Luận văn Thạc sĩ: nghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý cho quá

Nghiên cứu xác định thông số làm việc tối ưu trong quy trình ép gạch lót sàn, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất vật liệu xây dựng.

• Tác giả: Vương Hồng Chính
• Người hướng dẫn: Pgs. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu, xác định các thông số làm việc hợp lý cho quá trình ép gạch lót sàn từ vật liệu composite gỗ nhựa
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Đồng Nai

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu xác định thông số ép gạch gỗ nhựa WPC

Luận văn thạc sĩ về "Nghiên cứu, xác định các thông số làm việc hợp lý cho quá trình ép gạch lót sàn từ vật liệu composite gỗ nhựa" là một công trình khoa học có giá trị thực tiễn cao, giải quyết bài toán tận dụng phế liệu ngành gỗ và nhựa tại Việt Nam. Bối cảnh ngành công nghiệp chế biến gỗ phát triển mạnh mẽ đã tạo ra một lượng lớn phế liệu như mùn cưa, dăm bào. Đồng thời, rác thải nhựa cũng là một vấn đề môi trường cấp bách. Vật liệu composite gỗ nhựa (WPC) ra đời như một giải pháp đột phá, kết hợp bột gỗ và nhựa nhiệt dẻo để tạo ra sản phẩm mới có nhiều ưu điểm vượt trội. Sản phẩm từ WPC không chỉ bền, có tính thẩm mỹ giống gỗ tự nhiên mà còn có khả năng chống ẩm, chống mục nát tốt hơn gỗ. Tuy nhiên, để sản xuất ra gạch lót sàn WPC đạt chất lượng đồng đều và tối ưu về chi phí, việc xác định các thông số công nghệ trong quá trình ép là vô cùng quan trọng. Công trình nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa thông số công nghệ ép, một lĩnh vực còn nhiều khoảng trống tại Việt Nam. Việc tìm ra áp suất ép, nhiệt độ và thời gian giữ tối ưu sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm tỷ lệ phế phẩm và tăng hiệu quả kinh tế. Đây là một báo cáo khoa học vật liệu xây dựng điển hình, mở ra hướng đi mới cho việc sản xuất vật liệu xây dựng bền vững, thay thế gỗ tự nhiên và góp phần bảo vệ môi trường.

1.1. Khám phá vật liệu composite gỗ nhựa WPC trong xây dựng

Vật liệu composite gỗ nhựa (Wood-Plastic Composite - WPC) là nguyên liệu tổng hợp được tạo thành từ bột gỗ (hoặc các loại sợi tự nhiên khác như tre, trấu) và nhựa nhiệt dẻo (như PE, PP, PVC), cùng một số chất phụ gia. Sự kết hợp này mang lại những đặc tính ưu việt: sản phẩm vừa có tính chất của gỗ (gia công, tạo hình dễ dàng) vừa có đặc tính của nhựa (chống ẩm, chống mục nát, không bị mối mọt). Theo luận văn, WPC có thể được ứng dụng rộng rãi trong các công trình nội ngoại thất như ván sàn ngoài trời, hàng rào, ghế công viên và gạch lót sàn. Một ưu điểm quan trọng của WPC là việc sử dụng vật liệu tái chế làm gạch, tận dụng nguồn phế liệu gỗ và nhựa dồi dào, góp phần giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ tài nguyên rừng.

1.2. Tại sao cần tối ưu hóa thông số công nghệ ép gạch WPC

Chất lượng của gạch lót sàn WPC phụ thuộc trực tiếp vào các điều kiện của quá trình sản xuất, đặc biệt là công đoạn ép. Các thông số như áp suất, nhiệt độ, và thời gian ép ảnh hưởng lớn đến độ đặc, liên kết giữa các thành phần và các tính chất cơ lý của sản phẩm cuối cùng. Nếu các thông số này không hợp lý, gạch có thể bị rỗ, cong vênh, hoặc không đạt cường độ chịu nén của gạch theo yêu cầu. Luận văn chỉ ra rằng, tại Việt Nam, các nghiên cứu về WPC chủ yếu tập trung vào tỷ lệ pha trộn nguyên liệu, trong khi việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng trong công đoạn ép vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Do đó, việc nghiên cứu để xác định các thông số làm việc hợp lý là rất cần thiết, giúp doanh nghiệp xây dựng một quy trình sản xuất ổn định, nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường.

