T¹p chÝ Hãa häc, T. 43 (2), Tr. 223 - 227, 2005<br />
<br />
<br />
Nghiªn cøu chÕ t¹o polyme compozit trªn c¬ së<br />
polypropylen gia c êng b»ng sîi tre ng¾n vµ<br />
s¶n phÈm cña chóng<br />
§Õn Tßa so¹n 12-10-2004<br />
TrÇn VÜnh DiÖu, NguyÔn Ph¹m Duy Linh, Ph¹m Gia Hu©n<br />
Trung t©m nghiªn cøu vËt liÖu polyme, Tr-êng §¹i häc B¸ch khoa H2 Néi<br />
<br />
<br />
Summary<br />
This paper presents the results of the effect content of short bamboo fiber prepared by<br />
mechanical method and alkaline treatment on mechanical properties of polymer composites (PC)<br />
based on polypropylene (PP). With content of 50% in composition, the tensile, the flexible and<br />
impact strengths have been increased as 24%, 23% and 40%, respectively in comparison with<br />
original PP. Using the prepared bamboo fiber by steam explosion method in stead of mechanical<br />
one, the tensile strength of composite increases 16%, mean while the flexible and impact strength<br />
have the equivalent value. The composite reinforced by 50wt% of bamboo fiber has been applied<br />
in processing pallrings for washing and absorption scrubbers for wastewater treatment in the<br />
present of microorganism.<br />
<br />
<br />
I - Më ®ÇU NhiÖm vô cña c«ng tr×nh n&y l& sö dông sîi<br />
tre ng¾n nhËn ®'îc b»ng ph'¬ng ph¸p gia c«ng<br />
Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, viÖc sö dông sîi c¬ häc v& t¸ch næ b»ng h¬i n'íc l&m chÊt gia<br />
tù nhiªn trong polyme compozit (PC) ng&y c&ng c'êng cho PP nh»m nhËn ®'îc mét lo¹i vËt liÖu<br />
®'îc chó ý [1, 2]. §Æc ®iÓm næi bËt cña sîi tù PC cã c¸c tÝnh chÊt c¬ häc mong muèn.<br />
nhiªn l& cã kh¶ n¨ng t¸i t¹o, ph©n hñy ®'îc<br />
trong nh÷ng ®iÒu kiÖn m«i tr'êng x¸c ®Þnh v& ii - Thùc nghiÖm<br />
ch¸y hÕt kh«ng g©y t¾c lß ®èt nh' sîi thñy tinh<br />
[3]. Nh' vËy, sîi tù nhiªn cã t¸c dông tÝch cùc 1. Nguyªn liÖu v hãa chÊt<br />
trong viÖc b¶o vÖ m«i tr'êng. Trong c¸c lo¹i sîi<br />
Nhùa PP: sö dông c¸c lo¹i J2000 GP (NhËt<br />
tù nhiªn, sîi tre cã mét vai trß quan träng v× cã<br />
B¶n) cã chØ sè ch¶y 21 g/10 phót; J700 (NhËt<br />
nguån dù tr÷ dåi d&o v& sinh tr'ëng nhanh.<br />
B¶n) cã chØ sè ch¶y 8 g/10 phót. C¸c chØ sè ch¶y<br />
Jain v& céng sù [4, 5] ®P nghiªn cøu ®é bÒn ®Òu ®'îc thö d'íi t¶i träng 2,13 kg.<br />
kÐo v& uèn cña vËt liÖu PC trªn c¬ së nhùa<br />
Tre t'¬i lÊy tõ tØnh Hßa B×nh. Sîi tre ®'îc<br />
