TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU…………………… 2 1.1 Khái quát chung về vật liệu composite
Tình hình nghiên cứu ngoài nước về vật liệu composite
Vào những năm 80, mặc dù chưa có nền tảng khoa học để xác định cơ chế liên kết giữa sợi gỗ và nhựa gỗ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chất trợ tương hợp để tiến hành xử lý hóa học, nhằm nâng cao tính hợp của hai loại vật liệu này Nghiên cứu cho thấy rằng các chất trợ tương hợp như silan và maleic anhydride ghép polylefin có khả năng tăng cường độ bám dính giữa sợi gỗ và nhựa gỗ.
(1988) đã tạo ra quá trình este hóa bằng cách xử lý sợi gỗ với dung dịch MAPP.
Qua phân tích quang phổ cho thấy liên kết hóa học giữa MA với gỗ và PP đã
Năm 1991, Felix J.M và các đồng nghiệp đã áp dụng MAPP để xử lý cellulose trong sợi gỗ, cho thấy chất trợ tương hợp MAPP làm giảm góc tiếp xúc giữa gỗ và nhựa xuống còn 130-140 độ C, từ đó cải thiện đáng kể khả năng kết dính Nghiên cứu này đã chỉ ra ảnh hưởng tích cực của MAPP đến khả năng thấm ướt của gỗ và sự liên kết giữa nhựa PP, bột gỗ và chất trợ tương hợp.
Năm 1997, Continho và các đồng nghiệp đã nghiên cứu hiệu quả của việc xử lý và ảnh hưởng của điều kiện trộn đến tính chất của composite gỗ nhựa khi sử dụng MAPP và silan Kết quả cho thấy, điều kiện tối ưu để trộn hỗn hợp sợi gỗ và nhựa là ở 180 o C trong 10 phút với tốc độ 60 vòng/phút Trước khi trộn, sợi gỗ cần được xử lý bằng silan Mặc dù có nhiều nghiên cứu về phương pháp gia công, quá trình này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như bước trộn, điều kiện máy móc, độ ẩm sợi gỗ và loại nhựa, do đó cần xác định quy trình tạo vật liệu trong điều kiện cụ thể.
Năm 1999, Jochen Gassan và Andrzej K Bledzki nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý bề mặt sợi đến tính chất cơ học của compozit PP-sợi đay Họ xử lý sợi bằng MAPP với các nồng độ khác nhau trong toluen trong 5 và 10 phút, sau đó sấy chân không ở 75oC trong 2 giờ Kết quả cho thấy hiệu quả của chất trợ tương hợp phụ thuộc vào nồng độ và thời gian xử lý, với môđun đàn hồi tăng 90% khi xử lý trong 5 phút Tuy nhiên, xử lý lâu hơn và nồng độ MAPP cao hơn dẫn đến môđun đàn hồi giảm Độ bền uốn tăng 40% khi sử dụng dung dịch MAPP 0,1% trong toluen trong 15 phút, trong khi tăng nồng độ MAPP lên 0,6% cho kết quả tương tự ở 5 và 10 phút.
Năm 2006, Fauzi Febrianto và Dina Styawatti đã nghiên cứu ảnh hưởng của bột gỗ và hàm lượng chất biến tính MA đến tính chất cơ lý của vật liệu composite từ bột gỗ và PP tái sinh Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng tính chất cơ lý của vật liệu composite phụ thuộc vào hàm lượng và kích thước của bột gỗ cũng như nhựa.
Khi tỷ lệ gỗ hoặc nhựa trong vật liệu tăng lên, độ bền kéo sẽ giảm, trong khi mô đun đàn hồi lại tăng Hàm lượng chất trong vật liệu có ảnh hưởng đáng kể đến cả tính chất vật lý lẫn tính chất cơ học.
MA, khi cho 2,5% trọng lượng MA thì độ bền kéo, độ bền kéo và môđun đàn hồi đều cao hơn so với composite không có MA.
Năm 2006, M.Khalid và các đồng nghiệp đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất trợ tương hợp MAPP lên đặc tính cơ học của vật liệu composite sinh học PP gia cường bằng sợi cây cọ dầu và cellulose Nghiên cứu sử dụng MAPP cho PP-cellulose và PP-sợi từ cây cọ dầu với tỷ lệ trộn 70:30 trên máy trộn brabender ở nhiệt độ 180°C MAPP được thêm vào với các tỷ lệ 2%, 3%, 5% và 7% so với PP trong quá trình trộn Kết quả cho thấy tỷ lệ MAPP ảnh hưởng đến độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập của vật liệu Cụ thể, khi sử dụng 2% MAPP với tỷ lệ 30% cellulose và sợi, độ bền kéo của PP-EFBF tăng 58% so với khi không có MAPP, trong khi vật liệu PP-cellulose không có sự thay đổi đáng kể.
Năm 2010, Cao Jin – Zhen và các đồng nghiệp đã tiến hành nghiên cứu về đặc tính dẻo của vật liệu composite MAPP kết hợp với gỗ bạch dương và nhựa PP Nghiên cứu sử dụng các tỷ lệ gỗ/nhựa khác nhau (40:60, 60:40, 80:20) cùng với năm cấp tỷ lệ MAPP (0, 1, 2, 4, 8%) để phân tích ảnh hưởng của MAPP đến độ bền mỏi của vật liệu Kết quả cho thấy tỷ lệ gỗ cao hơn dẫn đến độ bền mỏi cao hơn so với vật liệu không sử dụng MAPP Đặc biệt, khi biến tính bằng MAPP ở tỷ lệ gỗ - nhựa 60:40 và 80:20, độ bền mỏi của vật liệu được cải thiện rõ rệt, trong khi tỷ lệ 40:60 không có sự thay đổi đáng kể Độ bền mỏi đạt tối ưu khi MAPP ở mức 1% với tỷ lệ bột gỗ/PP là 60:40, cho thấy việc sử dụng MAPP với tỷ lệ phù hợp có thể nâng cao tính dẻo của gỗ nhựa khi tỷ lệ gỗ cao hơn nhựa.
Năm 2011, Behzad Kord đã tiến hành nghiên cứu về ảnh hưởng của Maleic anhydride đến các tính chất cơ học như độ bền uốn, độ bền kéo và độ bền va đập của nhựa polypropylene (PP) gia cường bằng mùn cưa Sản phẩm nghiên cứu được chế tạo từ nhựa PP kết hợp với bột gỗ từ mùn cưa theo tỷ lệ 50/50.
Năm 2012, Ly Da Gang và các cộng sự tại Trung Quốc đã thành công trong việc nghiên cứu vật liệu composite từ phế thải khai thác thủy sản, bao gồm bột vỏ sò và vỏ hến, với tỷ lệ ABS chiếm 30-40% Nghiên cứu đã xác định các thông số quan trọng như tỷ lệ, nhiệt độ và tốc độ vòng quay của máy ép đùn Kết quả kiểm tra cho thấy tính chất va đập và độ bền uốn của vật liệu composite này cao gấp 4 lần so với vật liệu composite HDPE và bột gỗ.
