Đề tài Nghiên cứu thiết kế và chế tạo dây chuyền sản xuất tấm lợp không sử dụng amiăng

e trong công nghiệp xây dựng rất cao. Tuy nhiên, cũng nh− các sợi hữu cơ khác, độ bền của sợi cellulose suy giảm nhanh trong môi tr−ờng có độ kiềm cao của ma trận ximăng. Để phát huy hiệu quả của sợi cellulose, nhiều nghiên cứu đã đ−ợc tiến hành nhằm ngăn chặn và giảm thiểu quá trình phân hủy sợi cellulose trong ma trận ximăng. Cải tiến ma trận ximăng nhằm giảm bớt tính kiềm bằng cách thay thế một phần ximăng bởi các phụ gia pozzolan khác nh− silica fume, xỉ lò cao, tro bay... là một trong các h−ớng có nhiều triển vọng. Việt Nam có nguồn nguyên liệu phong phú về gỗ cứng, gỗ mềm, tre nứa... vì thế việc sử dụng sợi cellulose nh− là vật liệu thay thế một phần cho sợi amiăng trong công nghiệp sản xuất tấm lợp là h−ớng đi có tính thực tế cao. Trong công nghệ Hatschek, ngoài vai trò là chất trợ lọc cho quá trình xeo, với độ bền kéo và mô đun đàn hồi cao, sợi cellulose cũng có ý nghĩa nh− vật liệu gia c−ờng, đặc biệt trong việc cải tiến tính giòn của ma trận nền ximăng. Trên thực tế sợi cellulose đã và đang đ−ợc nhiều n−ớc trên thế giới sử dụng trong công nghiệp sản xuất tấm lợp gợn sóng. 2.4.2. Nguồn sợi cellulose Theo [11], sợi cellulose có thể nhận đ−ợc từ một số cây điển hình sau: Lanh: là loại thực vật tìm thấy nhiều trên thế giới với cả sản phẩm sợi và dầu. Sợi lanh đ−ợc sử dụng rộng rãi để làm giấy tiền, bản đồ, giấy lọc, giấy cuốn thuốc lá. Tem th− cũng đ−ợc làm từ loại giấy này. Gai dầu: chủ yếu đ−ợc sử dụng trong công nghiệp dệt, bện thừng và giấy cuốn thuốc lá. Bã mía: th−ờng đ−ợc sử dụng cho công nghiệp giấy. Nhìn chung chỉ khoảng 5-6% sản l−ợng bã mía đ−ợc sử dụng cho mục đích này. Phần còn lại đ−ợc sử dụng để đốt thu hồi nhiệt cho nhà máy đ−ờng. Tre nứa: là loại thực vật nhiệt đới bao gồm hàng trăm loài, mọc chủ yếu tại các quốc gia Nam châu á. Sợi tre nứa th−ờng đ−ợc sử dụng cho công nghiệp bột giấy cũng nh− các sản phẩm mỹ nghệ hoặc dân dụng. KC.06.15 48 Đay: là loài cây bụi thuộc họ thực vật Tiliacea đ−ợc tìm thấy tại các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Nguồn nguyên liệu chính cung cấp cho thị tr−ờng thế giới từ Bănglađét, nơi sản xuất trên 80%. Một l−ợng nhỏ đ−ợc trồng tại Trung Quốc, Myanma, Brasil, Nepan, Thái lan và Việt Nam. Dó: là loại cây nhiệt đới, đ−ợc sử dụng chủ yếu bởi vỏ của chúng. Các n−ớc có nguồn nguyên liệu này bao gồm: ấn độ, Trung Quốc, Nga, Iran, Nigeria, Thái Lan, Việt Nam. Cây dó chủ yếu có hai loại sợi, thu nhận đ−ợc từ vỏ và thân. Phần vỏ cho nhiều sợi dài, trong khi đó phần thân chủ yếu cho sợi ngắn. Sisal: phân bố chủ yếu tại châu Phi, trung và nam Mỹ. Sợi sisal thu nhận đ−ợc từ phần lá của cây Sisal. Cỏ bàng: thuộc họ Cyperacaea có tên khoa học là Lepironia articulata, chúng mọc nhiều tại miền Nam Việt Nam, nó có thể cao tới 1,5m với đ−ờng kính khoảng 4-5mm. Ng−ời dân chủ yếu sử dụng chúng để làm chiếu, túi sách hay mũ. ở Việt Nam, cỏ Bàng phát triển mạnh tại tỉnh Long An, diện tích có thể lên tới 70.000 ha, chiếm tới 18% diện tích toàn tỉnh. Sản l−ợng khai thác cao, khoảng 20 T/ha/năm (trong khi gỗ Bạch đàn chỉ khoảng 7- 8 T/ha/năm). 