II. Thách thức trong quy trình sản xuất gạch không nung từ WPC

Việc phát triển quy trình sản xuất gạch không nung từ vật liệu WPC mang lại nhiều lợi ích về môi trường, nhưng cũng đối mặt với không ít thách thức kỹ thuật. Không giống như các vật liệu truyền thống, WPC là một hỗn hợp phức tạp giữa thành phần hữu cơ (gỗ) và vô cơ (nhựa), có những phản ứng khác biệt dưới tác động của nhiệt độ và áp suất. Thách thức lớn nhất là kiểm soát sự tương tác giữa các yếu tố công nghệ để đạt được sản phẩm có chất lượng đồng nhất. Sự thay đổi nhỏ về nhiệt độ có thể dẫn đến sự phân hủy của bột gỗ hoặc sự suy giảm tính chất của nhựa. Áp suất ép không đủ sẽ tạo ra sản phẩm có độ rỗng cao, dễ hút nước và độ bền kém. Ngược lại, áp suất quá cao có thể gây ra ứng suất nội, làm sản phẩm giòn và dễ nứt vỡ. Hơn nữa, việc thiếu các nghiên cứu chuyên sâu và tiêu chuẩn cụ thể cho loại vật liệu này tại Việt Nam càng làm tăng thêm khó khăn cho các nhà sản xuất. Luận văn đã xác định rõ những thách thức này và đề ra mục tiêu nghiên cứu cụ thể nhằm tìm ra lời giải cho bài toán tối ưu hóa thông số công nghệ cho quá trình ép gạch lót sàn WPC, một bước tiến quan trọng để thương mại hóa sản phẩm này.

2.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép vật liệu

Quá trình ép gạch WPC chịu ảnh hưởng của lực ép đến cường độ gạch và nhiều yếu tố khác. Các yếu tố chính bao gồm: nhiệt độ ép, áp suất ép, và thời gian giữ áp. Nhiệt độ phải đủ cao để làm nhựa nóng chảy và bao bọc hoàn toàn các hạt bột gỗ, nhưng không quá cao để làm cháy gỗ. Áp suất ép quyết định mức độ nén chặt của vật liệu, ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng riêng, độ rỗng và độ bền cơ học. Thời gian giữ áp đảm bảo vật liệu được định hình ổn định trước khi làm nguội. Sự tương tác phức tạp giữa các yếu tố này đòi hỏi một phương pháp nghiên cứu khoa học để xác định được tổ hợp thông số tối ưu, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt các chỉ tiêu về cơ lý và thẩm mỹ.

2.2. Khoảng trống trong việc nghiên cứu công nghệ ép gạch WPC

Như đã đề cập trong phần tổng quan của luận văn, mặc dù tiềm năng ứng dụng WPC tại Việt Nam là rất lớn, các công trình nghiên cứu trong nước về lĩnh vực này còn hạn chế. Hầu hết công nghệ và thiết bị sản xuất WPC hiện nay đều phải nhập khẩu với chi phí cao. Các nghiên cứu hiện có thường chỉ dừng lại ở việc xác định thành phần phối liệu gạch tối ưu mà chưa đi sâu vào việc chuẩn hóa quy trình công nghệ, đặc biệt là công đoạn ép định hình sản phẩm. Khoảng trống nghiên cứu này tạo ra rào cản cho các doanh nghiệp trong nước muốn tự chủ sản xuất, làm giảm tính cạnh tranh và kìm hãm sự phát triển của ngành vật liệu xây dựng bền vững.