Vào năm 2015, Vu Van Thu và Ly Da Gang, thuộc ngành Khoa học kỹ thuật vật liệu gỗ Trung Quốc, đã nghiên cứu thành công vật liệu composite từ bột than gỗ để ứng dụng trong đóng tàu thuyền đi biển Đề tài nghiên cứu đã giải quyết một số vấn đề quan trọng, bao gồm tỉ lệ phối trộn giữa bột than gỗ và vật liệu nền như ABS và UHMWPE, với các tỉ lệ cụ thể là 10% ABS, 20% UHMWPE, 70% bột than gỗ và 20% ABS, 20% UHMWPE, 60% bột than gỗ Nghiên cứu cũng xác định nhiệt độ ép phù hợp theo phương pháp ép đùn.
Nhiệt độ 180 độ C và tốc độ vòng quay trục vít 30 vòng/phút là các điều kiện quan trọng trong quá trình kiểm định vật liệu composite than Vật liệu này đã được kiểm tra theo các tiêu chí chất lượng như độ bền uốn, mođun đàn hồi và độ bền trượt Kết quả cho thấy độ bền uốn đạt từ 1,2 đến 1,4 GPa, mođun đàn hồi từ 150 đến 200 GPa, và độ bền trượt trong khoảng 50 đến 80 GPa.
Tình hình nghiên cứu trong nước về vật liệu composite
Nghiên cứu về việc sử dụng sợi và bột thực vật trong sản xuất vật liệu composite mang lại nhiều lợi ích như trọng lượng nhẹ, độ bền kéo cao, dễ gia công, chi phí thấp và tính thân thiện với môi trường Do đó, đã có nhiều công trình nghiên cứu tiêu biểu tập trung vào việc ứng dụng sợi và bột thực vật làm vật liệu cốt cho composite.
Năm 2003, Trần Vĩnh Diệu và đồng nghiệp đã nghiên cứu chế tạo composite từ polypropylene (PP) gia cường bằng sợi đay Vật liệu được sản xuất bằng cách xếp chồng các lớp màng PP – MAPP và sợi đay, sau đó ép trong khuôn kín với áp suất 7 MPa trong 50 phút Kết quả cho thấy hàm lượng MAPP ảnh hưởng đến tính chất cơ học của composite, với độ bền kéo và độ bền uốn tối đa đạt được khi sử dụng 7% trọng lượng MAPP, trong khi độ bền va đập giảm khoảng 50%.
Năm 2003, Trần Vĩnh Diệu và Phạm Gia Huân nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme-compozit từ nhựa PP gia cường bằng tre, luồng và sợi thủy tinh Vật liệu được tạo ra bằng cách xếp chồng lớp nhựa và sợi theo nguyên tắc xen kẽ, với hàm lượng sợi chiếm 60% Quá trình chế tạo bao gồm ép ở nhiệt độ 190°C và áp suất 100KG/cm², gia nhiệt trong 60 phút, ép trong 30 phút và làm nguội đến 80°C Kết quả cho thấy việc xử lý sợi tre luồng bằng dung dịch NaOH đã tăng hàm lượng cellulose, cải thiện khả năng bám dính giữa sợi và nhựa Việc kết hợp ba loại sợi này đã nâng cao rõ rệt tính năng độ bền uốn của vật liệu.
Năm 2006, Trần Vĩnh Diệu và đồng nghiệp đã khảo sát độ bền va đập của composite PP- Bột trấu với các hàm lượng bột từ 30% đến 55%, cùng với chất trợ tương hợp MAPP có hàm lượng MA 0,5% Kết quả cho thấy composite với 55% bột trấu đạt độ bền va đập 2,5 KJ/m², cao gấp nhiều lần so với các hàm lượng thấp hơn.
So với PP nguyên sinh, vật liệu đã được cải thiện đáng kể với độ bền kéo trượt, độ bền kéo, độ bền va đập và độ kháng nước tăng gấp 4 lần Tuy nhiên, ảnh hưởng đến môđun kéo không đáng kể.
Năm 2010, TS Đoàn Thị Thu Loan từ Đại học Đà Nẵng đã tiến hành nghiên cứu nhằm cải thiện tính năng của vật liệu composite sợi đay/nhựa PP thông qua việc biến tính nhựa nền Quá trình sản xuất bao gồm hai giai đoạn: tạo hạt gỗ nhựa bằng máy ép đùn hai trục vít và tạo mẫu thử bằng phương pháp đúc tiêm Nghiên cứu đã khảo sát tác động của copolymer ghép MA (MAHgPP) đến tính chất của composite nhựa PP gia cường sợi đay Kết quả cho thấy, khi bổ sung 2% khối lượng Exxelor (Ex) vào nhựa PP, khả năng kết dính tại bề mặt tiếp xúc được cải thiện đáng kể, dẫn đến sự gia tăng độ bền kéo trượt, độ bền kéo, độ bền va đập và độ kháng nước của vật liệu, mặc dù ảnh hưởng đến môđun kéo không đáng kể.
Năm 2011, Hà Tiến Mạnh và các đồng nghiệp đã nghiên cứu tác động của tỷ lệ bột gỗ và nhựa polypropylene đến tính chất của composite gỗ-nhựa Nguyên liệu bao gồm gỗ Keo tai tượng và nhựa tái chế PP, được pha trộn theo ba tỷ lệ (50/50; 60/40; 70/30) và tạo hạt trên máy ép hai trục vít ở nhiệt độ 175oC Sau đó, sản phẩm được ép trên máy ép phẳng ở 170oC với áp lực 1,5-7,5MPa trong 40 phút Kết quả cho thấy tỷ lệ bột gỗ và nhựa ảnh hưởng đến một số tính chất của composite gỗ-nhựa PP, tuy nhiên sự khác biệt này chưa rõ rệt.
Vào năm 2012, PGS.TS Vũ Huy Đại đã thực hiện một nghiên cứu khoa học cấp Bộ về công nghệ sản xuất composite từ phế liệu gỗ và chất dẻo phế thải Nghiên cứu này nhằm khai thác và ứng dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu tái chế, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
Vật liệu được chế tạo từ nhựa PP, PE, PVC tái chế kết hợp với phế liệu gỗ Keo tai tượng Nghiên cứu đã xây dựng các bước công nghệ chủ yếu để xử lý tái chế nhựa và tạo bột gỗ từ mùn cưa, phoi bào, bìa bắp Đã xác định ảnh hưởng của tỷ lệ bột gỗ/nhựa tái chế đến tính chất của hạt và thiết lập quy trình công nghệ tạo hạt gỗ nhựa với tỷ lệ 50% bột gỗ, 45% nhựa, và 5% trợ tương hợp Đề xuất công nghệ sản xuất composite gỗ-nhựa từ phế liệu gỗ và nhựa tái chế PP, PE, PVC trên máy ép đùn hai trục vít Cinnanici TS 80.
Năm 2013, TS Nguyễn Vũ Giang đã nghiên cứu chế tạo vật liệu composite từ nhựa polylefin (polyetylen, polypropylene) và bột gỗ biến tính, ứng dụng trong xây dựng và kiến trúc nội-ngoại thất Vật liệu được sản xuất từ bột gỗ Giáng hương, sau khi xử lý bằng kiềm nóng để loại bỏ tạp chất và sấy khô Bột gỗ sau đó được biến tính bằng tetraethyl ortosilicat và 3-glyxidoxyl propyl trimetoxy silan Nghiên cứu đã tiến hành chế tạo vật liệu XLPE/bột gỗ biến tính và XLPP/bột gỗ biến tính với tỷ lệ bột gỗ từ 20-60%, nhiệt độ gia công từ 170-200°C, và thời gian trộn từ 3-8 phút, sử dụng thiết bị ép đùn một trục Kết quả đã xác định các thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình biến tính bột gỗ và điều kiện gia công tối ưu cho hai loại vật liệu này.