epoxy v& polyeste kh«ng no gia c'êng b»ng sîi<br />
chÕ t¹o theo hai ph'¬ng ph¸p:<br />
tre. TÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu PC trªn c¬ së<br />
polypropylen (PP) gia c'êng b»ng sîi tre ®P (1) Ph-¬ng ph¸p c¬ häc: ChÎ c¸c èng tre<br />
®'îc X. Chen v& céng sù kh¶o s¸t [6]. GÇn ®©y, th&nh nan d&y 2 - 3 mm v& c¸n dËp trªn m¸y c¸n<br />
Okubo v& céng sù ®P ph¸t triÓn vËt liÖu PC trªn 2 trôc (NhËt B¶n) råi c¾t nhá trªn m¸y c¾t<br />
c¬ së PP gia c'êng b»ng lo¹i sîi tre nhËn ®'îc tõ Restch (§øc). Sau ®ã sîi tre ®'îc xö lý b»ng<br />
ph'¬ng ph¸p t¸ch b»ng h¬i n'íc qu¸ nhiÖt [3]. dung dÞch NaOH 0,1 N trong 72 giê [7], röa ®Õn<br />
<br />
223<br />
trung tÝnh v& sÊy kh« ë 120oC trong 2 giê. - §é bÒn kÐo: ®'îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn<br />
(2) Ph-¬ng ph¸p t¸ch næ b»ng h¬i n-íc: tre ISO527 trªn m¸y LLoyd 0,5 KN víi tèc ®é kÐo<br />
c©y ®'îc c'a th&nh tõng ®o¹n d&i 1 m, chÎ t' v& 5 mm/phót.<br />
®'a v&o b×nh chÞu ¸p, cÊp h¬i n'íc qu¸ nhiÖt - §é bÒn uèn: ®'îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn<br />
v&o b×nh ë nhiÖt ®é 175oC v& ¸p suÊt 0,12 - 0,18 ISO 178/1993 trªn m¸y LLoyd 0,5 KN víi tèc<br />
MPa theo chu kú t¨ng v& x¶ ¸p. Sè chu kú ®'îc ®é uèn 5 mm/phót.<br />
thùc hiÖn 11 lÇn trong 110 phót. C¸c bã sîi tre - §é bÒn va ®Ëp Izod: ®'îc x¸c ®Þnh theo<br />
sau khi t¸ch næ b»ng h¬i n'íc ®'îc ®'a v&o tiªu chuÈn ASTM D256 trªn m¸y Tinius Olsen,<br />
m¸y c¸n 2 trôc ®Ó t¸ch th&nh c¸c bã sîi nhá råi model 92T.<br />
®'a sang m¸y c¾t Restch víi kÝch th'íc m¾t l'íi<br />
0,25 mm ®Ó nhËn ®'îc sîi tre ng¾n. iii - KÕt qu¶ v) th¶o luËn<br />
Sîi tre cã kÝch th'íc trung b×nh d&i 160 µm,<br />
®'êng kÝnh 17 µm. 1. §¸nh gi¸ chÊt l îng cña chÊt trî t ¬ng<br />
hîp MAPP tù chÕ t¹o (MAPP-VN)<br />
- ChÊt trî t'¬ng hîp MAPP (PP biÕn tÝnh<br />
b»ng anhydrit maleic) gåm 2 lo¹i: lo¹i cña hPng ChÊt t'îng hîp MAPP th'êng nhËp cña<br />
Aldrich (USA) cã h&m l'îng MA 0,6% khèi hPng Aldrich (USA) cã gi¸ th&nh cao. §Ó chñ<br />
l'îng v& lo¹i tù chÕ t¹o cã h&m l'îng MA 0,5% ®éng trong nghiªn cøu còng nh' gi¶m gi¸ th&nh<br />
khèi l'îng. khi øng dông vËt liÖu PC trong c«ng nghiÖp, ®P<br />
- ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt HL-04 (Trung tù chÕ t¹o chÊt trî t'¬ng hîp MAPP-VN t¹i<br />
Quèc). Phßng thÝ nghiÖm cña Trung t©m nghiªn cøu vËt<br />
liÖu polyme, Tr'êng §¹i häc B¸ch khoa H& Néi.<br />
2. C¸c ph ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tÝnh chÊt c¬<br />