III. Phương pháp luận xác định các thông số ép gạch lót sàn

Để giải quyết các thách thức đã nêu, luận văn đã áp dụng một phương pháp luận nghiên cứu chặt chẽ và khoa học, kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Cách tiếp cận này đảm bảo các kết quả thu được có độ tin cậy cao và có thể ứng dụng vào thực tiễn sản xuất. Cốt lõi của phương pháp là sử dụng quy hoạch thực nghiệm, một công cụ thống kê mạnh mẽ cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều yếu tố đồng thời một cách hiệu quả. Thay vì phương pháp thử-sai tốn kém, quy hoạch thực nghiệm giúp giảm thiểu số lượng thí nghiệm cần thực hiện mà vẫn thu được đầy đủ thông tin về mối quan hệ giữa các thông số đầu vào (nhiệt độ, áp suất) và chất lượng đầu ra (độ bền, độ hút nước). Toàn bộ quá trình nghiên cứu được thực hiện trên hệ thống máy móc, thiết bị hiện đại và tuân thủ các tiêu chuẩn kiểm định quốc tế, đảm bảo tính chính xác và khách quan của dữ liệu. Cách tiếp cận này không chỉ giúp tìm ra thông số tối ưu cho một loại vật liệu cụ thể mà còn xây dựng một quy trình chuẩn để có thể áp dụng cho việc phát triển các sản phẩm composite khác trong tương lai.

3.1. Phân tích thành phần phối liệu gạch composite và phụ gia

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là vật liệu composite gỗ nhựa, với thành phần chính là bột gỗ keo lai và nhựa Polyetylen (PE). Việc lựa chọn và phân tích đặc tính của nguyên liệu đầu vào là bước cơ bản và quan trọng. Bột gỗ cần được nghiền mịn với kích thước hạt phù hợp để đảm bảo phân tán đều trong nền nhựa. Nhựa PE được chọn vì tính phổ biến, giá thành hợp lý và khả năng tái chế. Ngoài ra, hỗn hợp còn có thể bao gồm các chất phụ gia (tương tự như phụ gia bê tông trong ngành xây dựng) như chất tăng cường liên kết, chất ổn định nhiệt... nhằm cải thiện khả năng kết dính giữa gỗ và nhựa, đồng thời nâng cao các đặc tính cơ lý và độ bền của sản phẩm cuối cùng.

3.2. Thông số kỹ thuật máy ép gạch và các tiêu chuẩn thử nghiệm

Các thí nghiệm được tiến hành trên máy ép phun W-120B của công ty Shine Well Machinery. Các thông số kỹ thuật máy ép gạch này được ghi nhận chi tiết, bao gồm lực kẹp 120 tấn, áp suất phun tối đa 1393 kg/cm², và hành trình mở khuôn 380 mm. Việc nắm rõ thông số thiết bị là điều kiện tiên quyết để thiết kế các thí nghiệm phù hợp. Sau khi ép, các mẫu gạch được kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý theo các tiêu chuẩn quốc tế như ISO và ASTM. Cụ thể, độ bền kéo được đo theo ISO 527, độ bền uốn tĩnh theo ISO 178, và đặc biệt là độ hút nước của vật liệu được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D570. Việc tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn này đảm bảo kết quả nghiên cứu có thể so sánh và đối chứng được.

IV. Hướng dẫn quy hoạch thực nghiệm để tối ưu quá trình ép gạch

Trọng tâm của luận văn là việc áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tìm ra bộ thông số làm việc hợp lý nhất. Đây là một phương pháp khoa học, cho phép khảo sát các yếu tố ảnh hưởng một cách hệ thống và hiệu quả. Thay vì thay đổi từng yếu tố một cách riêng lẻ, quy hoạch thực nghiệm cho phép thay đổi đồng thời nhiều yếu tố theo một ma trận được thiết kế trước. Cách tiếp cận này không chỉ tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn giúp phát hiện được sự tương tác giữa các yếu tố, điều mà phương pháp truyền thống thường bỏ qua. Ví dụ, ảnh hưởng của áp suất lên độ bền của gạch có thể khác nhau ở các mức nhiệt độ khác nhau. Bằng cách phân tích thống kê các kết quả từ ma trận thí nghiệm, nghiên cứu có thể xây dựng mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và các đặc tính của sản phẩm. Từ đó, các thông số tối ưu được xác định một cách chính xác. Các phương pháp tiên tiến như phương pháp Taguchi là một ví dụ điển hình về cách tiếp cận này trong lĩnh vực kỹ thuật.

