Nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp cấu trúc đa lớp cốt sợi sinh học ứng dụng trong sản xuất sản phẩm dân sinh

Trong nhiều năm trở lại đây, vật liệu tổ hợp gia cường sợi sinh học (sợi tự nhiên) đã thu hút sự chú ý của cộng đồng các nhà nghiên cứu, việc ứng dụng các sản phẩm được chế tạo từ vật liệu này đã mở rộng trong hầu hết các lĩnh vực. Tại Việt Nam, nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào của sợi tự nhiên sẵn có, nhiều công trình nghiên cứu cũng đã và đang được thực hiện. Tuy nhiên, qua khảo sát, các nghiên cứu này mới chỉ dừng lại ở việc phát triển các loại vật liệu cốt sợi tự nhiên/nhựa nền thông thường bằng công nghệ thủ công (lăn ép bằng tay) nên khó có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật cao như: độ bền lớn, trọng lượng nhẹ, có khả năng cách âm, cách nhiệt, chống cháy, bền môi trường... Một đặc điểm quan trọng của vật liệu tổ hợp là sự ảnh hưởng của cấu trúc vật liệu đến độ bền và tính năng của sản phẩm, chính vì vậy việc thay đổi cấu trúc đồng thời áp dụng các kỹ thuật tiên tiến trong chế tạo là một trong những giải pháp tổng thể nhằm phát triển một thế hệ vật liệu tổ hợp cốt sợi sinh học mới tại Việt Nam.

Các loại vật liệu tổ hợp cấu trúc đa lớp dạng tấm có trọng lượng nhẹ và độ bền cơ học rất cao, tiết kiệm thời gian thi công và có kết cấu vững chắc. Tuy nhiên, việc chế tạo loại vật liệu này đòi hỏi rất nhiều những yêu cầu khác nhau, trong đó quan trọng nhất là công nghệ chế tạo. Để tạo ra được những sản phẩm có chất lượng cao, có thể đáp ứng được nhiều yêu cầu khi sử dụng thì việc phải áp dụng những công nghệ mới là yếu tố quan trọng hàng đầu. Vì thế, nhóm nghiên cứu của ThS. Tưởng Thị Nguyệt Ánh, Trung tâm Công nghệ vật liệu - Viện Ứng dụng Công nghệ đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp cấu trúc đa lớp cốt sợi sinh học ứng dụng trong sản xuất sản phẩm dân sinh” từ năm 2019 đến năm 2020.

Đề tài nhằm thực hiện mục tiêu xây dựng được quy trình chế tạo vật liệu tổ hợp cấu trúc đa lớp cốt sợi sinh - học ứng dụng trong sản xuất sản phẩm dân sinh; Chế tạo được mẫu sản phẩm hoàn chỉnh từ vật liệu tổ hợp cấu trúc đa lớp - cốt sợi sinh học (cửa ra vào, vách ngăn).

Qua quá trình triển khai thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã làm chủ được công nghệ và sản xuất được sản phẩm mẫu vật liệu ở dạng thương mại từ sợi xơ dừa ứng dụng trong dân dụng và đã đạt được một số kết quả như sau:

1. Lựa chọn được loại nhựa PEKN 8201 cho chế tạo mẫu vật liệu bởi việc sử dụng loại nhựa này đem lại hiệu quả về cả tính chất cơ học của vật liệu cũng như yếu tố kinh tế.

2. Việc xử lý xơ dừa bằng phương pháp hóa học bằng dung dịch NaOH 4% trong 72 giờ có tác dụng tăng khả năng liên kết giữa bề mặt sợi và nhựa, từ đó có tác dụng nâng cao độ bền cơ học của vật liệu.

3. Đưa ra được phương pháp và quy trình chế tạo prepreg cốt sợi xơ dừa có thể áp dụng ở quy mô phòng thí nghiệm, đảm bảo chế tạo được sản phẩm mục tiêu của đề tài với tỷ lệ sợi/nhựa nền là 4/6. Hỗn hợp nhựa nền được sử dụng có tỷ lệ nhựa PEKN/chất độn Al2O3 là 5/1, hàm lượng xúc tác MEKP 1%, hàm lượng phụ gia đóng rắn 0,6% tính theo khối lượng nhựa PEKN.

4. Lựa chọn loại lõi xốp thích hợp cho chế tạo vật liệu là lõi xốp PU, với độ dày thích hợp cho chế tạo vật liệu tùy thuộc vào từng ứng dụng và sản phẩm cụ thể. Đồng thời, lựa chọn kết cấu lõi thích hợp cho chế tạo vật liệu là sắp xếp theo kiểu tường luân phiên 3-D CDWA mật độ tường là 60 mm và khoảng các giữa các sợi là 20 mm. Độ dày lớp bề mặt thích hợp là nằm trong khoảng từ 2 - 3 mm

5. Từ đó nghiên cứu đưa ra được phương pháp và quy trình chế tạo vật liệu tổ hợp cấu trúc đa lớp sandwich từ vật liệu prepreg cốt sợi xơ dừa có thể áp dụng ở quy mô phòng thí nghiệm đảm bảo chế tạo được sản phẩm phù hợp với mục tiêu đưa ra của đề tài.

6. Chế tạo mẫu sản phẩm hoàn chỉnh từ vật liệu tổ hợp cấu trúc đa lớp sandwich cốt sợi sinh học (cửa ra vào, vách ngăn)

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18397/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Vista.gov.vn