Luận văn Composite nhựa nền Polypropylene gia cường bằng sợi xơ dừa

dài tối ña: 5% ðo và nhập vào giá trị chiều dày, chiều rộng của mẫu và khoảng cách giữa hai gối ñỡ. ðặt mẫu lên hai gối ñỡ sao cho trục tác dụng lực nằm ngay trung ñiểm của mẫu. Bắt ñầu ño mẫu, theo dõi ñồ thị trên màn hình. Phép ño kết thúc khi mẫu bị phá huỷ hoặc ñộ giãn dài ñạt 5%. Lặp lại thí nghiệm cho các mẫu còn lại. Chương III: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM SVTH: Nguyễn Hữu Tân 42 3.2.5.3. ðo va ñập Mẫu ñược ño cơ tính va ñập theo tiêu chuẩn ASTM D 256-04 Method A [3] (Izod). Sử dụng búa va ñập loại 11J. Lắp búa vào máy, cho búa rơi không có mẫu ñể hiệu chuẩn lại máy. ðo và nhập vào phần mềm giá trị bề dày mẫu, bề rộng còn lại của mẫu tại vị trí vết khía và nhiệt ñộ mẫu (bằng nhiệt ñộ phòng). Mẫu ñược ñặt vào bệ giữ sao cho vết khía hình chữ V ñối diện với chiều ñập vào của búa và nằm ñúng vị trí ngàm ñịnh vị vết khía. Cố ñịnh mẫu thật chặt, tháo ngàm ñịnh vị. Cho búa di chuyển va ñập vào mẫu, thu số liệu. Lặp lại thí nghiệm cho các mẫu còn lại. 3.2.6. Xử lý số liệu Kết quả thu ñược bao gồm ñồ thị biểu diễn và số liệu. Kết quả ñược xử lý trực tiếp bằng phần mềm ño cơ tính và phần mềm Microsoft Excel. 3.2.7. Khảo sát và chọn kích thước sợi xơ dừa Tạo mẫu composite với tỉ lệ thành phần PP/Fusabond/Sợi = 100/6/40 (phr). Mỗi mẫu khác nhau sẽ sử dụng sợi xơ dừa ñã xử lý có chiều dài khác nhau lần lượt là 2, 4, 6, 8, 10 mm. Ứng với mỗi mẫu, ép 2 tấm dùng ñể ño kéo và ño uốn. Cắt mẫu và ño cơ tính kéo và uốn. So sánh cơ tính kéo và uốn của các mẫu composite ñược gia cường bằng sợi với các chiều dài khác nhau. Chọn chiều dài sợi tạo cho mẫu composite có cơ tính kéo và uốn cao nhất. Sợi dùng trong những mẫu composite ở các thí nghiệm sau phải ñược cắt theo chiều dài này. Chương III: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM SVTH: Nguyễn Hữu Tân 43 Sơ ñồ 3.2. Tiến trình thí nghiệm khảo sát chiều dài sợi xơ dừa. 3.2.8. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi và chất trợ tương hợp lên cơ tính của composite Tạo mẫu composite với tỉ lệ các thành phần nêu trong bảng 3.5. Sợi sử dụng cho tất cả các mẫu này là sợi xơ dừa ñã xử lý xút và có chiều dài là chiều dài ñã chọn ở thí nghiệm khảo sát kích thước sợi. Ứng với mỗi mẫu, tiến hành ép 3 tấm composite dùng ño cơ tính kéo, uốn và va ñập. Cắt tấm composite thành mẫu ño cơ tính. ðối với mẫu ño kéo, chỉ cắt thành mẫu dạng phẳng hình chữ nhật (không theo chuẩn). Các mẫu ño uốn và ño va ñập ñược cắt theo tiêu chuẩn ASTM D 790-03 và ASTM D 256-04. ðo cơ tính kéo, uốn và va ñập cho tất cả các mẫu. So sánh kết quả, rút ra kết luận về hiệu quả của việc sử dụng sợi xơ dừa làm vật liệu gia cường cho composite nhựa nền PP, hiệu quả của việc sử dụng chất trợ tương hợp Fusabond trong việc tăng ñộ bền liên diện và cơ tính chung của composite, ảnh hưởng của hàm lượng sợi và Fusabond ñến cơ tính của composite. Sợi ñã xử lý với NaOH Cắt sợi thành ñoạn có chiều dài 2, 4, 6, 8, 10 mm Tạo tấm composite ðo cơ tính kéo, uốn Chọn chiều