4.1. Xây dựng ma trận thí nghiệm và thu thập dữ liệu thực tế

Bước đầu tiên trong quy hoạch thực nghiệm là xác định các yếu tố đầu vào (biến số) và các đáp ứng đầu ra (chỉ tiêu chất lượng). Trong nghiên cứu này, các yếu tố đầu vào là các thông số của quá trình ép như nhiệt độ, áp suất, thời gian. Các đáp ứng đầu ra là các chỉ tiêu cơ lý quan trọng của gạch WPC như độ bền uốn, độ bền kéo và độ hấp thụ nước. Dựa trên các yếu tố này, một ma trận thí nghiệm được xây dựng, trong đó mỗi hàng đại diện cho một thí nghiệm với một tổ hợp thông số cụ thể. Các thí nghiệm sau đó được tiến hành theo đúng ma trận đã thiết kế, và kết quả của các chỉ tiêu chất lượng được ghi lại một cách cẩn thận để phục vụ cho bước phân tích tiếp theo.

4.2. Xử lý số liệu và xác định các thông số làm việc tối ưu

Sau khi thu thập đầy đủ dữ liệu, bước tiếp theo là xử lý và phân tích bằng các công cụ thống kê. Mục tiêu là xác định mức độ ảnh hưởng của từng thông số (và sự tương tác giữa chúng) lên từng chỉ tiêu chất lượng. Phân tích phương sai (ANOVA) là một công cụ thường được sử dụng để đánh giá tầm quan trọng của các yếu tố. Dựa trên kết quả phân tích, một mô hình dự báo được xây dựng, cho phép ước tính chất lượng sản phẩm với bất kỳ bộ thông số nào trong phạm vi nghiên cứu. Cuối cùng, thông qua các phương pháp tối ưu hóa, nghiên cứu sẽ xác định được bộ thông số làm việc hợp lý nhất—là tổ hợp các giá trị nhiệt độ, áp suất, và thời gian—để sản xuất gạch lót sàn WPC đạt chất lượng cao nhất.

V. Kết quả về ảnh hưởng của lực ép đến cường độ gạch WPC

Kết quả từ quá trình thực nghiệm đã cung cấp những hiểu biết sâu sắc về mối quan hệ giữa các thông số ép và chất lượng gạch WPC. Nghiên cứu đã chứng minh một cách định lượng rằng ảnh hưởng của lực ép đến cường độ gạch là rất đáng kể. Cụ thể, khi tăng áp suất ép trong một khoảng nhất định, các hạt bột gỗ và nhựa được nén chặt hơn, làm giảm độ rỗng của vật liệu. Điều này dẫn đến sự cải thiện rõ rệt về các đặc tính cơ học, bao gồm độ bền uốn và độ bền kéo. Tuy nhiên, nếu áp suất vượt quá một ngưỡng tối ưu, nó có thể gây ra ứng suất dư bên trong vật liệu, làm giảm độ dẻo dai. Tương tự, nhiệt độ ép cũng có một khoảng tối ưu. Nhiệt độ quá thấp làm nhựa không đủ chảy dẻo để liên kết, trong khi nhiệt độ quá cao có thể làm phân hủy xenlulo trong gỗ, làm suy giảm độ bền. Những phát hiện này khẳng định tầm quan trọng của việc kiểm soát chặt chẽ các thông số trong quy trình sản xuất gạch không nung từ WPC, cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết lập quy trình sản xuất công nghiệp hiệu quả.

5.1. Đánh giá cường độ chịu nén của gạch theo thông số ép

Mặc dù luận văn tập trung vào độ bền kéo và uốn, các kết quả này có mối tương quan chặt chẽ với cường độ chịu nén của gạch. Một vật liệu có cấu trúc đặc, liên kết tốt giữa các thành phần sẽ thể hiện độ bền cao ở cả ba trạng thái chịu lực. Kết quả thực nghiệm cho thấy, việc lựa chọn đúng tổ hợp áp suất và nhiệt độ ép giúp tối đa hóa mật độ của gạch WPC, từ đó cải thiện đáng kể khả năng chịu tải. Các thông số ép tối ưu giúp các chuỗi polyme và sợi gỗ sắp xếp một cách hợp lý, tạo ra một cấu trúc chịu lực hiệu quả. Đây là bằng chứng thuyết phục cho thấy việc tối ưu hóa thông số công nghệ là chìa khóa để sản xuất ra các sản phẩm gạch WPC có chất lượng vượt trội.