2.4.3. Khả năng sử dụng sợi cellulose trong sản xuất tấm lợp Thành phần cơ bản của tấm lợp ximăng gia c−ờng bởi cellulose gồm: sợi cellulose và ximăng. Trong một số tr−ờng hợp, chất độn nh− silica fume đ−ợc thêm vào để giảm tính thấm, cải thiện liên kết giữa xơ sợi và ma trận, đồng thời cải thiện tuổi thọ của sợi. Phụ thuộc vào quá trình sản xuất, hàm l−ợng sợi có thể dao động từ 1-12% tính theo khối l−ợng [6]. Tỷ lệ phối trộn phụ thuộc vào công nghệ sản suất. Trong quá trình trộn lẫn sơ bộ, l−ợng xơ sợi đ−ợc kiểm soát nhờ hiệu quả khuấy trộn. Hàm l−ợng xơ sợi th−ờng giới hạn trong khoảng 2%. Trong quá trình khuấy trộn sơ bộ, hỗn hợp sợi cellulose đ−ợc tạo thành dạng vữa nh− vữa ximăng sử dụng trong công nghiệp xây dựng. Nh− đã nêu trên đây, tỷ lệ khối l−ợng xơ sợi có thể sử dụng trong giới hạn khoảng 2%. Tỷ lệ n−ớc-ximăng vào khoảng 40% đủ cho việc khuyếch tán sợi và ximăng thuỷ hóa. L−ợng n−ớc nhiều hơn có thể cải thiện độ linh động của vữa −ớt nh−ng có thể làm giảm một số tính chất cơ lý của sản phẩm. KC.06.15 49 Hình 2.7: Độ bền uốn và độ cứng của vật liệu ximăng sợi gia c−ờng (nguồn: McGraw.Hill Inc., [8]) KC.06.15 50 Hình 2.8: Độ bền va đập của vật liệu ximăng sợi gia c−ờng (nguồn: McGraw.Hill Inc., [8]) Tính chất của vật liệu ximăng gia c−ờng bằng sợi thiên nhiên phụ thuộc vào loại sợi cũng nh− tỉ lệ sợi gia c−ờng. Hình 2.7 và 2.8 minh họa độ bền uốn và độ dai va đập của vật liệu tổ hợp nền ximăng gia c−ờng bằng một số sợi thiên nhiên. Nh− ta thấy từ hình 2.7 và 2.8, sự có mặt của sợi gỗ làm tăng đáng kể cơ lý tính của vật liệu tổ hợp, đặc biệt là độ bền va đập và độ bền uốn. Cơ lý tính của vật liệu ximăng gia c−ờng bằng sợi gỗ sẽ tăng cao hơn khi tăng tỷ lệ sợi và độ dài sợi. Đặc điểm này dẫn tới kết luận rằng trong KC.06.15 51 công nghệ sản xuất vật liệu ximăng gia c−ờng sợi cần xác định đ−ợc tỷ lệ sợi tối −u đ−a vào trong ma trận ximăng, vì tỷ lệ sợi cao sẽ gây ra hiện t−ợng vón cục của sợi (hiện t−ợng balling). Tuy nhiên, bên cạnh việc cải thiện các tính chất cơ học của vật liệu ximăng nhờ việc gia c−ờng bằng sợi tự nhiên, độ bền theo thời gian của sợi tự nhiên trong môi tr−ờng kiềm của ma trận ximăng là vấn đề cần đ−ợc quan tâm nghiên cứu. Nhiều nghiên cứu đã chứng tỏ rằng, các chu trình −ớt và khô làm giảm đáng kể tính dễ uốn của sợi và do vậy giảm độ dai của vật liệu tổ hợp. Một số nghiên cứu cho rằng sợi cellulose trở nên khoáng hoá khi hợp chất vôi đi vào trong ống sợi (ống bên trong của sợi) và khi không gian ống của sợi bị đổ đầy thì sợi trở nên giòn. Sợi giòn làm giảm khả năng phân bố, ứng suất xuất hiện và do vậy giảm độ dai và độ bền sau rạn nứt. Hiện tại ch−a có giải pháp triệt để nào để có thể đảm bảo đ−ợc tuổi thọ sợi thiên nhiên trong môi tr−ờng kiềm (n−ớc ximăng). Một số n−ớc tiên tiến sử dụng ph−ơng pháp phủ sợi bằng một loại polyme. Ph−ơng pháp này khá hữu hiệu, nh−ng giá thành cao nên ít đ−ợc áp dụng trong thực tế. Tuy nhiên, sử dụng sợi cellulose với hàm l−ợng thấp và lai tạo