¶nh h'ëng cña c¸c chÊt trî t'¬ng hîp ®Õn<br />
häc cña vËt liÖu tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu PC tr×nh b&y ë b¶ng 1.<br />
B¶ng 1: ¶nh h'ëng cña chÊt trî t'¬ng hîp MAPP-Aldrich v& MAPP-VN ®Õn<br />
tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu PC<br />
§é bÒn M«®un §é bÒn M«®un §é bÒn va<br />
STT ChÊt trî t'¬ng hîp<br />
kÐo, MPa kÐo, GPa uèn, MPa uèn, GPa ®Ëp, KJ/m2<br />
1 MAPP-Aldrich 32,4 1,32 49,6 3,99 3,73<br />
2 MAPP-VN 28,1 1,31 49,6 4,10 3,87<br />
Ghi chó: 1. Nhùa PP J700; 2. Sîi tre ®'îc chÕ t¹o theo ph'¬ng ph¸p t¸ch næ b»ng h¬i n'íc;<br />
3. H&m l'îng sîi tre 45% khèi l'îng v& 4. H&m l'îng chÊt trî t'¬ng hîp 8% khèi l'îng.<br />
<br />
Tõ b¶ng 1 nhËn thÊy, cã thÓ sö dông vËt liÖu PC tr×nh b&y ë h×nh 1 v& 2.<br />
MAPP-VN thay thÕ cho MAPP-Aldrich 40 34.3<br />
33.2<br />
v× l&m gi¶m kh«ng ®¸ng kÓ ®é bÒn kÐo 30.7 30.2 30.2 29.8 31.4<br />
§é bÒn kÐo, MPa<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
27.6 29<br />
cña vËt liÖu PC, cßn ®é bÒn uèn v& ®é 30<br />
bÒn va ®Ëp cã gi¸ trÞ t'¬ng ®'¬ng.<br />
20<br />
2. ¶nh h ëng cña h m l îng sîi tre<br />
ng¾n ® îc chÕ t¹o b»ng ph ¬ng 10<br />
ph¸p c¬ häc ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc 0<br />
cña vËt liÖu PC 0 20 25 30 35 40 45 50 55<br />
§Ó nghiªn cøu ®P sö dông nhùa PP- H&m l'îng sîi tre, %<br />
J2000 (NhËt B¶n). ¶nh h'ëng cña h&m H×nh 1: ¶nh h'ëng cña h&m l'îng sîi tre ®Õn ®é bÒn<br />
l'îng sîi tre ng¾n ®Õn ®é bÒn kÐo cña kÐo cña vËt liÖu PC<br />
224<br />
2.5<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Mo®un kÐo, GPa<br />
2<br />
1.5<br />
1<br />
0.5<br />
0<br />
0 20 25 30 35 40 45 50 55<br />
H&m l'îng sîi tre, %<br />
<br />
H×nh 2: ¶nh h'ëng cña h&m l'îng sîi tre ®Õn m«®un kÐo cña vËt liÖu PC<br />
Tõ h×nh 1 v& 2 nhËn thÊy, ®é bÒn kÐo cã gi¸ trÞ cao nhÊt (34,3 MPa) víi h&m l'îng sîi tre 50%,<br />
cßn m«®un kÐo thay ®æi kh«ng theo quy luËt râ r&ng v& cã gi¸ trÞ cao nhÊt (2,3 GPa) víi h&m l'îng<br />
sîi tre 40%.<br />
¶nh h'ëng cña h&m l'îng sîi tre ng¾n ®Õn ®é bÒn uèn v& m«®un uèn cña vËt liÖu PC tr×nh b&y<br />
ë h×nh 3 v& 4.<br />
50 46.1<br />
44<br />
40.4 41.7 40.8 41.3<br />
39 39.2<br />
40<br />
§é bÒn uèn, MPa<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
33<br />
30<br />
<br />
20<br />
<br />
10<br />
<br />
0<br />
0 20 25 30 35 40 45 50 55<br />
H&m l'îng sîi tre, %<br />
<br />