5.2. Tối ưu độ hút nước của vật liệu gạch lát nền WPC

Đối với gạch lót sàn, đặc biệt là khu vực ngoài trời, độ hút nước của vật liệu là một chỉ tiêu chất lượng cực kỳ quan trọng. Nước có thể làm vật liệu trương nở, biến dạng và giảm tuổi thọ. Nghiên cứu cho thấy các thông số ép có ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ số này. Khi ép với áp suất và nhiệt độ tối ưu, các khoảng trống vi mô bên trong vật liệu được loại bỏ, tạo ra một bề mặt đặc chắc và ít thấm nước hơn. Kết quả kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM D570 đã chứng minh rằng các mẫu gạch được sản xuất với bộ thông số tối ưu có tỷ lệ hấp thụ nước thấp hơn đáng kể so với các mẫu khác. Điều này không chỉ nâng cao độ bền của sản phẩm mà còn giúp gạch WPC cạnh tranh tốt hơn so với gỗ tự nhiên.

VI. Ứng dụng và tương lai cho vật liệu tái chế làm gạch WPC

Những kết quả của luận văn không chỉ mang ý nghĩa học thuật mà còn có tiềm năng ứng dụng thực tiễn to lớn. Việc xác định thành công các thông số làm việc hợp lý cho phép xây dựng một quy trình sản xuất gạch không nung từ WPC một cách khoa học và hiệu quả. Các doanh nghiệp có thể áp dụng trực tiếp các thông số này để cải tiến dây chuyền sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí. Sự thành công của gạch WPC mở đường cho việc phát triển các loại vật liệu tái chế làm gạch khác, góp phần giải quyết vấn đề rác thải công nghiệp và sinh hoạt. Trong tương lai, công nghệ ép composite có thể được mở rộng để sử dụng các nguồn phế thải khác như mạt đá, phế thải xây dựng hay thậm chí là tro bay, xỉ lò cao. Việc này không chỉ tạo ra các vật liệu xây dựng mới có giá trị kinh tế mà còn thúc đẩy mạnh mẽ mô hình kinh tế tuần hoàn tại Việt Nam. Để đảm bảo chất lượng và an toàn, các sản phẩm mới này cần được kiểm định và tuân thủ chặt chẽ các Tiêu chuẩn Việt Nam về gạch (TCVN).

6.1. Xây dựng quy trình sản xuất gạch WPC hiệu quả bền vững

Từ những kết quả nghiên cứu, một quy trình sản xuất chuẩn có thể được thiết lập. Quy trình này bao gồm các bước từ xử lý nguyên liệu, phối trộn, cho đến công đoạn ép với các thông số đã được tối ưu hóa. Việc chuẩn hóa quy trình giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra ổn định, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật khắt khe. So với công nghệ ép gạch terrazzo hay gạch nung truyền thống, quy trình sản xuất gạch WPC tiêu thụ ít năng lượng hơn và không phát thải khí nhà kính, phù hợp với xu hướng xây dựng xanh và bền vững. Đây là một hướng đi đầy hứa hẹn cho ngành vật liệu xây dựng Việt Nam.

6.2. Hướng phát triển gạch block tự chèn từ các nguồn phế thải

Thành công của nghiên cứu về WPC là tiền đề để khám phá tiềm năng của các vật liệu composite khác. Phương pháp luận về quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa thông số có thể được áp dụng để nghiên cứu sản xuất các loại vật liệu xây dựng từ nhiều nguồn phế thải đa dạng. Ví dụ, có thể nghiên cứu kết hợp phế thải nhựa với các loại cốt liệu khác như mạt đá, xỉ lò cao để tạo ra các sản phẩm như gạch block tự chèn. Những sản phẩm này không chỉ giúp tận dụng nguồn tài nguyên thứ cấp khổng lồ mà còn có thể sở hữu những đặc tính ưu việt như trọng lượng nhẹ, cách âm, cách nhiệt tốt, mở ra một thế hệ vật liệu xây dựng mới, thân thiện với môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Khái quát chung về vật liệu gỗ nhựa 1. Giới thiệu chung Nhựa Gỗ (WPC – Wood Plastic Composite) là một loại nguyên liệu tổng hợp, được tạo thành từ bột gỗ và nhựa. Ngoài nhựa và bột gỗ, WPC còn có thể chứa một số chất phụ gia làm đầy có gốc cellulose hoặc vô cơ.