với các sợi tổng hợp khác là một trong các giải pháp thực tế trong việc sản xuất tấm lợp không amiăng theo công nghệ xeo cán. Với hàm l−ợng nhỏ, độ bền của vật liệu tổ hợp ít bị suy giảm theo thời gian, ngay cả khi sợi cellulose bị phá hủy trong môi tr−ờng kiềm. 2.5. phụ gia và CHấT PHụ TRợ 2.5.1. Vai trò của phụ gia và nguyên lý sử dụng Trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và tấm lợp nói riêng phụ gia và các chất phụ trợ không phải là thành phần chính nh− ximăng nh−ng đóng vai trò quan trọng, nhiều khi không thể thiếu. ở nhiều n−ớc, đặc biệt là V−ơng quốc Anh, khuynh h−ớng sử dụng phụ gia trong công nghiệp xây dựng ngày càng tăng. Lý do chính của việc sử dụng phụ gia và chất phụ trợ là khả năng cải thiện các tính chất cơ lý của sản phẩm cũng nh− giúp cho công nghệ sản xuất đ−ợc thuận tiện hơn. Ngoài ra tính kinh tế cũng là yếu tố quan trọng của việc sử dụng phụ gia. Việc sử dụng phụ gia và chất phụ trợ đòi hỏi trình độ hiểu biết chuyên môn sâu. Nh− nhấn mạnh trong [24], việc sử dụng đúng cách và đúng tỷ lệ phụ gia và các chất phụ trợ đem lại lợi ích kinh tế và làm tăng các tính chất cơ lý của sản phẩm ximăng-sợi, nh−ng hiệu quả này không còn nếu sử dụng phụ gia kém chất l−ợng hoặc sử dụng không đúng KC.06.15 52 cách. Trên thực tế, phụ gia và chất phụ trợ chứa các thành phần hữu cơ hoặc vô cơ đ−ợc dùng với tỷ lệ không quá 10% so với khối l−ợng ximăng. Với các tính chất hóa-lý −u việt của xơ sợi amiăng nh− trình bày trong mục 2.1, việc sử dụng phụ gia và chất phụ trợ không đóng vai trò quan trọng, thậm chí không cần thiết trong công nghệ sản xuất tấm lợp ximăng amiăng theo ph−ơng pháp xeo cán. Sợi amiăng với tính chất cơ lý vốn có và với tỷ trọng trong khoảng 2,2 tới 3,4 g/cm3 dễ dàng lơ lửng và phân tán đều trong dung dịch huyền phù ximăng-n−ớc. Thêm vào đó, với cấu trúc búi của mình và việc hình thành các ion khi tr−ơng nở trong môi tr−ờng kiềm, các sợi amiăng tạo ra một môi tr−ờng thuận lợi cho các hạt ximăng bám vào. Kết quả là việc xeo các chất rắn từ huyền phù n−ớc-ximăng-amiăng đ−ợc thực hiện dễ dàng và các sản phẩm ximăng-amiăng có các tính chất cơ lý rất cao. Khi sử dụng sợi polyme, chẳng hạn sợi PVA, để thay thế sợi amiăng trong công nghệ xeo cán ta gặp rất nhiều khó khăn. Sợi PVA không có dạng búi, không tr−ơng nở trong n−ớc và có tỷ trọng thấp nên rất khó phân bố đều trong dung dịch n−ớc-ximăng. Thêm vào đó, với bề mặt trơn tru, các hạt ximăng rất khó bám vào sợi PVA. Hậu quả là hiệu suất xeo rất thấp và sản phẩm khó đạt đ−ợc các tiêu chuẩn cơ lý cần thiết. Để khắc phục các khó khăn trên khi sản xuất tấm lợp xi măng không amiăng, bên cạnh các giải pháp cơ học nhằm xử lý xơ sợi, các chất phụ gia và chất phụ trợ thích hợp cũng th−ờng đ−ợc sử dụng nhằm tăng khả năng phân tán của sợi và độ bám dính của chúng với ma trận ximăng. Nh− vậy, trong việc sản xuất tấm lợp không amiăng theo công nghệ xeo cán phụ gia đ−ợc đ−a vào nhằm hai mục đích chính: (1) cải thiện tính chất của huyền phù nhằm trợ giúp cho quá trình xeo và nâng cao hiệu suất xeo; (2) nâng cao độ bền cơ lý của