Thạc Sĩ Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo vật liệu composite gỗ nhựa plypropylene

Luận án tiến sĩ năm 2014
Đề tài: Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo vật liệu composite gỗ nhựa plypropylene




MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan .i
Lời cảm ơn .ii
Mục lục iii
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt . vii
Danh mục các bảng .viii
Danh mục các hình x
MỞ ĐẦU 1
Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4
1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa 4
1.1.1. Khái niệm và ứng dụng của vật liệu composite gỗ-nhựa .4
1.1.2. Thành phần trong vật liệu composite gỗ-nhựa 5
1.1.2.1. Vật liệu nền 5
1.1.2.2. Vật liệu cốt .7
1.1.2.3. Chất trợ tương hợp 11
1.1.2.4. Phụ gia .12
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của composite gỗ-nhựa 12
1.1.3.1. Ảnh hưởng của nguyên vật liệu đến tính chất của WPC 12
1.1.3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nhựa nền/trợ tương hợp /bột gỗ .13
1.1.3.3. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất của vật liêu WPC .14
1.2. Các công trình nghiên cứu 15
1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước .15
1.2.2. Nghiên cứu trong nước 18
1.2.3. Nhận xét chung 22
Chương 2CƠ SỞ LÝ THUYẾT .24
2.1. Thành phần trong vật liệu composite gỗ nhựa .24 iv

2.1.1. Nhựa nền polypropylene .24
2.1.2. Cốt bột gỗ Cao su .25
2.1.3. Chất trợ tương hợp MAPP 27
2.1.4. Chất bôi trơn .28
2.2. Nguyên lý hình thành và cơ chế liên kết .28
2.2.1. Nguyên lý hình thành của vật liệu Composite gỗ – nhựa 28
2.2.2. Cơ chế liên kết giữa bột gỗ, nhựa PP và MAPP .29
2.3. Thiết bị và cơ sở lựa chọn thông số công nghệ 30
2.3.1. Thiết bị ép .30
2.3.2. Cơ sở lựa chọn thông số công nghệ .33
Chương 3ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU 37
3.1. Đối tượng nghiên cứu .37
3.2. Phạm vi nghiên cứu 37
3.3. Mục tiêu nghiên cứu .38
3.4. Nội dung nghiên cứu .38
3.5. Phương pháp nghiên cứu 39
3.5.1. Cách tiếp cận vấn đề nghiên cứu 39
3.5.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .40
3.5.3. Phương pháp thực nghiệm 40
3.5.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới tính chất của WPC .40
3.5.3.2.Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới tính chất của WPC .42
3.5.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ép tới tính chất của WPC 43
3.5.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất phun tới tính chất của WPC .43
3.5.3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ ép đa yếu tố tới tính chất của WPC .46
3.3.4. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 49
3.3.5. Thiết bị và phương pháp xác định các thông số nghiên cứu 50
3.6. Ý nghĩa của luận án .54
3.7. Những đóng góp mới của luận án .55 v

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .56
4.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa, bột gỗ, trợ tương hợp tới tính chất của vật liệu
composite gỗ nhựa .56
4.1.1. Thực nghiệm tạo vật liệu WPC 56
4.1.1.1. Nguyên liệu .56
4.1.1.2. Mô tả quá trình thí nghiệm .56
4.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới khối lượng thể tích .61
4.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ hút nước .63
4.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền kéo .64
4.1.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền uốn .65
4.1.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền va đập 66
4.1.7. Xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý và kiểm tra bề mặt phá hủy 68
4.1.8. Kết luận ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới tính chất của WPC .71
4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng đơn yếu tố của chế độ ép tới tính chất của vật liệu
composite gỗ nhựa .72
4.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép .72
4.2.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép vùng 1 (T 1 ) .72
4.2.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép vùng 2 (T 2 ) .76
4.2.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép vùng 3 (T 3 ) .79
4.2.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép vùng 4 (T 4 ) .82
4.2.1.5. Nhận xét về ảnh hưởng của nhiệt độ tới tính chất của WPC 85
4.2.2. Ảnh hưởng của thời gian ép 86
4.2.2.1. Thực nghiệm .86
4.2.2.2. Kết quả nghiên cứu .87
4.2.3. Ảnh hưởng của áp suất ép .90
4.2.3.1. Ảnh hưởng của áp suất phun tới khối lượng thể tích 93
4.2.3.2. Ảnh hưởng của áp suất phun tới độ hút nước 94
4.2.3.3. Ảnh hưởng của áp suất phun tới độ bền kéo 95
4.2.3.4. Ảnh hưởng của áp suất phun tới độ bền uốn 97 vi