Khái quát chung về rơm rạ, trấu
Rơm rạ, trấu được gọi là chất thải phát sinh trong quá trình khai thác, chế biến lương thực từ cây lúa.
Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính của con người, cùng với ngô, tiểu mạch, sắn và khoai Quá trình phát triển của cây lúa bắt đầu từ hạt thóc, trải qua các giai đoạn ngâm, ủ, nảy mầm và gieo trồng trên ruộng Lúa phát triển với lá mỏng, hẹp và dài, hoa nhỏ thụ phấn nhờ gió, tạo thành cụm hoa phân nhánh Sản phẩm thu được từ cây lúa bao gồm thóc và rơm rạ, sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài, sản phẩm chính là gạo cùng với các phụ phẩm như cám và trấu Gạo là nguồn lương thực chủ yếu của hơn nửa dân số thế giới, đặc biệt ở châu Á và châu Mỹ La tinh, khiến nó trở thành loại thực phẩm được tiêu thụ nhiều nhất Ngoài việc sử dụng hạt lúa làm thực phẩm, các phần còn lại sau thu hoạch cũng được tận dụng, như rơm rạ dùng để lợp nhà, cho gia súc ăn, làm chất đốt hoặc ủ làm phân, chứng tỏ cây lúa có giá trị kinh tế và hiệu quả cao trong đời sống hàng ngày.
Trong những năm gần đây, rơm rạ thường bị xem là phế thải nông nghiệp có giá trị sử dụng thấp, dẫn đến việc bị bỏ lại ngoài đồng và đốt bỏ Để khai thác nguồn tài nguyên này, Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế (IRRI) và tổ chức BMZ (Đức) đã triển khai dự án quản lý rơm rạ tại Campuchia, Philippines và Việt Nam Theo TS Martin Gummert, Trưởng dự án Quản lý rơm rạ, dự án đã thành công trong việc thu gom 50% lượng rơm rạ trong mùa khô, góp phần giảm thiểu tình trạng lãng phí.
19 lượng rơm rạ đã được đốt, nguồn rơm rạ này được thu gom từ dự án nhằm phát triển công nghệ cacbon hóa và sản xuất phân hữu cơ, cũng như nấm Các mô hình này đang được nhân rộng tại Campuchia và Philippines thông qua các chương trình tập huấn, với mục tiêu nâng cao chuỗi giá trị và kết nối rơm rạ vào thị trường sản phẩm có giá trị cao.
MỤC TIÊU, NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu…………………………………………………… 14 2.2 Nội dung nghiên cứu…………………………………………………… 14 2.3 Vật liệu nghiên cứu
Xây dựng quy trình công nghệ hiệu quả để xử lý và bảo quản rơm rạ, trấu sau thu hoạch là bước quan trọng trong việc sử dụng chúng làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite trên nền nhựa ABS Quy trình này không chỉ giúp nâng cao giá trị sử dụng của rơm rạ và trấu mà còn đóng góp vào việc phát triển bền vững trong ngành công nghiệp vật liệu.
Quy trình công nghệ tạo ra vật liệu composite từ nhựa ABS kết hợp với cốt rơm rạ và trấu đã được xây dựng, nhằm sản xuất các sản phẩm xây dựng phù hợp với điều kiện sử dụng ngoài trời.
- Điều tra khảo sát diện tích gieo trồng lúa tại 02 vùng Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long
Nghiên cứu nhằm lựa chọn và hoàn thiện công nghệ xử lý cũng như bảo quản rơm rạ và trấu sau thu hoạch, với mục tiêu sử dụng chúng làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite trên nền nhựa ABS ở quy mô phòng thí nghiệm.
- Tuyển chọn và xác định thông số công nghệ sản xuất vật liệu composite từ nguyên liệu rơm rạ, trấu trên nền nhựa ABS
- Nhựa ABS (Acrylonitrile butadiene styrene)
- Chất trợ tương hợp: MAPE (Polyethylene maleat)
Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện được các nội dung nghiên cứu trên, đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Kế thừa các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước, bài viết này tập trung vào công nghệ chế tạo vật liệu composite, đồng thời trình bày các tiêu chuẩn kiểm tra và đánh giá chất lượng vật lý cũng như cơ học của loại vật liệu này.
- Phương pháp khảo sát thực địa
Phương pháp nghiên cứu này sử dụng phiếu điều tra và phỏng vấn sâu để thu thập thông tin tại địa bàn nghiên cứu Các nội dung chính được khảo sát bao gồm diện tích gieo trồng, năng suất, và cách xử lý nguồn rơm rạ, trấu sau thu hoạch tại một số tỉnh thuộc hai vùng Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
Để lựa chọn và hoàn thiện công nghệ gia công cũng như bảo quản bột rơm rạ và trấu sau thu hoạch, đề tài áp dụng một số phương pháp nghiên cứu nhất định.
+ Phương pháp xác định độ ẩm rơm rạ:
Rơm rạ sau thu mua tại tỉnh Hải Dương được tập kết tại Viện NC Công nghiệp rừng, nơi chúng được hong phơi dưới ánh nắng tự nhiên Sau khi lấy mẫu để xác định trọng lượng ban đầu, rơm rạ được đưa vào tủ sấy ở nhiệt độ 45°C trong 24 giờ Trọng lượng mẫu được cân lần 2 và tính toán theo công thức 1 Nếu độ ẩm đạt 8%, quá trình sấy sẽ dừng, ngược lại, nếu độ ẩm chưa đạt, thời gian sấy sẽ được kéo dài cho đến khi độ ẩm đạt yêu cầu Tương tự, trọng lượng của mẫu rơm rạ hong phơi tự nhiên cũng được xác định theo thời gian phơi và tính toán độ ẩm bằng công thức 1.
Phương pháp xác định độ ẩm rơm rạ theo phương pháp cân sấy:
Trong đó: m1 - trọng lượng mẫu trước khi sấy m2 - trọng lượng mẫu sau khi sấy
+ Phương pháp xác định độ ẩm đối với trấu:
Trấu được thu mua từ các hộ dân sẽ được chuyển về Viện NC Công nghiệp rừng để thực hiện các bước xử lý công nghệ tiếp theo Trong quá trình này, không cần xác định độ ẩm của trấu, vì độ khô của chúng đã được đảm bảo qua phương pháp hong phơi tự nhiên.
Gạo được tách vỏ nhờ hệ thống xay xát, trong đó trấu được tách ra khỏi hạt gạo và được coi là khô Sau đó, gạo sẽ được đưa trực tiếp vào máy nghiền để tạo thành bột.
+ Đối với nội dung lựa chọn thông số công nghệ tạo vật liệu composite đề tài sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:
Để xác định các thông số công nghệ trong quy trình sản xuất vật liệu composite, nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích các yếu tố đầu vào như tỷ lệ phối trộn, nhiệt độ ép và tốc độ quay trục vít Đồng thời, nghiên cứu cũng đánh giá các yếu tố đầu ra bao gồm độ bền của vật liệu composite đối với nấm, mối, cũng như độ bền uốn và độ bền va đập.