sản phẩm thông qua việc cải tiến độ bám dính của sợi PVA với ma trận và độ bền của chính ma trận. Để đạt mục đích thứ nhất, một số phụ gia và chất phụ trợ đ−ợc đ−a vào nhằm làm chậm quá trình phân ly giữa pha lỏng và pha rắn của dung dịch huyền phù n−ớc-ximăng- sợi polyme. Quá trình phân ly sẽ diễn ra chậm hơn khi huyền phù có độ nhớt cao hơn. Nh− vậy, các hợp chất hữu cơ có khả năng hòa tan trong n−ớc hoặc khả năng thấm n−ớc cao mà không ảnh h−ởng tới độ bền của sợi cũng nh− quá trình thủy hóa của xi măng có thể đ−ợc sử dụng cho mục đích này. Chẳng hạn, bột giấy có tính thấm cao và khả năng phân tán tốt trong n−ớc, ngoài khả năng gia c−ờng còn rất tốt trong việc làm tăng độ nhớt của huyền phù cũng nh− việc giữ cho các sợi polyme đ−ợc lơ lửng trong n−ớc lâu KC.06.15 53 hơn. Một số hợp chất khác nh− bentonite hay sepiolit có khả năng làm tăng độ nhớt cho chất lỏng cũng có thể sử dụng để trợ giúp cho quá trình xeo cán. Hình 2.9: Cấu trúc vi mô của vật liệu tổ hợp nền ximăng gia c−ờng sợi không có và có sử dụng silica fume (Nguồn www.fibrecement.elkem.com) Để tăng c−ờng độ bám dính giữa sợi và ma trân xi măng, việc sử dụng các phụ gia pozzolan cho ximăng có độ mịn cao nh− silica fume hoặc xỉ lò cao (slag - sản phẩm phụ của công nghệ luyện thép) đem lại hiệu quả cao hơn cả. Theo nghiên cứu của Elkem [25] - một trong các công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực phụ gia ximăng, độ bền uốn của vật liệu xi măng gia c−ờng sợi có thể tăng tới 40% khi sử dụng silica fume, tùy theo hàm l−ợng của cấp phối. Cơ chế tăng độ bền khi sử dụng silica fume đ−ợc giải thích bằng việc tăng mật độ của ma trận ximăng nh− minh họa trên Hình 2.9. Khi không sử dụng silica fume, sau quá trình thủy hóa ngoài các tinh thể xi măng, và hyđroxide calcium, ma trận xi măng còn chứa vô số các lỗ rỗng, hình thành chủ yếu do sự bay hơi của n−ớc. Quá trình phá hủy của vật liệu phát sinh từ các vết nứt, lỗ rỗng vốn tiềm ẩn trong vật liệu và vì thế các lỗ rỗng nói trên là lý do chính giải thích vì sao độ bền cơ học của vật liệu nền xi măng th−ờng thấp hơn các vật liệu khác. Các lỗ rỗng cũng là nguyên nhân chính của sự kém bám dính giữa sợi và ma trận của vật liệu tổ hợp nền xi măng gia c−ờng sợi. Sử dụng silica fume với tỷ lệ thích hợp, hàm l−ợng lỗ rỗng trong vật liệu nền xi măng giảm rõ rệt. Với độ mịn cực cao (kích th−ớc hạt silica fume chỉ chừng 0,15 micron), các hạt silica fume len lỏi vào các lỗ rỗng của vật liệu nền xi măng và với bản chất pozzolan, sau quá trình thủy hóa silica fume hình thành các tinh thể lấp đầy lỗ rỗng KC.06.15 54 trong ma trận xi măng cũng nh− các lỗ rỗng giữa bề mặt sợi và ma trận (Hình 2.9). Hiệu quả là, ngoài việc giảm hàm l−ợng lỗ rỗng, kích th−ớc của lỗ rỗng cũng giảm đáng kể. Vật liệu xi măng gia c−ờng sợi sử dụng silica fume, vì thế có độ bền cơ lý cao hơn nhiều so với vật liệu không sử dụng silica fume. Nh− vậy việc sử dụng silica fume là một trong các giải pháp hữu hiệu để nâng cao độ bền của vật liệu tổ hợp nền xi măng nói chung và đặc biệt sản phẩm tấm lợp gia c−ờng bằng sợi PVA nói riêng. 