H×nh 3: ¶nh h'ëng cña h&m l'îng sîi tre ®Õn ®é bÒn uèn cña vËt liÖu PC<br />
<br />
8<br />
<br />
<br />
6<br />
Mo®un uèn, GPa<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
4<br />
<br />
<br />
2<br />
<br />
<br />
0<br />
0 20 25 30 35 40 45 50 55<br />
H&m l'îng sîi tre, %<br />
H×nh 4: ¶nh h'ëng cña h&m l'îng sîi tre ®Õn m«®un uèn cña vËt liÖu PC<br />
<br />
225<br />
Tõ h×nh 3 v& 4 nhËn thÊy ®é bÒn uèn cña vËt liÖu PC cã gi¸ trÞ lín nhÊt (46,1 MPa) øng víi h&m<br />
l'îng sîi tre 35%, cßn ë h&m l'îng sîi tre 50% ®é bÒn uèn ®¹t gi¸ trÞ 40,8% MPa; m«®un uèn cã<br />
khuynh h'íng t¨ng dÇn khi t¨ng h&m l'îng sîi tre v& ë h&m l'îng sîi tre 50% m«®un uèn cã gi¸ trÞ<br />
5,7 MPa.<br />
¶nh h'ëng cña h&m l'îng sîi tre ®Õn ®é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu PC tr×nh b&y ë h×nh 5.<br />
<br />
9 8.2<br />
8 7.2<br />
6.8<br />
§é bÒn va ®Ëp, KJ/m 2<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
7 6.5<br />
6.1<br />
6 5.3 5.2<br />
5<br />
3.7 3.6<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
0 20 25 30 35 40 45 50 55<br />
H&m l'îng sîi tre, %<br />
<br />
H×nh 5: ¶nh h'ëng cña h&m l'îng sîi tre ®Õn ®é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu PC<br />
<br />
Tõ h×nh 5 nhËn thÊy, ®é bÒn va ®Ëp cña vËt ST-1 v& ST-2 ®P c¨n cø v&o c¸c th«ng sè c¬ häc<br />
liÖu PC t¨ng ®¸ng kÓ so víi PP nguyªn thÓ. Víi nh' ®é bÒn kÐo, ®é bÒn uèn v& ®é bÒn va ®Ëp<br />
h&m l'îng sîi tre 50%, ®é bÒn va ®Ëp t¨ng 40% cña vËt liÖu PC trªn c¬ së nhùa PP J700. KÕt<br />
v& cã gi¸ trÞ 5,2 KJ/m2. qu¶ nhËn ®'îc tr×nh b&y ë b¶ng 2.<br />
3. So s¸nh tÝnh chÊt cña 2 lo¹i sîi tre ng¾n Tõ b¶ng 2 nhËn thÊy tÝnh chÊt c¬ häc cña<br />
® îc chÕ t¹o theo ph ¬ng ph¸p c¬ häc vËt liÖu PC khi sö dông sîi tre ST-1 v& ST-2<br />
(ST-1) v t¸ch næ b»ng h¬i n íc (ST-2) kh«ng cã sù kh¸c biÖt râ rÖt. Tuy nhiªn, ®é bÒn<br />
kÐo cña vËt liÖu PC víi ST-2 cao h¬n kho¶ng<br />
§Ó ®¸nh gi¸ tÝnh chÊt cña hai lo¹i sîi tre 16% ë h&m l'îng sîi tre 50%.<br />
<br />
B¶ng 2: TÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu PC trªn c¬ së nhùa PP J700 gia c'êng b»ng<br />
2 lo¹i sîi tre ST-1 v& ST-2<br />
H&m l'îng §é bÒn M«®un §é bÒn M«®un §é bÒn va<br />
Lo¹i sîi tre<br />
sîi tre, % kÐo, MPa kÐo, GPa uèn, MPa uèn, GPa ®Ëp, KJ/m2<br />
45 27,5 1,26 51,7 3,95 4,6<br />
ST-1<br />
50 28,5 1,44 52,3 4,30 4,5<br />
45 32,4 1,24 51,5 3,74 3,7<br />
ST-2<br />
50 33,1 1,30 49,7 2,99 -<br />