4.2.3.5. Ảnh hưởng của áp suất phun tới độ bền va đập .99
4.2.4. Kết luận ảnh hưởng đơn yếu tố công nghệ tới tính chất của WPC 101
4.3. Ảnh hưởng của chế độ ép đa yếu tố tới tính chất của vật liệu composite gỗ nhựa102
4.3.1. Thí nghiệm tạo vật liệu . 102
4.3.2. Kết quả nghiên cứu . 103
4.3.2.1. Ảnh hưởng của chế độ ép tới khối lượng thể tích . 103
4.3.2.2. Ảnh hưởng của chế độ ép tới độ hút nước 105
4.3.2.3. Ảnh hưởng của chế độ ép tới độ bền kéo 105
4.3.2.4. Ảnh hưởng của chế độ ép tới độ bền uốn 107
4.3.2.5. Ảnh hưởng của chế độ ép tới độ bền va đập . 109
4.3.3. Nhận xét ảnh hưởng của chế độ ép tới tính chất của WPC 111
4.4. Sản xuất thử và đánh giá chất lượng .112
4.4.1. Kiểm tra kết quả nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm 113
4.4.1.1. Tạo mẫu thí nghiệm 113
4.4.1.2. Đánh giá chất lượng sản phẩm 114
4.4.2. Sản xuất thử một số sản phẩm 115
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116
1. Kết luận .116
2. Kiến nghị .117




MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của đất nước, Ngành gỗ Việt Nam đã đạt được trong
những năm qua là có tốc độ phát triển cao, và là một trong 10 ngành xuất
khẩu chủ lực của cả nước. Chỉ trong 13 năm trở lại đây, kim ngạch xuất khẩu
của ngành gỗ đã tăng rất nhanh, từ 219 triệu USD năm 2000, đã tăng lên
khoảng 5,0 tỷ USD trong năm 2013. Với kim ngạch xuất khẩu đồ gỗ trong
những năm qua; Việt Nam đang khẳng định vị trí số 1 ở khu vực Đông Nam
Á về sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ. Với tốc độ phát triển như vậy Việt Nam
đang trở thành một trong 10 nước hàng đầu về sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ
lớn trên thế giới. Trước tình hình này Chính phủ đã ra quyết định số
18/2007/QĐ-TTg, ngày 05 tháng 02 năm 2007 của Thủ tướng chính phủ về
định hướng phát triển ngành chế biến gỗ đến năm 2020 là phát triển công
nghiệp chế biến và thương mại lâm sản phải trở thành mũi nhọn của kinh tế
lâm nghiệp, phát triển theo cơ chế thị trường trên cơ sở công nghệ tiên tiến, có
tính cạnh tranh cao nhằm đáp ứng nhu cầu xuất khẩu và tiêu dùng nội địa.
Khuyến khích các thành phần kinh tế tích cực đầu tư và thúc đẩy công nghiệp
chế biến lâm sản phát triển. Phát triển mạnh các sản phẩm có ưu thế trong chế
biến xuất khẩu; Theo quyết định này thì định hướng phát triển ngành chế biến
gỗ đến năm 2020 giá trị xuất khẩu sản phẩm gỗ đạt 7 tỷ USD. Do vậy nhằm
góp phần tận dụng một lượng lớn phế liệu gỗ từ các Nhà máy như mùn cưa,
dăm bào, gỗ vụn, để sản xuất ra một loại vật liệu mới có nhiều tính chất tốt
như vật liệu phức hợp giữa gỗ nhựa,
Vật liệu phức hợp gỗ nhựa là một loại vật liệu mới kết hợp giữa sợi gỗ
và nhựa nhiệt dẻo, sự kết hợp giữa sợi gỗ và nhựa mang lại tính năng ưu việt
cho sản phẩm phức hợp gỗ nhựa như:
Bền khi sử dụng, tuổi thọ của sản phẩm cao, có bề ngoài mang chất liệu
gỗ, có độ cứng cao hơn so với vật liệu nhựa, không có Formaldehyde Có 2