2.5.2. Silica fume Silica fume là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất silicon và hợp kim ferrosilicon. Silica fume còn đ−ợc biết đến d−ới tên microsilica hoặc condensed silica fume. Thành phần chính của silica fume là dioxide silic (SiO2) có dạng amophos "liên kết ch−a hoàn chỉnh". Một trong các −u điểm của silica fume là do kích th−ớc các phần tử siêu nhỏ (khoảng 1/100 kích th−ớc hạt ximăng) nên chúng có thể len lỏi vào giữa các hạt ximăng và sợi gia c−ờng. Sản phẩm sử dụng silica fume có độ chặt cao và độ bền tốt hơn. Đề tài sử dụng silica fume với mục đích chính là cải tiến độ bám dính vốn khá yếu giữa sợi PVA và ma trận ximăng, và vì thế làm tăng độ bền cơ học cũng nh− tuổi thọ của sản phẩm. Việt Nam có một số cơ sở cung cấp silica fume, tuy nhiên các đặc tính của sản phẩm khá khác nhau. Việc nghiên cứu ảnh h−ởng của silica fume tới tấm lợp và công nghệ Hatschek hiện đang đ−ợc tiếp tục tiến hành. Nh− trình bày trên, sự khác nhau trong cấu trúc của vật liệu xi măng gia c−ờng sợi không sử dụng silica fume và có sử dụng silica fume (Hình 2.9) dẫn tới sự thay đổi các đặc tr−ng cơ lý của vật liệu. Độ bám dính giữa ma trận và sợi đ−ợc cải tiến đáng kể với sự có mặt của silica fume, và kết quả của điều đó là viêc tăng độ bền uốn, nén và độ dai va đập của vật liệu. Bảng 2.6 liệt kê một số tính chất điển hình của silica fume, Hình 2.10 minh họa ảnh hiển vi điện tử và ảnh dạng bột khô của silica fume. Bảng 2.6: Tính chất điển hình của silica fume TT Thông số kỹ thuật Giá trị trung bình 1 Đ−ờng kính hạt 0.03-0.3 àm 2 Độ mịn (diện tích bề mặt theo ph−ơng pháp Blaine) ≈20 000 m2/kg 3 Trọng l−ợng riêng 2.20 4 Trọng l−ợng khối 200-300 kg/ m3 KC.06.15 55 Hình 2.10: ảnh hiển vi điện tử và dạng bột khô của silica fume (Nguồn: www.silicafume.org) 2.5.3. Bột giấy (bột cellulose) Việc sử dụng bột giấy trong các sản phẩm xây dựng đã đ−ợc biết tới từ lâu. Tuy nhiên, do tính thấm n−ớc cao và khả năng bám dính vào ma trận ximăng thấp của bột giấy nên độ bền cơ học của sản phẩm suy giảm nhanh trong môi tr−ờng có độ ẩm cao, chính vì vậy việc sử dụng bột giấy cần thận trọng và chỉ nên dùng với liều l−ợng nhỏ. Bột giấy sử dụng trong đề tài nhằm mục đích chính là tải các hạt ximăng lên lô l−ới, cải thiện tính chất của huyền phù, giúp cho các sợi tổng hợp phân tán tốt hơn trong môi tr−ờng n−ớc-ximăng. Thông th−ờng bột giấy nguyên liệu có độ nghiền rất thấp, chỉ đạt 15-20 SR. Độ nghiền của bột giấy sử dụng trong công nghệ xeo cán phải đạt 65 SR hoặc 125 CF. Độ nghiền này có đ−ợc bằng cách đánh rã, nghiền bột giấy thô qua máy nghiền tinh hai đĩa nhiều lân tr−ớc khi đ−a vào công đoạn phối trộn. Bột giấy hiện dùng có xuất xứ từ Inđônêxia với các thông số kỹ thuật cho trong bảng 2.7. Bảng 2.7. Thông số kỹ thuật của bột giấy TT Tên thông số kỹ thuật Giá trị trung bình 1 Độ mịn, SR 20 2 Trọng l−ợng riêng 1,33 2.5.4. Bentonite Một trong các ứng dụng chủ yếu của Bentonite trong công nghiệp vật liệu xây dựng là làm chất chống thấm. Việc sử dụng Bentonite trong sản xuất tấm lợp bằng công nghệ xeo