Đơn phối trộn được lựa chọn nhằm đảm bảo độ bền cơ học và độ bền tự nhiên đạt tiêu chuẩn vật liệu xây dựng Nghiên cứu thực hiện ở nhiệt độ ép cố định 180°C và tốc độ vòng quay trục vít 30 vòng/phút, như thể hiện trong bảng 1.
Bảng 1: Tuyển chọn đơn phối trộn
STT Thành phần vật liệu cốt và vật liệu nền (g) Công thức
Rơm rạ Trấu Nhựa ABS MAPE
Nhiệt độ ép là yếu tố quan trọng để sản phẩm đạt độ bền cơ học và độ bền tự nhiên tốt, đáp ứng tiêu chuẩn vật liệu xây dựng Đề tài này sử dụng cố định đơn phối trộn đã được tuyển chọn, với tốc độ vòng quay trục vít là 30 vòng/phút, như thể hiện trong bảng 2.
Bảng 2: Tuyển chọn nhiệt độ ép
Stt Nhiệt độ 0 C Tốc độ vòng quay trục vít Đơn phối trộn
Để đạt được tốc độ vòng quay trục vít tối ưu, cần tuyển chọn kỹ lưỡng nhằm sản xuất sản phẩm có độ bền cơ học và độ bền tự nhiên tốt, đáp ứng tiêu chuẩn vật liệu xây dựng Nghiên cứu này sử dụng phương pháp cố định đơn phối trộn đã được chọn lọc (tham khảo bảng 1) và nhiệt độ ép phù hợp (theo bảng 2), được trình bày chi tiết trong bảng 3.
Bảng 3: Tuyển chọn tốc độ vòng quay trục vít
Stt Tốc độ vòng quay trục vít
Nhiệt độ Đơn phối trộn
+ Kiểm tra độ bền của vật liệu composite.
- Độ bền tự nhiên: Để đánh giá được độ bền của vật liệu composite, đề tài sử dụng tác nhân gây hại tự nhiên như: nấm mục, mối đất
Phương pháp kiểm tra độ bền tự nhiên của vật liệu composite đối với nấm mục được thực hiện theo các bước trong tiêu chuẩn ASTM D 2017 Quy trình này đảm bảo đánh giá chính xác khả năng chống lại sự phân hủy do nấm mục của vật liệu composite.
Bước 1: Tạo môi trường nấm mục bằng cách nhân giống.
+ Nguyên liệu bao gồm: 200 gam khoai tây, 20 gam đường, 20gam agar.
Để thực hiện, bạn cần gọt vỏ khoai tây, cắt nhỏ và nấu chín Sau đó, chiết dịch khoai tây và lọc bỏ tinh bột Cuối cùng, từ từ cho glucose vào dịch khoai tây.
Khuấy liên tục 23 lần trên bếp cho tan, thêm agar và tiếp tục khuấy, sau đó bổ sung nước cất đủ 1 lít Hấp khử trùng bằng nồi autoclave ở 121°C, 1 atm trong 15 phút, để nguội rồi đổ vào đĩa petri Tiến hành cấy chuyền giống gốc nấm mục bằng cách dùng que cấy lấy bào tử từ ống giống và bảo quản ở nhiệt độ phòng Sau 7 ngày, tiến hành khảo sát mẫu hoặc bảo quản trong ngăn lạnh tủ lạnh nếu chưa sử dụng.
Bước 2: Gia công mẫu thử nấm mục theo kích thước: chiều dài 120mm, chiều rộng 10mm, chiều dày 4mm Cân xác định trọng lượng mẫu trước khi thử.
Để thực hiện bước 3, đặt mẫu thử vào môi trường có nấm mục phát triển và quan sát sự thay đổi trọng lượng Sau 12 tuần, lấy mẫu ra, lau sạch nấm bám trên bề mặt, sấy ở 50 độ C trong 24 giờ và cân để xác định độ thay đổi trọng lượng Độ thay đổi này được xác định theo tỷ lệ phối trộn tại bảng 1, với mỗi công thức thử lấy giá trị trung bình từ 5 mẫu.
Hình 7 Mẫu trong môi trường nấm mục nâu Bước 4: Đánh giá ngoại quan bề mặt mẫu.
- Mẫu sau 12 tuần phơi trong môi trường nấm mục được lấy ra và quan sát mức độ bám nấm trên bề mặt bằng mắt và chụp ảnh ghi nhận.
Phương pháp kiểm tra độ bền tự nhiên của vật liệu composite đối với mối đất là một chủ đề chưa được nghiên cứu sâu ở Việt Nam, vì chưa có tiêu chuẩn hay phương pháp công bố rõ ràng Để giải quyết vấn đề này, nghiên cứu sẽ áp dụng phương pháp xác định hiệu lực của gỗ xử lý hóa chất với mối, nhằm thử nghiệm độ bền của vật liệu composite.
- Quy cách mẫu: Kích thước mẫu 150 × 30 × 10 mm (± 1 mm)
Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm………………………………………… 21 PHẦN III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
- Máy trộn Poly Drive Haake (đức)
- Máy ép đùn 2 trục vít (Rheomex CEW100 QC, Haake – Đức)
- Cân điện tử 2 số (hiệu Scout TM Pro – Mỹ)
- Tủ sấy (hiệu QL – Mỹ)
- Máy đo kéo và uốn Zwick/Roell Z050 (Đức)
- Máy đo va đập vạn năng loại quả lắc Zwick/Roell HIT50P (Đức)
PHẦN III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Kết quả điều tra khảo sát diện tích gieo trồng lúa tại vùng Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long
Theo kết quả điều tra khảo sát diện tích gieo trồng lúa tại vùng Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long cho thấy:
Sản xuất lúa vụ đông xuân năm 2019 giảm so với năm 2018 do thời tiết không thuận lợi, ảnh hưởng đến sự phát triển của cây lúa Tổng diện tích gieo trồng tại Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long đạt 3,12 triệu ha, tăng 21,8 nghìn ha, nhưng năng suất giảm còn 65,5 tạ/ha, dẫn đến sản lượng đạt 20,47 triệu tấn, giảm 133 nghìn tấn Trong vụ hè thu 2019, sản xuất cũng thấp hơn năm trước, với diện tích gieo trồng 2,01 triệu ha, giảm 43,4 nghìn ha, năng suất 54,5 tạ/ha, giảm 0,1 tạ/ha, và sản lượng gần 10,95 triệu tấn, giảm 260,4 nghìn tấn, trong đó vùng Đồng bằng sông Cửu Long đạt 8,68 triệu tấn, giảm 116,6 nghìn tấn so với năm 2018.
Diện tích gieo trồng lúa vụ thu đông năm nay đạt 724,2 nghìn ha, giảm 7,9 nghìn ha so với năm 2018, trong khi năng suất đạt 54,5 tạ/ha, tăng 0,3 tạ/ha, và sản lượng đạt 3,95 triệu tấn, giảm 19,4 nghìn tấn Nguyên nhân chủ yếu là do lũ về chậm và nước sông đầu nguồn thấp, dẫn đến việc 9,4 nghìn ha lúa được trồng thêm ở những diện tích kiên cố Tuy nhiên, tổng diện tích gieo trồng vẫn thấp hơn so với cùng kỳ, do giá lúa vụ hè thu giảm khiến người dân không trồng 12,6 nghìn ha lúa, thay vào đó chuẩn bị đất cho vụ đông xuân Một phần diện tích cũng được chuyển sang trồng cây hàng năm khác và cây lâu năm Một số địa phương như Cần Thơ và Vĩnh Long ghi nhận sự giảm mạnh về diện tích gieo trồng và sản lượng, với Cần Thơ giảm 9,9 nghìn ha và 40,3 nghìn tấn, trong khi Vĩnh Long giảm 4,6 nghìn ha và 19,1 nghìn tấn.