dài sợi thích hợp Cắt thành mẫu thử cơ tính Chương III: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM SVTH: Nguyễn Hữu Tân 44 Bảng 3.5. Tỉ lệ phối trộn các thành phần trong mẫu composite. STT Kí hiệu mẫu PP (phr) Fusabond (phr) Sợi (phr) 1 PP 0-0 100 0 0 2 PP 2-0 100 2 0 3 PP 6-0 100 6 0 4 PP 10-0 100 10 0 5 PP 0-20 100 0 20 6 PP 2-20 100 2 20 7 PP 6-20 100 6 20 8 PP 10-20 100 10 20 9 PP 0- 40 100 0 40 10 PP 2- 40 100 2 40 11 PP 6- 40 100 6 40 12 PP 10- 40 100 10 40 13 PP 0-60 100 0 60 14 PP 2-60 100 2 60 15 PP 6-60 100 6 60 16 PP 10-60 100 10 60 3.2.9. So sánh sai số giữa phép ño mẫu chuẩn và không chuẩn Từ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi và chất trợ tương hợp lên cơ tính của composite, chọn mẫu composite có cơ tính kéo tốt nhất gọi là mẫu tối ưu. Tạo mẫu composite ñể ño kéo với tỉ lệ phối trộn các thành phần giống với mẫu tối ưu. Cắt mẫu theo tiêu chuẩn ASTM D 638-03 Type IV. ðo cơ tính kéo của mẫu, so sánh kết quả với mẫu không ñược cắt theo tiêu chuẩn. 3.2.10. Phân tích cấu trúc liên diện sợi/nhựa của composite Chọn ngẫu nhiên một trong các mẫu bị phá huỷ sau khi ño va ñập của PP 0-60 và PP 10-60 ñể chụp ảnh kính hiển vi tại bề mặt phá huỷ. Dựa vào ảnh kính hiển vi, rút ra kết luận về ảnh hưởng chất trợ tương hợp ñến ñộ bền liên diện nhựa/sợi. Chương III: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM SVTH: Nguyễn Hữu Tân 45 3.2.11. Khảo sát tính chất nhiệt của vật liệu bằng DSC Phân tích tính chất nhiệt của các mẫu PP 0-0, 0-60, 10-0, 10-60 bằng thiết bị quét nhiệt vi sai DSC. Mẫu ñem phân tích phải ñược cắt nhỏ bằng kéo ñến khối lượng khoảng 2-10 mg. Trước khi phân tích, sấy mẫu ở 800C trong 8 giờ ñể loại bỏ hơi nước. Mẫu ñã sấy ñược giữ trong túi nhựa hàn kín có chứa gói hút ẩm silicagel. Tiến hành phân tích mẫu như mô tả ở sơ ñồ 3.3. Dòng khí làm sạch là khí N2 nén có lưu lượng 20 ml/phút, khí bảo vệ là N2 lỏng có lưu lượng 40 ml/phút. Mẫu ñược quét trong khoảng nhiệt ñộ từ -150 ñến 2000C với tốc ñộ gia nhiệt là 200C/phút. Chương trình nhiệt sử dụng ñược mô tả ở sơ ñồ 3.4. Kết quả DSC ñược phân tích các thông số như nhiệt ñộ nóng chảy, nhiệt ñộ kết tinh, diện tích các vùng nóng chảy, kết tinh. So sánh và rút ra kết luận về sự thay ñổi tính chất nhiệt của PP khi ñược trộn hợp với sợi và với Fusabond. Sơ ñồ 3.3. Tiến trình phân tích mẫu bằng DSC. Cân mẫu và chén chứa mẫu Nhập các thông số cho phần mềm Thiết lập chương trình nhiệt ðóng mẫu vào chén Bắt ñầu quá trình phân tích ðặt mẫu vào buồng chứa mẫu Phân tích kết quả DSC Chương III: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM SVTH: Nguyễn Hữu Tân 46 Sơ ñồ 3.4. Chương trình nhiệt phân tích mẫu composite nhựa nền PP gia cường bằng sợi xơ dừa. -1500C 2000C -1500C -1500C 2000C 2000C 5 phút 5 phút Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 47 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 4.1. Kết quả xử lý và phân tích sợi xơ dừa 4.1.1. Kết quả xử lý sợi dựa trên phổ IR Kết quả phân tích phổ IR của sợi xơ dừa trước và sau xử lý bằng dung dịch NaOH 1% trong 