ĐẶT VẤN ĐỀ Đã từ lâu, con ngƣời luôn thích sử dụng các sản phẩm từ gỗ trong sinh hoạt hàng ngày của mình. Nhƣng cũng chính vì vậy, gỗ ngày càng cạn kiệt, rừng nguyên sinh bị tàn phá, đòi hỏi con ngƣời phải tìm ra những loại vật liệu mới thay thế gỗ tự nhiên. Công nghệ ván nhán nhân tạo là một trong những ngành đi đầu trong việc sử dụng hiệu quả gỗ và lâm sản ngoài gỗ, đồng thời, nghiên cứu tạo ra các vật liệu mới có thể thay thế những vật liệu trên mà vẫn đảm bảo thẩm mỹ và các tính chất đặc trƣng của những vật liệu đó. Theo xu thế hiện nay, việc nghiên cứu và sản xuất vật liệu composite đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là composite tre – gỗ.
Tre là loại vật liệu gắn liền với đời sống của ngƣời dân Việt Nam, tre có những tính chất vƣợt trội so với gỗ nhƣ: cƣờng độ cao, tính mềm mại tốt, khả năng chịu mài mòn cao…, nhƣng nó cũng có nhƣợc điểm là đƣờng kính nhỏ, tỷ lệ lợi dụng thấp, cƣờng độ thấp, ứng lực dƣ lớn…Do đó, thông qua việc nghiên cứu đối với loại vật liệu composite tre – MDF có thể phát huy tốt nhất ƣu điểm của 2 loại vật liệu này, và hạn chế những nhƣợc điểm của chúng. Ngoài ra, việc nghiên cứu sản xuất vật liệu composite tre – MDF sẽ thúc đẩy việc lợi dụng đối với nguồn tài nguyên gỗ mọc nhanh rừng trồng, và tài nguyên lâm sản ngoại gỗ của nƣớc ta. Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ ép tới chất lƣợng dán dính của vật liệu composite tre – MDF” 1 Phần 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về vật liệu composite 1.
Khái niệm Vật liệu composite là vật liệu đƣợc chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ƣu việt hơn hẳn vật liệu ban đầu. Vật liệu composite đƣợc cấu tạo từ các thành phần cốt nhằm đảm bảo cho composite có đƣợc các đặc tính cơ học cần thiết và vật liệu nền đảm bảo cho các thành phần của composite liên kết, làm việc hài hoà với nhau [1]. Lịch sử hình thành và phát triển Vật liệu composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, khoảng 5.000 năm trƣớc Công nguyên ngƣời 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). Ngƣời Ai Cập đã biết vận dụng vật liệu composite từ khoảng 3.000 năm trƣớc Công nguyên, sản phẩm điển hình là vỏ thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum về sau này các thuyền đan bằng tre chát mùn cƣa và nhựa thông hay các vách tƣờng đan tre chát bùn với rơm, dạ là những sản phẩm composite đƣợc áp dụng rộng rãi trong đời sống xã hội.
Sự phát triển của vật liệu composite đã đƣợc khẳng định và mang tính đột biến vào những năm 1930 khi mà Stayer và Thomas đã nghiên cứu, ứng dụng thành công sợi thuỷ tinh; Fillis và Foster dùng gia cƣờng cho Polyeste không no và giải pháp này đã đƣợc áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo máy bay, tàu chiến phục vụ cho đại chiến thế giới lần thức hai. Năm 1950 bƣớc đột phá quan trọng trong ngành vật liệu composite đó là sự xuất hiện nhựa Epoxy và các sợi gia cƣờng nhƣ Polyeste, nylon,… Từ năm 1970 đến nay vật liệu composite nền chất dẻo đã đƣợc đƣa vào sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và dân dụng, y tế, thể thao, quân sự,. Ƣu điểm Tính ƣu việt của vật liệu composite là khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các kết cấu sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn, các thành phần cốt của composite có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật liệu nền luôn đảm bảo cho các thành phần liên kết hài hoà tạo nên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trƣờng Một trong các ứng dụng có hiệu quả nhất đó là composite polymer, đây là vật liệu có nhiều tính ƣu việt và có khả năng áp dụng rộng rãi, tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao, chịu môi trƣờng, dễ lắp đặt, có độ bền riêng và các đặc trƣng đàn hồi cao, bền vững với môi trƣờng ăn mòn hoá học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp. Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ triển khả đƣợc các thủ pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất.
Phân loại vật liệu composite Vật liệu composite đƣợc phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật liệu thành phần.1 - Phân loại theo hình dạng a. Vật liệu composite độn dạng sợi: Khi vật liệu tăng cƣờng có dạng sợi, ta gọi đó là composite độn dạng sợi, chất độn dạng sợi gia cƣờng tăng cơ lý tính cho polymer nền. Vật liệu composite độn dạng hạt : Khi vật liệu tăng cƣờng có dạng hạt, các tiểu phân hạt độn phân tán vào polymer nền. Hạt khác sợi ở chỗ nó không có kích thƣớc ƣu tiên.2 - Phân loại theo bản chất, thành phần a.
Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt có dạng: sợi hữu cơ (polyamide, kevlar…), Sợi khoáng (thủy tinh, carbon…), sợi kim loại (Bo, nhôm. Composite nền kim loại: nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Nhôm,…) cùng với độn dạng hạt: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng ( Si, C)… 3 c. Composite nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)… 1. Thế giới Với lịch sử phát triển phong phú của mình, vật liệu composite đã đƣợc nhiều nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới biết đến.