<br />
4. ChÕ t¹o ®Öm cho th¸p röa v th¸p hÊp thô b¸m chÆt v&o ®Öm, nhê ®ã t¨ng hiÖu qu¶ xö lý.<br />
xö lý n íc th¶i sinh ho¹t §Öm ®'îc gia c«ng trªn m¸y Ðp phun PO-<br />
YUEN 100 tÊn. §Öm gåm hai phÇn ghÐp l¹i<br />
§Æc ®iÓm cña lo¹i ®Öm n&y l& chøa 50% sîi th&nh h×nh cÇu (®'êng kÝnh 59 mm) cã nhiÒu<br />
tre nªn t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho vi sinh vËt khe hë (xem h×nh 6).<br />
226<br />
H×nh 6: §Öm ®'îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu PC trªn c¬ së nhùa PP gia c'êng b»ng sîi tre ng¾n<br />
<br />
IV - KÕt luËn in Polymer Technology, Vol. 18, No. 4, P.<br />
351 - 363 (1999).<br />
1. §P chÕ t¹o ®'îc 2 lo¹i sîi tre ng¾n theo 3. Kazuya Okubo, Toru Fujii, Yuzo Yamamoto.<br />
ph'¬ng ph¸p c¬ häc v& t¸ch næ b»ng h¬i n'íc. Development of Bamboo-based Polymer<br />
2. ChÊt trî t'¬ng hîp tù chÕ t¹o (ký hiÖu Composites and Their mechanical Properties.<br />
MAPP-VN) cã chÊt l'îng t'¬ng ®'¬ng víi Composites: Part A 35, P. 377 - 383 (2004).<br />
MAPP cña HPng Aldrich. 4. Jain S, Kumar R., Jindal U. C. Mechanical<br />
3. VËt liÖu PC nhËn ®'îc trªn c¬ së PP gia Behaviour of Bamboo and Bamboo<br />
c'êng b»ng sîi tre ng¾n víi h&m l'îng 50% cã Composite. J. Mater. Sci., 27, P. 4598 - 604<br />
®é bÒn kÐo t¨ng 24%, ®é bÒn uèn t¨ng 23% v& (1992).<br />
®é bÒn va ®Ëp t¨ng 40% so víi PP nguyªn thÓ. 5. Jain S, Kumar R. Proceeding of Bamboo<br />
4. §P sö dông vËt liÖu PC nhËn ®'îc ®Ó chÕ Fiber Reinforced Plastic Composite.<br />
t¹o ®Öm cho th¸p röa v& th¸p hÊp thô cã mÆt vi Materials and Manufacturing Processes,<br />
sinh vËt trong xö lý n'íc th¶i sinh ho¹t. Vol. 9, No. 5, P. 813 - 828 (1994).<br />
6. Chen X, Guo Q, Mi Y. Bamboo Fiber-<br />
T)i liÖu tham kh¶o Reinforced Polypropylene Composites: A<br />
study of the Mechanical Properties. J. Appl.<br />
1. A. K. Bledzki, J. Gassan. Composite Polym. Sci., 69, P. 1891-9 (1998).<br />
Reinforced with Cellulose Based Fibers. 7. Abhijit P. Deshpande, M. Bhaskar R, C.<br />
Prog. Polym. Sci., Vol. 24, P. 221 - 274 Lakshmana Rao. Extraction of Bamboo<br />
(1999). Fibers and Their use as Reinforcement in<br />
2. D. Nabi Saheb and J. P. Jog. Natural Fiber Polymeric Composites. J. Appl. Polym. Sci.,<br />
Polymer Composites: A Review - Advances Vol. 76, P. 83 - 92 (2000).<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
227<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