3 ngày ñược trình bày trong hình 4.1 và 4.2. Hình 4.1. Phổ IR của sợi xơ dừa chưa xử lý bằng NaOH. A : Mũi phổ ñặc trưng cho dao ñộng của -CO (1738.47 cm-1) B : Mũi phổ ñặc trưng cho dao ñộng sườn nhân của lignin (1516.02 cm-1) C : Mũi phổ ñặc trưng cho dao ñộng nối β-Glucosidic (890 cm-1) A B C Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 48 Hình 4.1 cho thấy mũi phổ ñặc trưng cho dao ñộng nối β-Glucosidic (890 cm-1) có cường ñộ yếu. Tuy nhiên, ñây là một mũi phổ quan trọng dùng ñể nội chuẩn các mũi phổ khác. Hình 4.2. Phổ IR của sợi xơ dừa ñã xử lý bằng NaOH 1% trong 3 ngày. B : Mũi phổ ñặc trưng cho dao ñộng sườn nhân của lignin (1510.16 cm-1) C : Mũi phổ ñặc trưng cho dao ñộng nối β-Glucosidic (897.03 cm-1) So sánh phổ IR của sợi xơ dừa trước và sau khi xử lý bằng NaOH thấy rằng: Hemicellulose có mũi 1738.47 cm-1 là mũi phổ ñặc trưng cho dao ñộng co giãn của nhóm -(C=O)-. Ở phổ ñồ của sợi xơ dừa chưa xử lý, mũi này tồn tại với cường ñộ thấp. Ở phổ ñồ của sợi xơ dừa ñã xử lý, không có sự hiện diện của mũi phổ này. ðiều này chứng tỏ sau khi xử lý với NaOH 1% trong 3 ngày, thành phần hemicellulose trong sợi ñã bị loại bỏ hoàn toàn. Lignin có mũi phổ ñặc trưng là mũi phổ dao ñộng ñối xứng của sườn nhân. ðối với sợi chưa xử lý, mũi phổ này là 1516.02 cm-1. ðối với sợi ñã xử lý, mũi phổ này là 1510.16 cm-1. ðể ñánh giá ảnh hưởng của xử lý xút ñến việc loại lignin, sử dụng phương pháp nội chuẩn với mũi phổ khác không ñổi trước và sau xử lý là mũi phổ khoảng 890 cm-1 (sợi chưa xử lý) và 897.03 cm-1 (sợi ñã xử lý) ñặc trưng cho B C Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 49 dao ñộng của liên kết β-Glucosidic. Sau khi so sánh, thấy rằng sợi chưa xử lý có ñộ chênh lệch giữa mũi phổ 1516.02 cm-1 với mũi 890 cm-1 lớn hơn ñộ chênh lệch giữa mũi phổ 1510.16 cm-1 với mũi 897.03 cm-1 của sợi ñã xử lý. ðiều này chứng tỏ rằng lignin trong sợi xơ dừa ñã bị loại bỏ một phần khi ñược xử lý bằng dung dịch NaOH 1% trong 3 ngày. Tóm lại, việc xử lý sợi xơ dừa bằng dung dịch NaOH 1% trong 3 ngày sẽ loại bỏ hoàn toàn hemicellulose và một phần lignin trong sợi. ðiều này ñáp ứng ñược yêu cầu là phải loại bỏ hoàn toàn hemicellulose và một phần lignin ñể tăng hàm lượng cellulose cũng như nhóm -OH trong sợi. Lignin chỉ cần loại bỏ một phần vì nếu loại bỏ hoàn toàn sẽ làm phá huỷ cấu trúc sợi. Sự loại bỏ thành phần hemicellulose và lignin còn giúp tăng tỉ lệ hình dạng sợi (tỉ lệ giữa chiều dài và ñường kính sợi) do ñường kính của sợi giảm ñi. Ngoài ra, việc xử lý sợi bằng dung dịch NaOH loãng (1% khối lượng) cho thấy nhiều ưu ñiểm hơn khi sử dụng ở nồng ñộ cao hay khi xử lý bằng các hóa chất khác. Xử lý bằng NaOH 1% sẽ có lợi hơn về mặt kinh tế và giảm thiểu tác ñộng có hại cho môi trường. 