Việc nghiên cứu và áp dụng thành công vật liệu này đã đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới áp dụng. Đại chiến thế giới thứ hai nhiều nƣớc đã sản xuất mày bay, tàu chiến và vũ khi phụ vụ cho cuộc chiến này. Cho đến nay thì vật liệu composite polymer đã đƣợc sử dụng để chế tạo nhiều chi tiết, linh kiện chế tạo ôtô; Dựa trên những ƣu thế đặc biệt nhƣ giảm trọng lƣợng, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc. Ngành hàng không vũ trụ sử dụng vật liệu này vào việc cuốn cánh máy bay, mũi máy bay và một số linh kiện, máy móc khác của các hãng nhƣ Boeing 757, 676 Airbus 310… Trong ngành công nghiệp điện tử đƣợc sử dụng để sản xuất các chi tiết, các bảng mạch và các linh kiện.
Ngành công nghiệp đóng tàu, xuồng, ca nô; các ngành dân dụng nhƣ y tế (hệ thống chân, tay giả, răng giả, ghép sọ…, ngành thể thao, các đồ dùng thể thao nhƣ gậy gôn, vợt tennis… và các ngành dân dụng, quốc tế dân sinh khác. Việt Nam Vật liệu composite đƣợc áp dụng hầu hết ở các ngành, các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Tính riêng nhựa dùng để sản xất vật liệu composite đƣợc tiêu thụ ở Việt Nam khoảng 5.000 tấn mỗi năm; tại Hà Nội đã có nhiều đề tài nghiên cứu về composite cấp thành phố đƣợc tuyển chọn, theo đó vật liệu composite đƣợc sử dụng nhiều trong đời sống xã hội. Tại khoa răng hàm mặt của bệnh viện trung ƣơng Quân đội 108 đã sử dụng vật liệu composite vào trong việc ghép răng thƣa, các ngành thiết bị giáo dục, bàn ghế, các giải phân cách đƣờng giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trƣợt, máng hứng và ghế ngồi, mái che của các nhà thi đấu, các sân vận động và các trung tâm 4 văn hoá…Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu composite vào các lĩnh vực điện dân dụng, hộp công tơ điện, sào cách điện, đặc biệt là sứ cách điện.
Trong công nghiệp sản xuất đồ mộc, vật liệu composite gỗ đƣợc dùng làm các chi tiết tấm phẳng nhƣ: mặt bàn, mặt ghế, giƣờng, cánh tủ, hồi tủ… Trong xây dựng nó đƣợc dùng làm trần nhà, vách ngăn, khuôn bê tông, trong nhiều trƣờng hợp ngƣời ta còn dùng vật liệu composite gỗ để làm các chi tiết chịu lực nhƣ dầm, xà, khung chịu lực, mái nhà, bậc cầu thang… Trong giao thông, vận tải, ngƣời ta sử dụng vật liệu composite gỗ, composite tre để làm sàn xe ôtô, vỏ tàu xe, toa tàu hỏa,… 1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng vật liệu composite tre - gỗ 1.1 Trên thế giới Nhƣ đã trình bày ở trên, lịch sử nghiên cứu và ứng dụng vật liệu composite đã có từ lâu. Song vật liệu composite gỗ và composite tre mới xuất hiện ở cuối thế kỷ 19 khi nghành công nghệ hóa học phát triển, tìm ra những loại keo dán mới và công nghệ sản xuất ván nhân tạo ra đời, đã tạo ra nhiều loại hình sản phẩm đa dạng. Trong những năm gần đây, nhiều quốc gia trên thế giới nhƣ Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Inđônêxia, Philippines,… đã nghiên cứu sử dụng nguyên liệu tre, để tạo ra nhiều loại sản phẩm nhƣ: Ván ép lớp tre (Mat Plybamboo), mành tre (Curtain Plybamboo), ván dán tre (Plybamboo), ván khuôn bê tông xây dựng (Buiding concrete moldboard), ván dăm tre, ván sàn tre.
Một số công trình nghiên cứu về vật liệu composite tre gỗ của các nƣớc trên thế giới nhƣ: - Năm 1994, Wang Siqun của trƣờng Đại học Nam Kinh – Trung Quốc đã “nghiên cứu tính ổn định kích thƣớc của ván tổng hợp sản xuất từ tre và gỗ sinh trƣởng nhanh”. Tác giả đã nghiên cứƣ sự ảnh hƣởng của keo dán, chiều dày dăm, tỷ lệ dăm tre, cấu trúc ván, khối lƣợng thể tích, đặc tính của tre, độ axit của nguyên liệu đến tính ổn định của ván. 5 Cũng vào năm 1994, Wang Siqun và Hua Yukun đã nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm định hƣớng từ nguyên liệu tổng hợp tre và gỗ Bạch Dƣơng (Composite Oriented Stand Board, Composite – OSB), các tác giả đã rút ra kết luận là ván OSB tạo từ tre và gỗ Bạch Dƣơng có độ bền rất cao; khi tăng tỷ lệ dăm tre thì khả năng ổn định kích thƣớc và cƣờng độ của ván tăng lên, nhƣng tỷ trọng của ván cũng tăng theo; keo P-F (Phenol-Formaldehyde) và U-F (Urea-Formmaldehyde) đều có thể sử dụng làm chất kết dính sản xuất ván OSB từ tre và gỗ Bạch Dƣơng đảm bảo các chỉ tiêu chất lƣợng của ván. - Năm 2005, các nhà khoa học Zhang Qisheng, Jiang Shenxue, Chen Liheng của Trung Quốc, đã nghiên cứu tạo ra vật liệu composite làm ván sàn containner từ tre và gỗ mọc nhanh có tỷ trọng thấp.