Do đó, WPC còn có thể được gọi là vật liệu composite nhựa sợi tự nhiên hay sợi tự nhiên được gia cường bằng nhựa.1: Nguyên liệu chính hình thành nên WPC 4 Trong những năm gần đây, WPC được nghiên cứu thành công tại Mỹ và đã phát triển rất mạnh ở nhiều nước trên thế giới như Nhật, Mỹ, Phần Lan, Đức, Thụy điển, Nga, Trung Quốc. WPC có nhiều ứng dụng trên thị trường, đặc biệt là sử dụng làm vật liệu thô. Nhựa gỗ được sử dụng rộng rãi nhất trong các công trình ngoài trời như lãnh vực ván sàn ngoài trời, ngoài ra còn có thể ứng dụng làm lan can, hàng rào ngoài trời, gỗ trang trí, tấm chắn, ghế công viên, khung bao cửa và cửa sổ,. hoặc có thể làm đồ gỗ nội ngoại thất.

Các nhà sản xuất khẳng định nhựa gỗ thân thiện môi trường hơn, và tốn ít chi phí bảo trì hơn các loại gỗ rắn xử lý khác. Ngoài bị nứt nẻ, bị rạn, các loại gỗ rẵn xử lý này còn có thể bị mối mọt, mục rữa nhanh do môi trường ẩm ướt bên ngoài. Những lợi thế của WPC so với các vật liệu khác như ván dăm, ván sợi là có thể tạo ra các hình dạng phức tạp khác nhau và hoàn toàn có thể tái chế sử dụng.2: Ứng dụng WPC trang trí ngoài trời 5 Hình 1.3: Ứng dụng WPC lót nền Hình 1.4: Ứng dụng WPC hàng rào lang can Hình 1.5: Ứng dụng WPC làm ghế 6 Hình 1.6: Ứng dụng WPC trang trí nội thất Nhựa gỗ hiện vẫn là một loại vật liệu rất mới so với lịch sử phát triển lâu dài của gỗ tự nhiên trong ứng dụng làm vật liệu xây dựng, nhưng nó có thể thay thế gỗ trong hầu hết trường hợp không chịu lực (non-structural). Nhựa gỗ được hình thành từ gỗ, (như mùn cưa, sợi bột giấy, vỏ đậu phộng, tre nứa, trấu, .) và nhựa (có thể sử dụng nhựa HDPE, PVC, PP, ABS, PS,.

Bột nhựa gỗ được trồn đều, đồng nhất, sau đó được đùn hoặc ép thành các hình dạng theo yêu cầu. Các phụ gia như chất tạo màu, chất tạo nối, chất ổn định, chất gia cường, chất tạo nổi,. sẽ giúp cho sản phẩm cuối cùng phù hợp cho nhiều hướng ứng dụng.7: Hỗn hợp nhựa WPC 7 Một lợi thế lớn của gỗ - nhựa so với gỗ là khả năng có thể tạo hình thành hầu hết các hình dạng không gian theo yêu cầu. Nó dễ dàng uốn, và cố định để tạo thành các đường cong lớn.

Do sự kết hợp trong quá trình sản xuất, nhựa gỗ vừa có tính chất như gỗ: Có thể gia công bằng các công cụ mộc truyền thống. Đồng thời, nhựa gỗ vừa có tính chất như nhựa: Khả năng chống ẩm và chống mục nát, mặc dù độ cứng chắc không bằng gỗ thường, và có thể hơi biến dạng trong môi trường thời tiết cực nóng. Sản xuất các vật liệu thành phần bao gồm bột gỗ và nhựa là bước đầu trong quá trình hình thành sản phẩm WPC. Trong bước tiếp theo, bột gỗ hoặc sợi gỗ được kết hợp với nhiệt dẻo nóng chảy để tạo nên một hỗn hợp đồng nhất.