Kết quả sản xuất lúa mùa năm 2019 tại Đồng bằng sông Hồng cho thấy năng suất tăng nhưng sản lượng giảm do nắng nóng đầu vụ và chuyển đổi cơ cấu màu vụ Diện tích gieo trồng lúa mùa đạt 1,61 triệu ha, giảm 72,3 nghìn ha so với năm 2018, với năng suất đạt 50,2 tạ/ha, tăng 1,1 tạ/ha, tổng sản lượng đạt 8,08 triệu tấn, giảm 184,4 nghìn tấn Cụ thể, các địa phương phía Bắc gieo cấy 1.070,8 nghìn ha, giảm 33,4 nghìn ha, năng suất 50,8 tạ/ha, tăng 1,4 tạ/ha, sản lượng 5,44 triệu tấn, giảm 20 nghìn tấn Trong khi đó, các địa phương phía Nam gieo cấy 540,2 nghìn ha, giảm 38,9 nghìn ha, năng suất 48,9 tạ/ha, tăng 0,4 tạ/ha, sản lượng 2,64 triệu tấn, giảm 164,4 nghìn tấn.
Thực trạng thu gom và xử lý phế phụ phẩm từ cây lúa tại Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long
Mặc dù diện tích đất trồng lúa giảm, Việt Nam vẫn là một quốc gia nông nghiệp với lượng phế thải lớn từ quá trình thu hoạch lúa Điều này gây lo ngại về ô nhiễm môi trường, đặc biệt ở những vùng nông nghiệp phát triển Mặc dù nông nghiệp đã được cơ giới hóa, nhưng vẫn để lại nhiều tác động tiêu cực đến môi trường Trước đây, khi chưa áp dụng cơ giới hóa, các phế phẩm như rơm, rạ được tái sử dụng hiệu quả, không chỉ làm chất đốt mà còn là thức ăn cho gia súc và nguyên liệu để ủ phân hữu cơ.
Ngày nay, với sự phát triển của đời sống, nông nghiệp đã có nhiều sản phẩm hiện đại, nhưng con người lại ít chú trọng đến việc tái sử dụng phế phẩm nông nghiệp Hậu quả là nhiều phế phẩm này thường bị bỏ lại trên đồng ruộng hoặc bị đốt bỏ, dẫn đến lãng phí và gây hại nghiêm trọng cho môi trường đất, khí quyển và các vấn đề xã hội khác.
Theo Tổ chức phát triển Hà Lan, Việt Nam sản xuất khoảng 40 triệu tấn sinh khối từ phụ phẩm lúa gạo mỗi năm, trong đó có 32 triệu tấn rơm rạ và 8 triệu tấn trấu, tương đương với 13,34 Mtoe năng lượng lý thuyết Rơm rạ và trấu có thể đáp ứng 28% nhu cầu năng lượng sơ cấp của Việt Nam năm 2017 Tuy nhiên, việc đốt rơm rạ sau thu hoạch không chỉ không cải thiện chất lượng đất mà còn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Hành động này làm nóng đất, ảnh hưởng đến sinh vật và giảm năng suất cây trồng Khi bị đốt, các thành phần hữu cơ trong rơm rạ phân hủy thành CO2, góp phần vào hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu.
CO2 được thải vào môi trường vì nguyên nhân trên
Kết quả khảo sát tại hai vùng đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long cho thấy, tại Cần Thơ, 86% lượng rơm rạ bị đốt bỏ, chỉ 12% được vùi xuống đất làm phân, trong khi Thái Bình có 36% rơm rạ bị đốt Không còn hộ gia đình nào sử dụng rơm rạ hay trấu để đun nấu; trước đây, vỏ trấu thường được dùng làm chất đốt hoặc trộn với đất sét để xây dựng Ở các nước phát triển, trấu được tận dụng như nguồn nguyên liệu thay thế cung cấp nhiệt trong sản xuất.
Khảo sát và lựa chọn thiết bị gia công rơm rạ, trấu
Tạo sản phẩm theo kích thước sản xuất vật liệu composite Đóng gói và bảo quản bột rơm rạ, trấu
3.3 Lựa chọn thiết bị và thông số công nghệ tạo sản phẩm và bảo quản bột nguyên liệu rơm rạ, trấu. Để tuyển chọn được thiết bị và thông số công nghệ gia công rơm rạ, trấu làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite, đề tài sử dụng thiết bị phụ trợ và các thông số công nghệ gia công sau:
Hình 8 Sơ đồ các bước công nghệ
Để chọn thiết bị gia công rơm rạ thành bột nguyên liệu cho sản xuất vật liệu composite, cần xác định độ ẩm đầu vào Độ ẩm của rơm rạ trước khi gia công phải đạt từ 8 đến 10%.
Thiết bị gia công nguyên liệu rơm rạ mang tên thương mại 3A (2,2kw) được sản xuất tại Việt Nam, cho phép điều chỉnh kích thước đầu ra của nguyên liệu thông qua hệ thống dao cắt Kích thước rơm rạ sau khi cắt được lựa chọn có chiều dài từ 5 đến 10mm Sau khi cắt ngắn, rơm rạ sẽ được đưa vào máy nghiền TN 2007, cũng được sản xuất tại Việt Nam, để chuyển đổi thành dạng bột Bột rơm rạ sau đó phải lọt qua mắt lỗ sàng dây 1,8mm để đáp ứng yêu cầu sản xuất vật liệu composite.
Sau khi xác định độ ẩm của vỏ trấu nằm trong khoảng 8 ÷ 10%, vỏ trấu sẽ được chuyển vào máy nghiền TN 2007 Kích thước bột trấu thu được sẽ là sản phẩm bột đã lọt qua lỗ sàng có đường kính 1,8mm.
- Đóng gói và bảo quản bột rơm rạ, trấu
Sau khi thu được bột rơm rạ, trấu sẽ được đóng gói riêng biệt với kích thước đồng nhất Quá trình này sử dụng bao bì 2 lớp, trong đó lớp bên trong là bao nilông và lớp bên ngoài là bao rứa, mỗi bao có trọng lượng 25kg Sản phẩm sau khi đóng gói sẽ được xếp tại kho kín, đảm bảo mặt sàn luôn khô ráo.
Nội dung nghiên cứu thực nghiệm đã lựa chọn thiết bị và thông số công nghệ phù hợp để tạo ra và bảo quản bột rơm rạ, trấu Qua quá trình nghiên cứu, các thông số công nghệ quan trọng đã được xác định nhằm tối ưu hóa chất lượng sản phẩm.
+ Độ ẩm nguyên liệu bột rơm rạ, trấu 8 ÷ 10 %;
+ Chiều dài kích thước rơm rạ sau cắt ngắn 5 ÷ 10 mm;
+ Chiều dài vỏ trấu không xác định vì phụ thuộc vào giống lúa;
+ Kích thước bột rơm rạ, trấu phải lọt qua lỗ sàng dây 1,8mm;
+ Túi đựng bột rơm rạ, trấu 2 lớp, trọng lượng bao 25kg;
+ Khoảng cách chiều cao giữa bao nguyên liệu với mặt nền nhà xưởng là
Quy trình công nghệ, bảo quản bột rơm rạ, trấu làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite
Quy định các thông số công nghệ liên quan đến quá trình gia công, bảo quản rơm rạ, trấu làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite.