cán nhằm mục đích chính là cải thiện tính công nghệ, làm tăng độ nhớt của dung dịch huyền phù và chống phân lớp sản phẩm. Bentonite tồn tại trong tự nhiên, có ở nhiều KC.06.15 56 n−ớc và giá thành rẻ. Việt Nam là một trong các n−ớc có nguồn bentonite lớn và phụ gia bentonite dùng trong Đề tài là sản phẩm của Công ty hóa dầu Việt Nam (DMC), loại Montmorillonit Al2O3.4SiO2.H2O. Các tính chất của bentonite đ−ợc cho trong bảng 2.8. Bảng 2.8: Tính chất của bentonite [27] TT Tên thông số kỹ thuật Giá trị trung bình 1 Cỡ hạt 75 àm 2 Hàm l−ợng Montmorillonit 70 – 80% 3 Chỉ số tr−ơng nở của bentonite Na Sl = 18 – 50 mc 4 Độ PH ≥ 8,5 – 9,0 5 Trọng l−ợng riêng 2,5 Phụ gia Bentonite đ−a vào sản phẩm tấm lợp không amiăng nhằm các mục đích: - Cải thiện tính công nghệ của huyền phù: do bentonit có cấu trúc tầng, trong các tầng có các trung tâm ion Si4 +, Al3 +, Mg2 + có khả năng trao đổi ion với môi tr−ờng trong những điều kiện nhất định. Bentonite là phụ gia làm tăng thời gian lơ lửng của sợi và các hạt chất rắn trong huyền phù. - Do có tính tr−ơng nở tốt, bentonite giúp chống tách lớp cho các sản phẩm xeo cán. - Làm dẻo các tấm lăc −ớt để dễ dàng cho khâu tạo hình sản phẩm. Do bentonite làm giảm c−ờng độ của sản phẩm nên cần kiểm soát l−ợng đ−a vào. 2.5.5. Keo PVA - Polivinyl Acetat Là dạng keo tan trong n−ớc, th−ờng đ−ợc sử dụng làm chất ổn định dung dịch huyền phù hoặc chất kết dính trong nhiều ngành công nghiệp nh−: xây dựng, đúc, công nghiệp nhẹ... Keo PVA là dạng keo tổng hợp dễ sử dụng, giá thành t−ơng đối rẻ nên đang đ−ợc −a chuộng trên thị tr−ờng. - N−ớc sản xuất Đài Loan - Công thức hoá học : - (CH2CH)n - OCO-CH3 2.5.6. Sepiolit - Công thức hoá học: Mg4Si6O15(OH)2. 6H2O - Tỷ trọng: 2,0 g/cm3 KC.06.15 57 Sepiolit cũng là một loại khoáng có mầu trắng xám, trắng sắc vàng hoặc xám. Về cấu trúc sepiolit có dạng tinh thể không phảng, liên kết thành sợi, xốp, thành phần hoá học gần giống với amiăng trắng. Trong dung dịch huyền phù sepiolit đóng vai trò là chất trợ giúp ổn định dung dịch. Do có cấu trúc dạng sợi xốp, lại có các ion Si4+, Mg2+ ở mạng tinh thể nên sepiolit sẽ cùng với sợi PVA, bột giấy hút các hạt ximăng tạo nên màng vật liệu đơn vững chắc trên lô l−ới trong công đoạn xeo cán. 2.5.7. Wolastonit - Công thức hoá học: CaO.SiO2 - Tỷ trọng xấp xỉ 2,8-2,9 (trung bình của các khoáng vật mờ) Tỷ lệ trong thực tế của 2 loại oxyd là: Cao= 47%, SiO2= 50,0%, còn lại là tạp chất. Wolastonit có màu sắc điển hình nhất là màu trắng, có thể không màu hoặc mầu xám; có ánh thủy tinh hoặc mờ đục nh− ngọc trai ở bề mặt tách ra. Wolastonit có cấu trúc tinh thể 3 trục giao nhau tạo thành góc tù, có các trung tâm ion Si4+, Ca2+ giống nh− ở cấu trúc của xi măng. Đặc tính tinh thể: bao gồm rất ít tinh thể phẳng dạng phiến, th−ờng là các tinh thể có dạng lá mỏng liên kết thành dạng khối và kết tập sợi. Wolastonit cứng giòn, dễ vỡ thành các mảnh vụn to nhỏ không đều nhau. Wolastonit dễ hòa tan trong axit clohydric (HCl). Trong dung dịch huyền phù Wolastonit là chất phụ gia làm ổn định dung dịch, tăng độ dính kết của sợi với ximăng. 