Hai phương pháp phổ biến để sản xuất WPC là đùn và đúc áp lực. Ưu – nhược điểm của composite gỗ - nhựa 1. Ưu điểm + Dễ bảo quản - có thể được sơn hoặc nhuộm màu (nếu cần thiết). + Khả năng chống ẩm tốt.

+ Thân thiện với môi trường - sử dụng vật liệu tái chế và bản thân chúng có thể tái chế được. + Có thể được gia công và lắp ghép giống như gỗ. + Không cần bảo trì thường xuyên. Nhược điểm + Giá thành cao hơn các sản phẩm tương tự sản xuất từ các vật liệu khác + Nặng hơn gỗ hơn 2 lần (Tỷ trọng của WPC là 0,95-1,46 và gỗ là 0,35-0,5949).

+ WPC dễ phân hủy, mức độ phụ thuộc vào tỉ lệ gỗ (ví dụ như bị nấm móc khi không sử dụng chất bảo quản). 8 + Bị lão hóa bởi tia cực tím khi ứng dụng ngoài trời. Tình hình sản xuất và phát triển của ngành công nghiệp gỗ nhựa 1. Trên thế giới Composite gỗ nhựa đã được sử dụng ở Mỹ từ lâu.

Mặc dù, nó chỉ mới phát triển mạnh trong những năm gần đây. Trong đó, tấm panel trước của xe hơi bằng WPC là một trong những ứng dụng đầu tiên của loại vật liệu này. Trong tình hình biến đổi khí hậu như hiện nay thì việc bảo vệ rừng là việc làm chung của cả thế giới. Muốn bảo vệ rừng hiệu quả thì chúng ta cần phải tìm ra một vật liệu có thể thay thế được cho gỗ tự nhiên và WPC là sự thay thế tốt nhất.

Vào những trước năm 90, thị trường WPC ở Mỹ đã phát triển một cách ấn tượng với tốc độ tăng trưởng gấp đôi hàng năm do những đặc tính về chi phí bảo dưỡng thấp, chống lại sự tác động của môi trường, chi phí sản xuất thấp hơn, … Hiện nay, WPC vẫn chỉ chiếm một phần nhỏ trong ngành công nghiệp gỗ nhưng nó vẫn đang phát triển với tốc độ rất nhanh. Do giá thành sản xuất giảm và đặc tính của WPC không ngừng được nâng cao ngày càng có thể thay thế gần như hoàn toàn gỗ tự nhiên. Hiện nay, WPC được sử dụng ở nhiều quốc gia như: Nhật, Mỹ, Phần Lan, Đức, Trung Quốc, … Mà điển hình là thị trường Mỹ 9 Bảng 1. Nhu cầu WPC ở Mỹ (USD) Năm 1992 1996 2001 2006 2011 Nền và sàn 97 195 410 990 2485 Trang Trí 115 218 330 430 580 Hàng rào chắn 12 55 160 315 560 Hệ thống cửa 1 15 65 135 240 Ứng dụng khác 47 75 105 170 245 Tổng nhu cầu 272 558 1070 1950 4110 Hình 1.8: Biểu đồ nhu cầu sản phẩm gỗ nhựa theo các năm 1.

Ở Việt Nam Hàng năm ngành công nghiệp chế biến gỗ nước ta phải nhập khẩu từ 3.5 - 4 triệu m3 gỗ tròn. Trong khi đó lượng phế liệu trong sản xuất chế biến gỗ phụ thuộc vào nguyên liệu, kích thước tạo sản phẩm, công suất thiết bị và 10 thường chiếm tỷ trọng từ 45-63% thể tích nguyên liệu. Như vậy có thể thấy lượng phế liệu gỗ rất lớn và hiện nay sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để sử dụng hiệu quả lượng phế liệu gỗ này nhằm nâng cao tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu đồng thời bảo vệ được môi trường.

Phế liệu chất dẻo từ các loại nhựa của đồ dùng trong sinh hoạt rất đa dạng và phong phú. Phế liệu này chủ yếu có nguồn gốc từ Polypropylen (PP), Polyethylene (PE) và Polyvinyl cloride (PVC). Số liệu điều tra chính xác về lượng nhựa phế thải trong toàn quốc chưa được thực hiện, tuy nhiên theo kết quả điều tra năm 2002 của viện vật liệu xây dựng cho thấy lượng nhựa phế thải trong rác thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội là khá cao (từ 7 đến 8%). Nếu tính lượng rác thải trung bình của Hà Nội là 18.000 tấn/ngày thì mỗi ngày Hà Nội thải ra khoảng trên 120 tấn nhựa phế thải.