2 Xuất xứ của quy trình công nghệ.
Quy trình công nghệ gia công và bảo quản rơm rạ, trấu để sản xuất vật liệu composite là kết quả nghiên cứu từ đề tài "Nghiên cứu công nghệ sản xuất composite trên nền nhựa ABS với cốt từ rơm rạ, trấu làm vật liệu xây dựng sử dụng ngoài trời", được quản lý và cấp kinh phí bởi Bộ Xây Dựng.
Không đạt (B7) Phân loại (B6) Đạt (B11)
Nghiền (B8) Sàng (B9) Đóng gói (B12) Lưu kho (B13)
3 Tóm tắt nội dung quy trình công nghệ bảo quản bột rơm rạ, trấu làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite.
- Nội dung của quy trình công nghệ.
+ Sơ đồ các bước công nghệ:
Hình 9: Sơ đồ các bước công nghệ bảo quản bột rơm rạ, trấu làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite
+ Mô tả các bước công nghệ đối với nguyên liệu rơm rạ:
Bước 1 (B1): Nguyên liệu đầu vào (rơm rạ)
Yêu cầu nguyên liệu đầu vào của rơm rạ sau thu hoạch không được lẫn bùn đất.
Bước 2 (B2): Kiểm tra độ ẩm ban đầu của nguyên liệu:
Khi kiểm tra, nếu độ ẩm của nguyên liệu rơm rạ vượt quá 10%, cần phải đưa rơm rạ vào hệ thống sấy Độ ẩm đạt yêu cầu cho rơm rạ là từ 8 đến 10%.
Máy cắt ngắn nguyên liệu rơm rạ có tên thương mại 3A sản xuất tại Việt Nam. Chiều dài nguyên liệu đạt yêu cầu 5÷10mm.
Bước 4 (B4) và bước 5 (B5): Thiết bị nghiền, sàng:
Nguyên liệu được cắt ngắn sẽ được nghiền và sau đó chuyển sang hệ thống sàng dây Sản phẩm sau khi sàng phải đảm bảo lọt qua mắt lỗ sàng có kích thước 1,8mm Bước 6 trong quy trình là phân loại nguyên liệu.
Phân loại là bước quan trọng trong quy trình sản xuất, nhằm lựa chọn bột nguyên liệu đạt tiêu chuẩn từ bước 5 Những nguyên liệu không đạt yêu cầu sẽ được chuyển tiếp qua thiết bị nghiền và thiết bị sàng, đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng có kích thước đồng đều.
Bước 11 (B11), bước 12 (B12), bước 13 (B13) Sản phẩm đạt
Nguyên liệu đạt tiêu chuẩn sẽ được đóng gói trong bao bì hai lớp, với lớp trong là bao linông và lớp ngoài là bao dứa Sau khi đóng gói, nguyên liệu sẽ được xếp lên palet gỗ hoặc nhựa có chiều cao 138 mm so với mặt sàn kho.
+ Mô tả các bước công nghệ đối với nguyên liệu trấu:
Bước 1 (B1) Nguyên liệu đầu vào (vỏ trấu)
Yêu cầu nguyên liệu đầu vào của vỏ trấu sau khi tách nhân không được lẫn bùn đất.
Bước 2 (B2): Kiểm tra độ ẩm ban đầu của nguyên liệu:
Nếu độ ẩm của vỏ trấu vượt quá 10% khi kiểm tra, cần đưa vỏ trấu vào hệ thống sấy Độ ẩm đạt tiêu chuẩn cho vỏ trấu là từ 8 đến 10%.
Lưu ý rằng vỏ trấu sau khi đạt độ ẩm yêu cầu không cần phải cắt, mà có thể chuyển thẳng sang khâu nghiền và tiếp tục thực hiện các bước công nghệ giống như đối với rơm rạ.
Tất cả các cơ sở sản xuất và gia công nguyên liệu thô cho vật liệu composite trên toàn quốc đều được trang bị đầy đủ máy móc và thiết bị hiện đại.
5 Phạm vi/điều kiện ứng dụng
Quy trình này áp dụng cho tất cả các doanh nghiệp vừa và nhỏ sở hữu thiết bị băm, nghiền, sàng, lò sấy và có diện tích kho bãi từ 100m2 trở lên.
Mặt bằng nhà kho có thể được xây dựng trong khu vực xưởng sản xuất hoặc tách biệt, nhưng cần đảm bảo tính kiên cố và có hệ thống phòng chống cháy nổ đạt tiêu chuẩn cho phép.
- Nguyên liệu: Rơm rạ, vỏ trấu
Các cơ sở sản xuất vật liệu composite cần trang bị thiết bị sản xuất và gia công nguyên liệu thô, trong đó thiết bị sấy rơm rạ và vỏ trấu là bắt buộc Việc sản xuất và bảo quản bột rơm rạ, trấu phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn lao động và phòng chống cháy nổ.
Tuyển chọn và xác định thông số công nghệ sản xuất vật liệu composite từ nguyên liệu rơm rạ, trấu trên nền nhựa ABS
từ nguyên liệu rơm rạ, trấu trên nền nhựa ABS
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xác định các thông số công nghệ tối ưu để sản xuất vật liệu composite từ nguồn rơm rạ và vỏ trấu kết hợp với nhựa ABS.
Để xây dựng quy trình sản xuất ván sàn composite hiệu quả, cần xác định các thông số công nghệ cụ thể Hai yếu tố công nghệ quan trọng cần tuyển chọn là đơn phối trộn, bao gồm vật liệu nền và vật liệu cốt, cùng với thông số kỹ thuật của thiết bị ép, bao gồm nhiệt độ và tốc độ vòng quay trục vít.
+ Cố định thông số kỹ thuật của thiết bị ép như: nhiệt độ khoang đốt; tốc độ quay trục vít.
+ Xây dựng ma trận công thức thí nghiệm theo đơn phối trộn đã trình tại bảng 1 (phần II)
Sản phẩm giai đoạn I, sẽ được kiểm tra độ bền cơ học và độ bền tự nhiên
+ Sử dụng đơn phối trộn đã tuyển chọn được ở giai đoạn I làm biến cố định.
+ Xây dựng ma trận công thức thí nghiệm theo đơn tuyển chọn nhiệt độ ép tại bảng 2 làm biến di động (phần II)
Sản phẩm giai đoạn II, sẽ được kiểm tra độ bền cơ học.
+ Sử dụng đơn phối trộn đã tuyển chọn được ở giai đoạn I làm biến cố định.
+ Sử dụng ma trận công thức thí nghiệm theo đơn tuyển chọn nhiệt độ ép ở giai đoạn II làm biến cố định.
+ Xây dựng ma trận công thức thí nghiệm theo đơn tuyển chọn tốc độ quay trục vít làm biến thay đổi.
Sản phẩm giai đoạn III, sẽ được kiểm tra độ bền cơ học.
3.5.1 Ảnh hưởng của đơn phối trộn đến độ bền vật liệu composite.
* Ảnh hưởng của đơn phối trộn đến độ bền tự nhiên của vật liệu
+ Kiểm tra độ bền tự nhiên của vật liệu composite đối với nấm mục.
Thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ 180°C và tốc độ quay trục vít 30 vòng/phút, trong đó tỷ lệ thành phần vật liệu cốt, vật liệu nền và chất tương hợp MAPE được điều chỉnh Kết quả đánh giá độ bền tự nhiên của vật liệu composite đối với nấm mục được trình bày trong bảng 4.
Bảng 4: Ảnh hưởng của đơn phối trộn đến trọng lượng và độ bền nấm mục
Côn g thức Độ giảm trọng lượng mẫu Độ giảm độ bền mẫu
Trọng lượng mẫu trước khảo nghiệm (g)
Trọng lượng mẫu sau khảo nghiệm (g)
Giảm trọng lượng mẫu trung bình (%) Độ bền mẫu trước khảo nghiệm (Mpa) Độ bền mẫu sau khảo nghiệm (Mpa)
Qua kết quả khảo nghiệm độ bền của vật liệu composite đối với nấm mục
Nghiên cứu cho thấy rằng 8 công thức khảo nghiệm composite không bị nấm mục tấn công, mặc dù bề mặt mẫu bị bao phủ bởi sợi nấm, nhưng không có sự phát triển của nấm mục Điều này chứng tỏ rằng tỷ lệ hao hụt mẫu gần như không xảy ra, cho thấy vật liệu composite có khả năng chống lại nấm mục ở mức tốt Độ bền va đập của composite bị ảnh hưởng bởi độ bền kết dính tại bề mặt tiếp xúc và sự thay đổi giữa nền polymer và sợi Nghiên cứu này khảo sát độ bền va đập của mẫu trước và sau khi tiếp xúc với môi trường nấm mục, nhằm chứng minh khả năng chống nấm mục của các mẫu composite với tỷ lệ vật liệu cấu thành khác nhau.
Bảng 4 cho thấy rằng, sau 12 tuần thử nghiệm trong môi trường nấm mục, độ bền va đập của các mẫu với tỷ lệ rơm rạ và trấu/nhựa khác nhau không bị ảnh hưởng.
Kiểm tra độ bền tự nhiên của vật liệu composite đối với mối.
Kết quả khảo nghiệm độ bền tự nhiên của vật liệu composite tại Viện nghiên cứu Công nghiệp rừng cho thấy, mẫu composite kích thước 150 × 30 × 10 (mm) không bị mối Comptotermes formosanus tấn công sau 1 tháng, trong khi mẫu gỗ bồ đề đối chứng bị tấn công trên 70% Điều này chứng minh rằng vật liệu composite có khả năng chống lại sự tấn công của mối.
* Ảnh hưởng của đơn phối trộn đến độ bền cơ học của vật liệu
Tạo mẫu composite theo tỷ lệ các thành phần trong bảng 1 phần II của phương pháp nghiên cứu Đối với mỗi công thức, tiến hành ép 3 tấm vật liệu composite để kiểm tra độ bền uốn, khả năng chịu va đập và độ bền lão hóa Tiêu chuẩn kiểm tra được áp dụng là ASTM D 790 – 03 cho độ bền uốn, ASTM 256 – 04 cho khả năng chịu va đập và các tiêu chuẩn khác liên quan đến tính lão hóa.
+ Kiểm tra độ bền uốn của vật liệu composite.
Kết quả kiểm tra độ bền uốn được thể hiện tại bảng 5.
Bảng 5 Ảnh hưởng của đơn phối trộn đến độ bền uốn của vật liệu. Công thức thử nghiệm
Các đại lượng Ứng suất uốn cực đại (Mpa) Độ giãn tại ứng suất uốn cực đại (%)
Theo bảng 5, công thức 1 với tỷ lệ trấu 70% đạt ứng suất uốn cực đại 37,69 MPa, trong khi công thức 2 với 70% rơm rạ có ứng suất uốn tăng 3,7% so với công thức 1 Nghiên cứu đã điều chỉnh tỷ lệ phối trộn giữa rơm rạ và trấu theo các công thức 5, 6, 7, 8 Kết quả cho thấy tỷ lệ rơm rạ cao mang lại ứng suất uốn lớn hơn so với trấu, do trong quá trình ép đùn 2 trục vít, bột rơm rạ bao bọc bột trấu và tạo ra liên kết mềm, từ đó nâng cao độ bền uốn.
+ Kiểm tra độ bền va đập của vật liệu composite.
Kết quả kiểm tra độ bền va đập được thể hiện tại bảng 6.
Bảng 6 Ảnh hưởng của đơn phối trộn đến độ bền va đập.
Stt CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 CT8 Độ bền va đập
Sự hiện diện của nhựa ABS trong công thức 4 đã cải thiện đáng kể khả năng chống va đập, với tỷ lệ rơm rạ 60%, nhựa ABS 37% và chất tương hợp MAPE 3%, mang lại khả năng chống va đập đạt 11513J/m², tăng khoảng 10% so với công thức 2 (70% rơm rạ, 27% nhựa ABS, 3% chất tương hợp) Khi so sánh với công thức 8, trong đó bột rơm rạ và bột trấu chiếm 30%, nhựa ABS 37% và chất tương hợp 3%, khả năng chịu va đập tăng 20% so với công thức 5 (40% bột rơm rạ, bột trấu) Kết quả cho thấy công thức 8 là tỷ lệ phối trộn tối ưu nhất để nâng cao tính chất của vật liệu composite.
3.5.2 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến độ bền vật liệu composite.
Kết quả đánh giá ảnh hưởng của đơn phối trộn đến độ bền của vật liệu cho thấy đề tài sử dụng đơn phối trộn với tỷ lệ thành phần theo công thức 8 Điều này nhằm phục vụ cho quá trình tuyển chọn nhiệt độ ép Như đã trình bày trong phần II của báo cáo, bảng 2 được xây dựng với nhiệt độ thay đổi từ 170 đến 190 độ C và tốc độ vòng quay trục vít là 30 vòng/phút.
+ Ảnh hưởng của nhiệt độ ép đến độ bền uốn và độ bền va đập.
Bảng 7: Ảnh hưởng của nhiệt độ ép đến độ bền uốn và độ bền va đập
Stt Nhiệt độ ép T 1 ( 0 C) ĐBU (MPa) ĐBVĐ (KJ/m 2 )
Theo bảng 7, độ bền uốn và độ bền va đập của vật liệu composite thay đổi rõ rệt theo nhiệt độ ép Khi nhiệt độ tăng từ 170°C đến 180°C, cả độ bền uốn và độ bền va đập đều tăng lên Tuy nhiên, khi nhiệt độ tiếp tục tăng từ 180°C đến 190°C, hai chỉ số này có xu hướng giảm Nguyên nhân có thể là do nhiệt độ quá cao làm cho các liên kết bên trong vật liệu composite trở nên giòn, dẫn đến giảm cường độ của vật liệu.
Kết quả kiểm tra độ bền uốn và độ bền va đập của vật liệu cho thấy rằng nhiệt độ ép đầu đùn tối ưu để sản xuất vật liệu composite là 180°C.