4.1.2. Phân tích hàm lượng cellulose, hàm lượng tro, ñộ ẩm của sợi xơ dừa và ảnh SEM bề mặt sợi 4.1.2.1. Hàm lượng cellulose Sợi xơ dừa trước và sau khi xử lý với NaOH ñược phân tích hàm lượng cellulose bằng phương pháp TAPPI TEST METHODS (xem Phụ lục trang xcix). Hàm lượng cellulose trong sợi xơ dừa chưa xử lý là 39.53% còn trong sợi xơ dừa ñã xử lý bằng NaOH 1% trong 3 ngày là 56.42%. Khi hàm lượng cellulose tăng lên dẫn ñến cơ tính sợi và số nhóm chức -OH tăng lên. ðiều này giúp tăng hiệu quả của việc sử dụng chất trợ tương hợp Fusabond trong composite nhựa nền PP gia cường bằng sợi xơ dừa ñã xử lý. 4.1.2.2. Hàm lượng tro Sợi xơ dừa ñã xử lý (vật liệu gia cường cho các mẫu composite trong ñề tài) ñược nung trong môi trường hiếu khí ñể xác ñịnh hàm lượng tro trong sợi. Kết quả Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 50 của thí nghiệm ñược thể hiện ở bảng 4.1. Trong sợi xơ dừa ñã xử lý, hàm lượng tro chiếm 2.18%. Bảng 4.1. Hàm lượng tro trong sợi xơ dừa ñã xử lý. Mẫu Khối lượng sợi (g) Khối lượng tro (g) Hàm lượng tro (%) 1 0.5027 0.0110 2.19 2 0.5059 0.0113 2.23 3 0.5170 0.0109 2.11 Trung bình 2.18 Trong quá trình nung, các hợp chất hữu cơ trong sợi bị ñốt cháy hoàn toàn chỉ còn lại thành phần tro có màu trắng. Tro này là những hợp chất vơ cơ không cháy ñược tồn tại trong sợi. Sợi xơ dừa ñã xử lý bằng NaOH 1% trong 3 ngày có hàm lượng tro rất thấp (dưới 3%) do trong sợi thực vật thì các chất vô cơ chủ yếu tồn tại ở mức vi lượng. Khi sản phẩm composite nhựa nền PP gia cường bằng sợi xơ dừa không còn giá trị sử dụng và bị xử lý bằng cách thiêu huỷ thì lượng các thành phần không cháy ñược còn lại rất thấp. Thành phần chủ yếu của sợi thực vật nói chung và sợi xơ dừa nói riêng là các hợp chất hữu cơ. Các chất này có thể bị phân hủy bởi vi khuẩn và vi sinh vật. Do ñó, sợi xơ dừa có ưu thế hơn so với sợi thuỷ tinh và một số loại sợi tổng hợp khó phân huỷ khác trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường. 4.1.2.3. ðộ ẩm của sợi xơ dừa ðể tăng ñộ chính xác của phép ño, ứng với mỗi loại sợi (chưa xử lý và ñã xử lý) chúng tôi tiến hành ño ñộ ẩm cho 3 mẫu, sau ñó lấy giá trị trung bình. Từ kết quả thí nghiệm ño ñộ ẩm ñược thể hiện ở bảng 4.2, ta thấy sợi xơ dừa ñược xử lý bằng NaOH 1% trong 3 ngày có ñộ ẩm lớn hơn so với sợi chưa xử lý. ðiều này là do khi ñược xử lý xút, hàm lượng cellulose trong sợi tăng lên nên số lượng nhóm chức -OH trong một ñơn vị khối lượng sợi cũng tăng lên. Chính sự hiện diện với mật ñộ cao hơn của nhóm chức -OH trong sợi ñã xử lý làm cho nó có ñộ ẩm lớn hơn sợi chưa xử lý. Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 51 Bảng 4.2. ðộ ẩm của sợi xơ dừa. Mẫu ðộ ẩm sợi chưa xử lý (%) ðộ ẩm sợi ñã xử lý (%) 1 10.23 12.72 2 10.16 11.55 3 10.15 12.48 ðộ ẩm trung bình 10.18 12.25 4.1.2.4. Ảnh SEM và ảnh kính hiển vi bề mặt sợi Ảnh hưởng của việc xử lý NaOH lên bề mặt sợi ñược quan sát qua ảnh SEM và ảnh chụp bằng kính hiển vi (xem hình 4.3 và 4.4). Kính hiển vi (x 100) SEM (x 430 ) Hình 4.3. Ảnh chụp bề mặt sợi xơ dừa chưa xử lý. Trên bề mặt sợi xơ dừa chưa xử lý ñược phủ một lớp các axit béo, sáp và một ít mụn dừa sót lại. Những thành phần này tạo thành một lớp màng làm giảm khả năng thấm sâu của nhựa vào trong cấu trúc sợi và ngăn cản sự tiếp xúc trực tiếp giữa sợi và nhựa nền nên làm giảm ñộ bền liên diện sợi/nhựa. Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 52 Kính hiển vi (x 100) SEM (x 750 ) Hình 4.4. Ảnh chụp bề mặt sợi xơ dừa ñã xử lý. Quan sát ảnh chụp trên bề mặt sợi xơ dừa ñã xử lý, ta thấy rằng lớp axit béo, sáp và mụn dừa ñã bị loại bỏ gần hết. Bề mặt sợi trở nên sạch hơn nên nhựa nền có thể tiếp xúc trực tiếp và thấm vào bên trong sợi. ðồng thời, các tạp chất khi bị loại bỏ ñã ñể lại nhiều lỗ trống và các rãnh sâu trên bề mặt sợi. Khi nhựa nền tiếp xúc trực tiếp với bề mặt sợi, các lỗ trống và rãnh sâu này góp phần tăng lực ma sát hoặc tạo nên những liên kết cơ học làm tăng ñộ bền liên diện và tăng hiệu quả gia cường của sợi. Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 53 4.2. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên cơ tính composite Trong khảo sát này, tỉ lệ phối trộn nhựa, chất trợ tương hợp Fusabond và sợi ñược cố ñịnh là: PP/Fusabond/Sợi = 100/6/40. ðồng thời thay ñổi kích thước sợi trong các mẫu, nhằm xác ñịnh kích thước sợi tối ưu ñể gia cường cho composite thông qua thử nghiệm ño kéo và ño uốn. 4.2.1. Tính bền kéo Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên tính bền kéo của mẫu PP 6- 40 ñược trình bày trong bảng 4.3. Bảng 4.3. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên tính bền kéo của mẫu PP 6-40. Các ñại lượng Chiều dài sợi (mm) Module ñàn hồi (MPa) Ứng suất tại ngưỡng chảy (MPa) ðộ giãn dài tai ngưỡng chảy (%) Ứng suất lúc ñứt (MPa) ðộ giãn dài lúc ñứt (%) 2 1229.10±133.05 28.23±0.92 6.24±0.34 25.12±0.92 6.96±0.49 4 1206.28±84.74 26.80±1.00 5.46±0.28 23.40±1.15 5.99±0.35 6 1363.33±122.49 30.28±1.41 5.54±0.59 28.46±1.96 5.92±0.64 8 1544.68±20.76 30.19±1.60 4.62±0.61 29.13±1.49 4.86± 0.62 10 1537.24±30.91 29.17±0.78 4.42±0.34 26.38±1.09 4.88±0.50 Chiều dài sợi ảnh hưởng rõ nhất lên module ñàn hồi kéo của các mẫu composite. Khi tăng chiều dài sợi thì module ñàn hồi của composite tăng (xem ñồ thị 4.1). Tuy nhiên, khi chiều dài sợi tăng ñến 10 mm thì module bắt ñầu giảm. Module ñàn hồi kéo của mẫu sử dụng sợi dài 2 mm và 4 mm không khác nhau nhiều. ðiều này là do sợi dài 4 mm bị trục của máy trộn cắt thành sợi ngắn hơn (1, 2, 3 mm). Module ñàn hồi của mẫu sử dụng sợi dài 8 và 10 mm tăng vọt so với các mẫu còn lại. Mẫu sử dụng sợi 8 mm là mẫu có module ñàn hồi cao nhất (1544.68 MPa), tăng gần 28% so với mẫu sử dụng sợi dài 4 mm. Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 54 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 0 2 4 6 8 10 12 Chiều dài sợi (mm) Module ñàn hồi (MPa) ðồ thị 4.1. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên module ñàn hồi kéo của mẫu PP 6-40. 20 22 24 26 28 30 32 34 0 2 4 6 8 10 12 Chiều dài (mm) Ứng suất (MPa) Ứng suất lúc ñứt (MPa) Ứng suất tại ngưỡng chảy (MPa) Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 55 ðồ thị 4.2. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên ứng suất kéo của mẫu PP 6-40. Nhìn chung, ứng suất tại ngưỡng chảy của composite tăng khi tăng chiều dài sợi từ 2 ñến 6 mm rồi giảm xuống ở sợi dài 10 mm (xem ñồ thị 4.2). Ứng suất cực ñại của mẫu sử dụng sợi dài 6 mm ( 30.28 MPa) và 8 mm (30.19 MPa) không khác nhau nhiều. Khi chiều dài sợi tăng từ 2-8 mm thì ứng suất lúc ñứt tăng dần rồi giảm ở mẫu sử dụng sợi dài 10 mm. Mẫu composite sử dụng sợi dài 8 mm là mẫu có ứng suất lúc ñứt cao nhất (29.13 MPa). Tất cả các mẫu còn lại ñều có ứng suất lúc ñứt lớn hơn 20 MPa. Nhận xét chung: Cơ tính kéo của composite tăng khi tăng chiều dài sợi gia cường. ðiều này phù hợp với lí thuyết vì khi tăng chiều dài sợi thì tỉ số hình dạng (chiều dài/ñường kính) của sợi tăng nên sẽ tăng cơ tính của composite. Khi chiều dài sợi ở mức 10 mm thì cơ tính kéo của sợi bắt ñầu giảm vì sợi dài 10 mm bị trục trộn của máy cắt thành sợi ngắn hơn ở nhiều kích thước khác nhau dẫn ñến cơ tính kéo của mẫu composite giảm xuống. Mẫu composite sử dụng sợi dài 8 mm có cơ tính kéo chung (module ñàn hồi kéo, ứng suất tại ngưỡng chảy, ứng suất lúc ñứt…) cao hơn so với mẫu sử dụng sợi dài 2, 4, 6, 10 mm. Sợi có chiều dài 8 mm sẽ cho composite cơ tính kéo tốt nhất. 4.2.2. Tính bền uốn Bảng 4.4. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên tính bền uốn của mẫu PP 6-40. Các ñại lượng Chiều dài sợi (mm) Ứng suất uốn cực ñại (MPa) ðộ giãn tại ứng suất uốn cực ñại (%) 2 39.72±0.75 3.48±0.27 4 41.13±0.80 3.25±0.09 6 44.97±0.65 3.45±0.15 8 45.02±1.34 3.65±0.17 10 41.38±0.95 3.30±0.10 Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 56 Khi chiều dài sợi tăng từ 2-8 mm thì ứng suất uốn cực ñại tăng dần và giảm ở mẫu composite sử dụng sợi dài 10 mm (xem ñồ thị 4.3). Mẫu composite sử dụng sợi dài 6 mm và 8 mm có ứng suất uốn cực ñại là 45.02 MPa, cao hơn tất cả các mẫu còn lại và tăng gần 13% so với mẫu sử dụng sợi dài 2 mm. Mẫu PP 6-40 sử dụng sợi dài 8 mm là mẫu có ñộ giãn tại ứng suất uốn cực ñại cao nhất, khoảng 3.7 %. Kết luận: Mẫu composite PP 6-40 sử dụng sợi có chiều dài 8 mm có tính bền kéo và uốn cao hơn khi sử dụng sợi có chiều dài 2, 4, 6 và 10 mm. ðây cũng là chiều dài tương ñối thuận lợi cho việc cơ giới hóa quá trình cắt sợi khi ñược ứng dụng vào sản xuất với quy mô công nghiệp. Từ kết quả so sánh cơ tính kéo và uốn trên, chiều dài sợi là 8 mm ñược chọn cho các khảo sát tiếp theo. 34 36 38 40 42 44 46 48 2 4 6 8 10 Chiều dài sợi (mm) Ứng suất (MPa) Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 57 ðồ thị 4.3. Ảnh hưởng của chiều dài sợi lên ứng suất uốn cực ñại của mẫu PP 6-40. 4.3. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và chất trợ tương hợp Fusabond lên cơ tính của composite Các mẫu composite với tỉ lệ thành phần nhựa PP, sợi xơ dừa ñã xử lý và chất trợ tương hợp Fusabond khác nhau ñược khảo sát cơ tính kéo, uốn và va ñập. 4.3.1. Tính bền kéo Các kết quả ño kéo theo tiêu chuẩn ASTM D 638-03 như: module ñàn hồi, ứng suất tại ngưỡng chảy, ñộ giãn dài tại ngưỡng chảy, ứng suất lúc ñứt, ñộ giãn dài lúc ñứt ñược trình bày trong những phần tiếp theo. 4.3.1.1. Module ñàn hồi Bảng 4.5. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên module ñàn hồi kéo của composite. Fusabond (phr) Sợi (phr) 0 2 6 10 0 1183.86±30.23 1244.63±25.33 1250.16±15.36 1260.53±32.73 20 1313.16±90.91 1357.87±57.88 1359.00±21.98 1363.09±37.52 40 1549.69±52.09 1662.47±36.24 1618.84±46.58 1642.24±12.21 60 1585.32±35.89 1806.35±46.96 1815.26±51.84 1822.97±68.73 80 Sợi phân bố không ñều nên không khảo sát cơ tính Module ñàn hồi kéo (MPa) Từ kết quả ở bảng 4.5, ta thấy mẫu nhựa PP trắng (PP 0-0) có module ñàn hồi thấp (1183.86 MPa). Khi thêm chất trợ tương hợp Fusabond vào PP trắng thì module ñàn hồi của hỗn hợp tăng. Hàm lượng Fusabond càng lớn thì module ñàn hồi càng tăng nhưng không nhiều. Mẫu PP 10-0 có module ñàn hồi chỉ tăng khoảng 6.5% so với mẫu PP trắng. Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 58 0 2 6 10 0 20 40 600 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Moñun ñàn hồi (MPa) Fusabond (phr) Xơ dừa (phr) 0 20 40 60 ðồ thị 4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên module ñàn hồi kéo của composite. ðối với các mẫu composite không sử dụng chất trợ tương hợp, khi tăng hàm lượng sợi thì module ñàn hồi kéo tăng và ñạt giá trị cao nhất ở mẫu có hàm lượng sợi 60 phr (xem ñồ thị 4.4). Khi ñược gia cường bằng sợi xơ dừa, vật liệu nhựa trở nên cứng hơn. Các mẫu PP 0-40, PP 0-60 có module ñàn hồi khoảng 1550 – 1590 MPa, tăng từ 31-34 % so với mẫu trắng. Chất trợ tương hợp Fusabond khi ñược cho vào hỗn hợp gồm sợi và nhựa sẽ có tác dụng làm tăng module ñàn hồi kéo. So với mẫu PP 0-60 thì module ñàn hồi của mẫu PP 2-60 tăng lên khoảng 8%. Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng Fusabond thì module ñàn hồi tăng không nhiều (xem ñồ thị 4.4). Ví dụ như với mẫu composite có hàm lượng sợi 60 phr, khi hàm lượng Fusabond thay ñổi từ 2-10 phr thì module ñàn hồi thay ñổi rất ít (từ 1806 lên 1822 MPa). Ở mẫu có hoặc không có sử dụng chất trợ tương hợp thì khi hàm lượng sợi tăng module ñàn hồi tăng. Khi hàm lượng sợi càng lớn thì hiệu quả tăng module ñàn hồi của Fusabond càng cao. Ở các mẫu sử dụng Fusabond với hàm lượng 10 phr, khi hàm lượng sợi tăng từ 20 lên 60 phr thì module ñàn hồi tăng lên khoảng 34%. Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 59 Mẫu PP 10-60 có module ñàn hồi cao nhất (1822.97 MPa), tăng xấp xỉ 54% so với mẫu PP trắng và tăng khoảng 15% so với mẫu PP 0-60. 4.3.1.2. Ứng suất kéo tại ngưỡng chảy Bảng 4.6. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ứng suất kéo tại ngưỡng chảy của composite. Fusabond (phr) Sợi (phr) 0 2 6 10 0 33.67±1.11 34.16±0.73 34.16±1.07 33.74±0.60 20 22.01±1.45 28.53±0.86 31.09±0.89 32.22±0.85 40 20.00±1.37 31.32±1.22 33.18±0.72 35.02±0.63 60 17.50±0.57 30.35±0.47 35.25±1.62 37.20±1.56 80 Sợi phân bố không ñều nên không khảo sát cơ tính Ứng suất kéo tại ngưỡng chảy (MPa) Ứng suất kéo tại ngưỡng chảy của các mẫu composite không ñược gia cường bằng sợi xơ dừa gần như không thay ñổi khi hàm lượng Fusabond tăng từ 0 ñến 10 phr (xem ñồ thị 4.5). ðiều này chứng tỏ bản thân chất trợ tương hợp không ảnh hưởng lên ứng suất kéo tại ngưỡng chảy của vật liệu nhựa. Tuy nhiên, khi có sự hiện diện của sợi trong