2.5.8. Chất kết bông Flocculant Flocculant là nhóm sản phẩm của hãng Cytec - nhà sản xuất toàn cầu về các loại polyme sử dụng trong các quá trình xử lý n−ớc và n−ớc thải công nghiệp, gạn lọc nguyên liệu bột giấy cũng nh− n−ớc thải đô thị. Hãng Cytec đã cho ra đời những sản phẩm polyme thế hệ mới: kation và anion polime trên nền polyme acrila amid có tỷ lệ tích điện khoảng 30%, ứng dụng thực tế trong quá trình xử lý n−ớc thải đã chứng tỏ đ−ợc những tiến bộ v−ợt bậc và đem lại hiệu quả kinh tế. Flocculant tan hoàn toàn trong n−ớc. Trong dung dịch huyền phù chúng có khả năng thu gom, kết bông các phần tử chất rắn lơ lửng có những kích th−ớc siêu nhỏ. Đây là một tính chất vô cùng quan trọng của vai trò chất trợ lọc trong công nghệ xeo cán, cũng nh− trong công nghệ lọc nguyên liệu bột giấy. ở Nhật Bản, các nhà sản xuất th−ờng sử dụng Flocculant anionic có th−ơng hiệu IK-floc do hãng Nippon Giken sản xuất. KC.06.15 58 2.6. một số thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đối với hệ vật liệu đ∙ chọn và phụ gia. Chất l−ợng, giá thành và đặc tính công nghệ (tính dễ sản xuất theo ph−ơng pháp xeo) của tấm lợp phụ thuộc rất nhiều vào tỷ lệ phối liệu giữa các thành phần tham gia, đặc biệt là tỷ lệ của sợi gia c−ờng PVA cũng nh− ph−ơng pháp phân tán sợi PVA trong sản phẩm. Bên cạnh đó, chất phụ gia và chất phụ trợ cũng ảnh h−ởng không nhỏ đến chất l−ợng và giá thành sản phẩm. Do trong quá trình sản xuất tấm lợp có nhiều yếu tố rất khó xác định có ảnh h−ởng đến chất l−ợng sản phẩm nên tỷ lệ phối liệu chủ yếu phải xác định bằng con đ−ờng thực nghiệm. Các thực nghiệm trên dây chuyền công nghiệp rất tốn kém và khó kiểm soát nếu không có cấp phối định h−ớng tr−ớc do đó đã tiến hành thử nghiệm một số cấp phối định h−ớng trong điều kiện phòng thí nghiệm với mục đích tiết kiệm kinh phí thực nghiệm và kiểm soát tốt hơn các tham số công nghệ, đặc biệt là cấp phối. Nội dung chính của các thực nghiệm này nh− sau: - Sử dụng thiết bị khuấy trộn phù hợp để tạo các dạng huyền phù theo các cấp phối khác nhau. - Quan sát độ lắng của huyền phù amiăng ximăng với cấp phối điển hình để làm mẫu chuẩn cho huyền phù thay thế. - Quan sát độ lắng của huyền phù có chất thay thế amiăng và các loại phụ gia khác nhau để tìm ra cấp phối tốt nhất định h−ớng cho cấp phối sẽ tiến hành thực nghiệm trên dây chuyền công nghiệp. Trong quá trình thực nghiệm, nhóm đề tài đã tiến hành nhiều đợt thí nghiệm (trong phòng thí nghiệm) với khoảng 300 cấp phối khác nhau. Một số cấp phối điển hình đảm bảo đ−ợc các điều kiện công nghệ và giá thành sản phẩm sẽ đ−ợc trình bày d−ới đây. 2.6.1. Nguyên vật liệu • Ximăng PC-30: Sử dụng ximăng Pooclăng PC-30 trong n−ớcsản xuất. Ximăng PC-30 thỏa mãn các yêu cầu của Tiêu chuẩn Việt nam, với ác thành phần chính sau: - Tricanxi silicat (3 CaO.SiO2) chiếm khoảng 60% - Đicanxi si licat (2 CaO.SiO2) chiếm khoảng 12% - Tricanxi aluminat (3 CaO.Al2O3) chiếm khoảng 12% KC.06.15 59 - 4CaO.Al2O3.Fe2O3 chiếm khoảng 11% - CaSO4.H2O ≤ 5% Bảng 2.9 liệt kê các thông số cơ bản của ximăng Pooclăng PC-30 