Tốc độ quay trục vít có ảnh hưởng đáng kể đến độ bền uốn và độ bền va đập của vật liệu composite được sản xuất bằng thiết bị ép đùn hai trục vít Áp suất ép sản phẩm phụ thuộc vào các yếu tố chính như kích thước miệng đùn và tốc độ quay trục vít Trong nghiên cứu này, tốc độ đùn được tính theo đơn vị thời gian Để xác định ảnh hưởng của tốc độ quay trục vít, nghiên cứu đã cố định nhiệt độ ép và đơn phối trộn dựa trên các kết quả đã được trình bày trong bảng 7 và bảng 5.
Kết quả kiểm tra ảnh hưởng của tốc độ quay trục vít đến độ bền uốn và độ bền va đập được thể hiện tại bảng 8.
Bảng 8 Ảnh hưởng của tốc độ quay trục vít đến độ bền uốn và độ bền va đập.
Stt Tốc độ quay trục vít
(vòng/phút) Độ bền uốn (MPa) Độ bền va đập
Trong phương pháp ép đùn, trục vít đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra áp lực ép cho sản phẩm Tốc độ quay của trục vít sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất ép, từ đó tác động đến các tính chất cơ học của sản phẩm, đặc biệt là độ bền uốn và độ bền va đập.
Kết quả từ bảng 8 chỉ ra rằng, khi tốc độ quay trục vít tăng, độ bền uốn và độ bền va đập của vật liệu cũng tăng theo Sự gia tăng tốc độ này dẫn đến việc nâng cao độ bền tổng thể của vật liệu.
41 cơ lý của vật liệu chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn tăng nhanh, và giai đoạn tăng chậm
Giai đoạn tăng nhanh (tốc quay từ 25 ÷ 30 vòng/phút) thì độ bền uốn và độ bền va đập tăng lên khá nhanh.
Quy trình công nghệ sản xuất vật liệu composite từ rơm rạ, trấu trên nền nhựa ABS 35 PHẦN IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Các quy định về thông số công nghệ trong sản xuất vật liệu composite từ bột rơm rạ và vỏ trấu kết hợp với nhựa ABS tạo ra ván lát sàn chất lượng cao, phù hợp cho cả ứng dụng trong và ngoài mái che, phục vụ hiệu quả cho ngành xây dựng.
2 Xuất xứ của quy trình công nghệ
Quy trình sản xuất vật liệu composite từ bột rơm rạ và vỏ trấu trên nền nhựa ABS là kết quả nghiên cứu của đề tài do Bộ Xây Dựng quản lý, nhằm phát triển công nghệ composite sử dụng trong xây dựng ngoài trời.
Thiết bị ép đùn (B3) Sản phẩm (B4)
Hệ thống làm mát (B5) Đóng gói (B6)
3 Tóm tắt nội dung của quy trình công nghệ sản xuất vật liệu composite từ bột rơm rạ, vỏ trấu trên nền nhựa ABS
3.1 Nội dung của quy trình công nghệ
Các bước công nghệ sản xuất vật liệu composite từ bột rơm rạ, vỏ trấu trên nền nhựa ABS.
Hình 10 Các bước công nghệ sản xuất vật liệu composite từ bột rơm rạ, vỏ trấu trên nền nhựa ABS.
Mô tả tóm tắt các bước công nghệ đối với rơm rạ:
Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu: tính cho đơn vị 100%
Sau khi xác định tỉ lệ các thành phần nguyên liệu, chúng sẽ được chuyển đến thiết bị trộn Nhiệm vụ của thiết bị này là đảm bảo nguyên liệu được trộn đều và đồng nhất trong thời gian 10 phút.
Bước 3: Thiết bị ép đùn
Cài đặt thông số kỹ thuật máy ép đùn:
- Tốc độ quay trục vít 30 vòng/phút
Kích thước sản phẩm composite được xác định bởi kích thước đầu đùn của máy ép đùn, trong khi sản phẩm từ máy ép đùn có nhiều hình dáng và kích thước đa dạng Nhóm thực hiện nghiên cứu nhằm tạo ra vật liệu composite theo kích thước mong muốn.
43 ván lát sàn: rộng × dày × dài (130 × 20 × 800)mm.
Bước 5: Sản phẩm sau khi qua máy ép đùn phải được đưa qua hệ thông làm mát bằng nước máy để ổn định kích thước
Bước 6 và bước 7: Sau khi vật liệu composite ổn định có thể đóng gói bằng quấn nilông hoặc bao bì cát tông và được xếp lưu kho.
Tất cả các cơ sở sản xuất vật liệu composite có đủ máy, thiết bị trên toàn quốc
3.3 Phạm vi/điều kiện ứng dụng
Quy trình này áp dụng cho tất cả doanh nghiệp vừa và nhỏ sở hữu thiết bị sản xuất vật liệu composite, với diện tích nhà xưởng và kho từ 1000m2 trở lên Nhà xưởng sản xuất cần được xây dựng kiên cố và phải có hệ thống phòng chống cháy nổ đạt tiêu chuẩn cho phép.
- Nguyên liệu: Rơm rạ, trấu
Các cơ sở sản xuất vật liệu composite cần được trang bị hệ thống thiết bị hiện đại, bao gồm thiết bị sấy liên tục cho rơm rạ và vỏ trấu Đặc biệt, trong quá trình sản xuất và bảo quản bột rơm rạ, trấu, việc tuân thủ các quy định về an toàn phòng chống cháy nổ là rất quan trọng.
Kết luận
Mặc dù diện tích đất nông nghiệp ở các tỉnh đã giảm so với những năm trước, cây lúa vẫn giữ vai trò chủ lực và được chăm sóc đặc biệt, nhờ đó sản lượng thóc vẫn đạt năng suất cao.
Sau mỗi vụ thu hoạch, phần lớn phế phụ phẩm từ cây lúa, như rơm rạ, thường bị người dân bỏ lại trên đồng ruộng Một số ít trong số đó được tận dụng làm phân bón hoặc thức ăn cho gia súc.
Tại các cơ sở xay sát thóc trấu, người dân thường không chú ý đến nguồn phế phụ từ cây lúa, dẫn đến việc tồn đọng một lượng lớn nguyên liệu Để khắc phục tình trạng này, đề tài nghiên cứu đã đạt được một số kết quả ban đầu đáng chú ý.
- Quy trình công nghệ, bảo quản bột rơm rạ, trấu làm nguyên liệu sản xuất vật liệu composite.
+ Với thông số nghệ chính như sau:
- Độ ẩm nguyên liệu rơm rạ trước khi gia công bột: 8%;
- Độ ẩm bột rơm rạ, trấu phù hợp để sản xuất vật liệu composite: 8%
- Vật dụng đóng gói và bảo quản bột rơm rạ, túi đựng 2 lớp (lớp ngoài bằng dứa, lớp trong nilông)
- Quy trình công nghệ sản xuất vật liệu composite từ rơm rạ, trấu trên nền nhựa ABS.
+ Đơn phối trộn: rơm rạ : trấu : nhựa ABS : chất tương hợp = 30 : 30 : 37 : 3 + Nhiệt độ ép: 180 0 C
+ Tốc độ quay trục vít: 30 vòng/phút.
- Độ bền của vật liệu composite đối với nấm mục, mối tốt.
- Độ bền uốn, độ bền va đập của vật liệu composite đáp ứng tiêu chuẩn làm vật liệu xây dựng.
Kiến nghị
Chủ nhiệm đề tài đề xuất với cơ quan quản lý xin phép triển khai dự án sản xuất thử nghiệm nhằm nhân rộng mô hình và quảng bá sản phẩm.