Nguồn nguyên liệu (phế liệu chất dẻo và phế liệu gỗ) để sản xuất vật liệu WPC có tiềm năng rất lớn. Hiện nay, các nghiên cứu về vật liệu WPC ở Việt Nam còn ít được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất. Do đó việc nghiên cứu tạo vật liệu WPC ở nước ta có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, mở ra xu hướng mới trong sử dụng hiệu quả nguyên liệu gỗ và tạo vật liệu mới thay thế gỗ tự nhiên trong xây dựng và nội thất, đặc biệt có ý nghĩa trong việc bảo vệ môi trường. Các công trình nghiên cứu về gỗ - nhựa 1.

Trên thế giới Tại một số quốc gia, vật liệu phức hợp gỗ nhựa được đưa vào ứng dụng từ những năm giữa thế kỷ 20. Thập niên 80 của thể kỷ 20 Italia tạo vật liệu hỗn hợp sử dụng 50% bột gỗ và 50% nhựa pp được gọi là wood-stock. Vật liệu phức hợp gỗ nhựa có các ưu thế như giá thành rẻ, cường độ tốt, độ cứng cao, được hãng ôtô Ford sử dụng trong đồ nội thất ô tô, đến nay đã được sử 11 dụng rộng rãi. Năm 2004 khi mà châu âu và Nhật bản đóng cửa rừng thì sản phẩm gỗ nhựa là sản phẩm thay thế số 1 cho vật liệu gỗ tự nhiên.

Những năm 90 của thế kỷ 20 thì sợi thực vật kết hợp với vật liệu nhựa hình thành lên vật liệu phức hợp gỗ nhựa là sản phẩm lựa chọn hàng đầu, đây là giai đoạn đưa sản phẩm ứng dụng vào thực tế, nhưng sản phẩm chủ yếu được ứng dụng vào tạo ván, đóng thùng…Những năm gần đây trên thế giới kỹ thuật sản xuất các sản phẩm từ vật liệu gỗ nhựa phát triển lên một tầm cao mới, bổ xung phát triển thành phần bột gỗ làm biến tính vật liệu nhựa. Tại Nhật bản sản phẩm nổi tiếng là “Tình yêu với gỗ” là một ví dụ cụ thể; công ty Xiede của canada phát triển và sản xuất các sản phẩm từ vật liệu phức hợp gỗ nhựa(sử dụng phương pháp phun và phương pháp nén áp); tại Autralia, Hàn quốc đều có các công ty sản xuất từ vật liệu này. Vật liệu phức hợp gỗ đã trở thành một ngành công nghiệp phát đạt tại châu Âu, điển hình là sử dụng nội thất xe hơi, như tại Mỹ có tập Ford, GM; tại Đức thì có Volkswagen; Audi, Nhật bản có Toyota, Honda, Nisan các hãng xe đều sử dụng vật liệu phức hợp gỗ nhựa trong làm ván cửa trước, cửa sau và làm giá đỡ, hộp đựng hành lý với những ứng dụng khác nhau. Năm 2004, chỉ tính riêng tại Mỹ vật liệu WPC sử dụng trong xây dựng đã chiếm tỷ lệ 15% -20% trong tổng số các loại vật liệu gỗ.

Lĩnh vực sử dụng vật liệu composite gỗ-nhựa rất rộng rãi: làm ván sàn, ván ốp tường, ván phủ mặt, khung cửa sổ, cửa đi, đồ dùng ngoài trời, sàn tàu, khung cửa sổ, cửa đi, các chi tiết mộc, trang trí, dụng cụ thể thao… Vật liệu Composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, khoảng 5.000 năm trước Công nguyên người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu composite vào cuộc sống (ví dụ: sử dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo sự dãn nở trong quá trình nung đồ gốm). Người Ai Cập đã biết vận dụng vật liệu Composite từ khoảng 3.