nhiều tính chất tốt ví dụ so với vật liệu gỗ như có kích thước ổn định hơn,
không bị xuất hiện vết rạn nứt, không bị cong vênh, dễdàng tạo màu sắc cho
sản phẩm, có thể gia công lần thứ 2 giống như vật liệu gỗ, dễdàng cắt gọt,
dùng keo để kết dính, có thể dùng đinh hoặc ốc vít để liên kết, cố định, quy
cách hình dạng có thể căn cứ vào yêu cầu của người dùng để điều chỉnh, tính
linh hoạt cao. Có tính nhiệt dẻo của vật liệu nhựa từ đó dễdàng gia công, tạo
hình, thông thường có thể gia công theo mẫu đặt sẵn hoặc có thể gia công
theo yêu cầu cụ thể, có khả năng ứng dụng rộng.Tính năng hóa học tốt, chịu
được độ PH, chịu được hóa chất, chịu được nước mặn, có thể sử dụng được ở
nhiệt độ thấp, . Có thể sử dụng nhiều lần hoặc thu hồi tái sử dụng, có lợi ích
trong bảo vệ môi trường.
Hiện nay nhu cầu sử dụng vật composite gỗ nhựa trong nước rất lớn,
tuy nhiên việc đáp ứng nhu cầu này chủ yếu dựa vào nhập khẩu. Còn tình
hình sản xuất trong nước còn rất ít, nguyên nhân của việc này xuất phát từ lý
do là chưa có nhiều nghiên cứu về máy móc thiết bị và công nghệ phù hợp với
yêu cầu sản xuất trong nước;còn nhập công nghệ và máy móc thiết bị về Việt
Nam thì chi phí rất lớn. Để sản xuất trong nước được phát triển thì đòi hỏi
việc nghiên cứu về công nghệ, máy móc thiết bị, nguyên vật liệu phù hợp với
đặc điểm phát triển ở trong nước là việc rất quan trọng đòi hỏi các nhà nghiên
cứu cần giải quyết vấn đề này.
Khi nghiên cứu về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa chìa
khóa của thành công là chọn được tỷ lệ hợp lý giữa các thành phần trong vật
liệu và chế độ gia công như: nhiệt độ ép, áp suất phun, thời gian ép, Từ đó
xây dựng được quy trình sản xuất loại vật liệu này phù hợp với điều kiện ở
Viêt Nam sẽ góp phần thúc đẩy sản xuất trong nước phát triển thay thế hàng
ngoại nhập.
Miền Đông Nam Bộ là khu vực sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ chiếm
khoảng 70% cả nước, nguyên liệu sản xuất sử dụng chủ yếu là một số loại gỗ 3

như: Cao su, Keo lai, Thông, Sồi, Trong đó gỗ Cao su sử dụng chủ yếu là
khai thác ở các rừng trồng ở trong nước, hiện nay diện tích cây Cao su ở trong
nước, Lào, Cămpuchia do các Công ty Việt Nam đầu tư là rất lớn. Chúng sẽ là
nguồn cung cấp nguyên liệu rất ổn định và lâu dài cho ngành chế biến gỗ ở
trong nước. Khi sản xuất các sản phẩm gỗ tự nhiên từ nguồn nguyên liệu này
có rất nhiều phế liệu có thể tận dụng để sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa
như gỗ vụn, mùn cưa, dăm bào, . Do vậy việc nghiên cứu tận dụng các phế
liệu từ gỗ Cao su để sản xuất vật liệu composite là việc làm rất quan trọng và
cần thiết.
Nhựa plypropylene (PP) là loại nhựa thông dụng trên thế giới hiện nay,
có những đặc điểm và tính chất rất phù hợp với sản xuất vật liệu phức hợp gỗ
nhựa như nhiệt độ, màu sắc, giá thành, độ bền, . Do là loại nhựa được sử
dụng rộng rãi nên việc nghiên cứu tạo composite gỗ nhựa PP là phù hợp với
xu thế hiện nay.
Vì vậy việc nghiên cứu tận dụng phế liệu gỗ và nhựa để sản xuất vật
liệu mới là xu hướng mới được nhiều nước quan tâm nghiên cứu, vừa để nâng
cao giá trị lợi dụng gỗ, tiết kiệm nguyên liệu, từ đó góp phần giảm thiểu ô
nhiễm môi trường, Xuất phát từ vấn đề trên, luận án“Nghiên cứu một số
yếu tố công nghệ tạo vật liệu composite gỗ nhựa plypropylene”sẽ góp phần
thúc đẩy nghiên cứu tạo vật liệu mới từ việc tận dụng phế liệu trong các nhà
máy chế biến gỗ kết hợp với các loại nhựa nhiệt dẻo để tạo ra các sản phẩm
phục vụ nhu cầu tiêu dùng trong nước./





TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
1. Bùi Chương, Phan Thị Minh Ngọc (2010), Cơ sở hóa học polymer, Nhà
xuất bản bách khoa, Hà Nội.
2. Trần Vĩnh Diệu, Bùi Chương (2010), Nghiên cứu và ứng dụng sợi thực vật-
nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo để bảo vệ môi trường, Nhà xuất
bản khoa học tự nhiên và công nghệ.
3. Trần Vĩnh Diệu (2005), Gia công Polyme, Nhà xuất bản Đại học Bách
Khoa Hà Nội.
4. Trần Vĩnh Diệu, Trần Trung Lê (2006), Môi trường trong gia công chất dẻo
và compozit, Nhà xuất bản Đại học Bách khoa, Hà nội.
5. Trần Vĩnh Diệu, Lê Thị Phái, Phan Minh Ngọc, Lê Phương Thảo, Lê Hồng
Quang (2002), ”Nghiên cứu chế tạo vật liệu Polyme compozit trên cơ sở
nhựa PP gia cường bằng sợi đay”, Tạp chí Hóa Học, T40(3A), Tr 8-13.
6. Trần Vĩnh Diệu, Phạm Gia Huân (2003), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu
Polyme-compozit trên cơ sở nhựa PP gia cường bằng hệ lai tạo tre,
luồng- sợi thủy tinh”, Tạp chí Hóa Học, T41(3), Tr 49-53.
7. Vũ Huy Đại (2012), Báo cáo Đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ“Nghiên
cứu công nghệ sản xuất composite từ phế liệu gỗ và chất dẻo phế thải”,
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Hà Nội
8. Nguyễn Đình Đức (2007), Công nghệ vật liệu compozit, Nhà xuất bản
Khoa học kỹ thuật.
9. Lê Minh Đức (2008), Thiết bị gia công polymer, Nhà xuất bản Bách khoa,
Hà Nội.
10. Nguyễn Vũ Giang (2013), Báo cáo Đề tài khoa học công nghệ cấp
Bộ“Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite trên cơ sở nhựa polylefin
(polyetylen, polypropylen) khâu mạch (XLPO) và bột gỗ biến tính ứng
dụng làm vật liệu xây dựng, kiến trúc nội- ngoại thất”, Bộ khoa học và
công nghệ, Hà Nội
11. Hoàng Thị Thanh Hương (2011), Báo cáo Đề tài khoa học công nghệ cấp
Bộ“Nghiên cứu công nghệ phòng chống cháy cho vật liệu gỗ”, Bộ giáo
dục và đào tạo, Hà Nội.
12. Đoàn Thị Thu Loan (2010), “Nghiên cứu cải thiện tính năng của vật liệu
Composite sợi đay/ nhựa Polypropylene bằng phương pháp biến tính
nhựa nền”, Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số
1(36), Tr 28-35
13. Hà Tiến Mạnh, Nguyễn Bảo Ngọc, Nguyễn Đức Thành, Đỗ Thị Hoài
Thanh, Hà Thị Thu, Nguyễn Hải Hoàn (2011), “Nghiên cứu ảnh hưởng
của tỷ lệ bột gỗ và nhựa polypropylene đến tính chất composite gỗ-
nhựa”Tạp chí khoa học Lâm Nghiệp, Số 1, Tr 1752-1759.
14. Phạm Ngọc Nam (1998), “Một số đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lý của
gỗ Cao su”, Tạp chí Lâm nghiệp, Số 2, Tr 32-33.
15. Phạm Ngọc Nam (2000), “Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm từ
cành ngọn và bìa bắp gỗ Cao su”, Tạp chí Nông nghiệp công nghiệp
thực phẩm, số 5, Tr 207-209.
16. Phạm Ngọc Nam (2001), “Một số tính chất Cơ học chủ yếu của gỗ Cao
su”, Tạp san Khoa học kỹ thuật Nông Lâm Nghiệp, NXB Nông nghiệp,
số 1, Tr 177-180.
17. Nguyễn Hữu Niếu, Trần Vĩnh Diệu (2004), Hóa lý Polyme, Nhà xuất bản
Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.
18. Phan Thị Minh Ngọc, Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Thúy Hằng (2007), “Ảnh
hưởng của chất trợ tương hợp Polypropylen ghép Anhydrit Maleic đến
tính chất cơ học của vật liệu Polypropylen Compozit gia cường bằng
mắt tre”, Tạp chí Hóa học, T45 (5A), Tr 77-84.