. Bhaskar Kao. Lakshmana Kao, Extraction of bamboo fiber and their use as reinfocement in polymeric composites, Department of Chemical Enginerring, IIT-Madras, Chennai, India, p.83-87 (1999). A.Valadez-gonzale, Effect of fiber surface treatment on the fiber-matrix bond strength of natural fiber reinfoced composite, Composite: Part B 30, p.309-320 (1999). D.Nabi Saheb and J.P.Jog, Natural Fiber polymer Composite: Areview, Advances in Polymer Technology, Vol.18, No.4, p.352-358 (1999). A.K.Bledzki, J.Gassan, Composite Reinforced with Cellulose based fiber, Prog.Polym.Sci.24, p.221-279 (1999). L.Y.Mwaikambo, M.P.Ansel, The effect of chemical treatment on the properties of hemp, sisal, jute and kapok for composite renfocement, Diparment of Materials Science and Engineering, University of Bath, Bath BA 2 7 AY, UK, p.108-116 (1999). H.P.S.A. Khalil, European Polymer Journal 37, p.1037-1045 (2001). Materials Science and Engineering: C 3, p.125-130 (1995). Materials and Manufacturing Processes Vol 9, No 5, p.813-828 (1994). Yopngli Mi, xiaoya Chen, Qipeg guo, Bamboo Fiber reinforced Polypropylen Composite, p.1267-1273(1996). T¹p chÝ ho¸ häc, T.31, sè 2, Tr 43-47 (1993). T¹p chÝ ho¸ häc, T.38, sè 2, Tr 61-63 (2000). T¹p chÝ ho¸ häc .T.31, sè 1, Tr 22-25 (1993). Nghiªn cøu, x©y dùng tæng quan, ®iÒu tra tæng thÓ vÒ lÜnh vùc: chiÕn l­îc ph¸t triÓn c¸c vËt liÖu tæ hîp “polyme compozit”, Trung t©m nghiªn cøu vËt liÖu polyme, tr­êng §HBK HN (1999) NguyÔn Ngäc S¬n, LuËn v¨n th¹c sÜ chuyªn ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu “Nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu compozit trªn c¬ së nhùa polypropylen t¸i sinh gia c­êng b»ng sîi thùc vËt ” Tr­êng §HBK HN (2001). Lª Thanh Ch©u, H­íng dÉn thÝ nghiÖm bé m«n Ho¸ häc h÷u c¬ - ho¸ dÇu, Tr­êng §HBK HN (1976).