mẫu composite thì ứng suất kéo tại ngưỡng chảy lại có sự thay ñổi rõ rệt. Khi sợi ñược sử dụng ở hàm lượng thấp (20 và 40 phr), dù ñược thêm vào chất trợ tương hợp nhưng ứng suất kéo tại ngưỡng chảy vẫn xấp xỉ hoặc thấp hơn so với mẫu không chứa sợi tương ứng. Có thể lấy ví dụ như ở mẫu PP 6-20 và PP 6-40, ứng suất kéo tại ngưỡng chảy lần lượt là 31.09 và 33.18 MPa, thấp hơn so với mẫu PP 6-0 (34.16 MPa). Nhưng nhìn chung, ở tất cả các hàm lượng sợi, khi tăng hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond cho mẫu có chứa sợi thì nó có tác dụng làm tăng ứng suất kéo tại ngưỡng chảy cho composite. Như ñã nói ở trên, khi có sự hiện diện của sợi sẽ làm thay ñổi ứng suất kéo tại ngưỡng chảy. Ứng suất kéo tại ngưỡng chảy của các mẫu chỉ gồm PP và sợi giảm mạnh từ 33.67 MPa xuống còn 17.5 MPa (giảm gần 92%) khi hàm lượng sợi tăng từ 0 ñến 60 phr. Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 60 0 20 40 60 0 2 6 10 0 5 10 15 20 25 30 35 40Ứng suất (MPa) Xơ dừa (phr) Fusabond (phr) 0 2 6 10 ðồ thị 4.5. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ứng suất kéo tại ngưỡng chảy của composite. Khi hàm lượng sợi tăng lên 60 phr ở mẫu PP 6-60 và PP 10-60 thì ứng suất kéo tại ngưỡng chảy lớn hơn mẫu không chứa sợi tương ứng. Mẫu PP 10-60 là mẫu có ứng suất tại ngưỡng chảy cao nhất (37.2 MPa), tăng ñến 113% so với mẫu PP 0- 60 và khoảng 10% so với mẫu PP 10-0. Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 61 4.3.1.3. ðộ giãn dài tại ngưỡng chảy Bảng 4.7. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ñộ giãn dài tại ngưỡng chảy của composite. Fusabond (phr) Sợi (phr) 0 2 6 10 0 15.30±1.57 15.99 ±.72 16.15±1.38 17.04±0.85 20 6.08±0.32 5.48±0.37 7.15±0.68 6.60±0.49 40 4.70±0.30 4.32±0.25 5.41±0.45 6.05±0.53 60 3.26±0.19 3.66±0.06 5.35±1.12 6.06±0.49 80 Sợi phân bố không ñều nên không khảo sát cơ tính ðộ giãn dài tại ngưỡng chảy (%) 0 20 40 60 0 2 6 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 ðộ giãn dài (%) Xơ dừa (phr) Fusabond (phr) 0 2 6 10 Chương IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN SVTH: Nguyễn Hữu Tân 62 ðồ thị 4.6. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ñộ giãn dài tại ngưỡng chảy của composite. Nhựa PP khi ñược hỗn hợp với Fusabond sẽ làm tăng ñộ giãn dài tại ngưỡng chảy. Khi hàm lượng Fusabond tăng từ 0-10 phr, ñộ giãn dài cũng tăng từ 15.3 lên 17.04%. Khi không có sự hiện diện của sợi, hỗn hợp gồm PP và Fusabond có ñộ giãn dài cao hơn rất nhiều so với khi có sợi (xem ñồ thị 4.6). Ví dụ như mẫu PP 0-0 có ñộ giãn dài là 15.3% gấp 4.7 lần so với mẫu PP 0-60. Hàm lượng sợi càng tăng thì ñộ giãn dài càng giảm dù có hay không có sử dụng chất trợ tương hợp Fusabond. Ở những mẫu composite sử dụng Fusabond với hàm lượng 6 phr, khi hàm lượng sợi tăng từ 20-60 phr thì ñộ giãn dài giảm từ 7.15 xuống 5.35%. 4.3.1.4. Ứng suất kéo lúc ñứt Bảng 4.8. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi và hàm lượng chất trợ tương hợp Fusabond lên ứng suất kéo lúc ñứt của composite. Fusabond (phr) Sợi (phr) 0 2 6 10 0 2