dùng trong thí nghiệm. Bảng 2.9: Các thông số cơ bản của ximăng Pooclăng PC-30 TT Tên thông số kỹ thuật Giá trị trung bình 1 C−ờng lực nén, N/mm2 - Sau sản xuất 3 ngày - Sau sản xuất 28 ngày 16 30 2 Độ ngậm n−ớc, % 26 - 28 3 Thời gian bắt đầu liên kết, giờ ≥ 1 4 Thời gian kết thúc liên kết, giờ ≤ 4 5 Độ mịn (diện tích bề mặt theo ph−ơng pháp Blame) 3.000 (m2/kg) • Sợi PVA – Polyvinyl alcohol : Sợi PVA dùng trong thí nghiệm do Trung quốc sản xuất. Các tính chất cơ lý của sợi đ−ợc liệt kê trong bảng 2.10. Bảng 2.10: Thông số kỹ thuật của sợi PVA TT Tên thông số kỹ thuật Giá trị trung bình 1 Độ dài sợi, mm (cắt theo yêu cầu) 6 2 Chỉ số sợi, dtex 2,0 ± 0,25 3 Độ bền, CN/dtex ≥ 11 4 Mô đun (0,1- 0,4%), CN/dtex 280 5 Độ dãn sợi, % 2 - 8 2.6.2. Quy trình thí nghiệm Thiết bị khuấy trộn (hình 2.11) bao gồm động cơ một chiều công suất 0,5KW có gắn chiết áp điều chỉnh tốc độ từ 0 – 1000 v/ph. Trục khuấy có gắn cánh khuấy đ−ợc thiết kế phù hợp với dung dịch nhiều thành phần và bình chứa. Sử dụng bình chứa trong suốt để có thể quan sát huyền phù trong và sau quá trình khuấy. Ngoài ra còn sử dụng các thiết bị phụ trợ khác bao gồm: - Cân cơ khí có độ chính xác tới 0,1 gr. KC.06.15 60 - Máy nghiền bột giấy loại nhỏ (dùng trong phòng thí nghiệm). - Dụng cụ đong dung tích chất lỏng. Các thí nghiệm đ−ợc tiến hành tại Phòng thí nghiệm thuộ X−ởng cơ khí, Viện Công nghệ. Nhiệt độ phòng thí nghiệm trong khoảng 28-35oC, độ ẩm t−ơng đối khoảng 80%. thí nghiệm 1 Nội dung: chuẩn bị pha 2 dung dịch N1 N2, đo đối chứng tốc độ lắng, độ cao h của lớp huyền phù 2 dung dịch pha đ−ợc. Cấp phối của dung dịch N1 N2 theo bảng 2.11. Dung dịch N1: Chuẩn bị: + Cân thành phần chất rắn theo nh− trong bảng 15 đã tính toán. + Đong 1lít n−ớc, cho 10 g ximăng vào cốc khuấy đều, đo độ PH của dung dịch = 9,5 Quá trình khuấy trộn: + Đổ dung dịch đã chuẩn bị vào bình khuấy, cho 22,3g amiăng vào, bật máy khuấy đánh đều trong 10 phút. + Thêm 0,3 l n−ớc vào tiếp tục bật máy khuấy đánh trong 10 phút nữa đến khi sợi amiăng trong n−ớc tạo thành huyền phù là đ−ợc. + Đổ 202,7g ximăng khô vào, đánh đều trong 10phút, thêm n−ớc cho đủ 1,5 l. Hình 2.11: Thiết bị khuấy trộn trong phòng thí nghiệm (nguồn: L−u trữ Viện Công nghệ) KC.06.15 61 Bảng 2.11: Tỷ trọng nguyên liệu phối trộn N1 và N2 Tỷ lệ thành phần chất rắn Tỷ lệ chất rắn TT Tên nguyên liệu Dung dịch N1 Dung dịch N2 (pha cho 1,5l) Ghi chú (g) %KL (g) %KL dd N1 dd N2 1 Ximăng Bút sơn 100,0 90,09 100,0 91,33 202,7 205,50 2 Cellulose - - 4,5 4,11 - 9,24 3 Sợi PVA - - 1,0 0,91 - 2,04 4 Sợi amiăng 11,0 9,91 - - 22,3 - 5 Bentonite - - 4,0 3,65 - 8,22 Tổng cộng 111,0 100,00 109,5 100,00 225,0 225,00 Nhận xét: + Lớp huyền phù ximăng-amiăng lắng chậm, là một khối đồng nhất. + Sau 10 phút đo độ cao lớp huyền phù h= 34 mm + Phần n−ớc ở trên lớp huyền phù đục. Dung dịch N1 đ−ợc coi là mẫu “chuẩn” cho các dung dịch không sử dụng amiăng. Dung dịch N2: Chuẩn bị: Cân các thành phần chất rắn nh− trong bảng 2.1. Cellulose đ−ợc ngâm n−ớc và nghiền tr−ớc đạt độ nghiền yêu cầu, tạo thành dung dịch có thể tích ∼ 1lít.