Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng bã cà phê làm độn gia cường cho vật liệu composite

• Tác giả: Đinh Quang Cương
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng bã cà phê làm độn gia cường cho vật liệu composite
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• TÓM TẮT ĐỀ TÀI
• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về vật liệu composite
• 1.2. Khái niệm vật liệu composite
• 1.3. Cấu tạo vật liệu composite
• 1.4. Vật liệu gia cường
• 1.5. Tính chất vật liệu composite
• 1.6. Phân loại vật liệu composite
• 1.7. Một số phương pháp gia công vật liệu composite
• 1.8. Ứng dụng của vật liệu trong đời sống
• 1.9. Tổng quan về nguyên liệu
• 1.10. Phương pháp nghiên cứu
• 1.10.1. Phương pháp chế tạo vật liệu composite
• 1.10.2. Phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 1.10.3. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.10.4. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DSC)
• 1.10.5. Phương pháp kiểm tra cơ tính
• 1.11. Tình hình nghiên cứu
• 1.11.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.11.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.12. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị
• 1.13. Phương pháp thực nghiệm và nội dung nghiên cứu
• 1.13.1. Quy trình xử lý bã cà phê
• 1.13.2. Quy trình gia công vật liệu composite
• 1.13.3. Phương pháp thực nghiệm
• 1.13.4. Phương pháp hồng ngoại biến đổi FTIR
• 1.13.5. Phương pháp phân tích nhiệt quét vi sai DSC
• 1.13.6. Kính hiển vi điện tử quét SEM
• 1.13.7. Phương pháp đo cơ tính
• 1.13.8. Độ hấp thụ dung môi
• 2. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
• 2.1. Xử lý bã cà phê
• 2.2. Kết quả khảo sát thời gian ngâm trong dung môi bằng phương pháp FTIR
• 2.3. Kết quả quan sát bề mặt của bã cà phê trước và sau xử lý bằng kính hiển vi điện tử quét SEM
• 2.4. Kết quả xác định thời gian gia công và nhiệt độ gia công vật liệu composite
• 2.5. Khảo sát sự ảnh hưởng hàm lượng urotropin đến cơ tính vật liệu
• 2.6. Khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ giữa bã cà phê và nhựa novolac
• 2.7. Kết quả SEM
• 2.8. Kết quả đo độ bền uốn và độ bền kéo
• 2.9. Khảo sát sự ảnh hưởng của mật độ vật liệu composite đến cơ tính vật liệu
• 2.10. Khảo sát cấu trúc hình thái và cơ tính của mẫu composite từ bã cà phê trước và sau xử lý
• 2.11. Kết quả SEM
• 2.12. Kết quả cơ tính
• 2.13. Khảo sát ảnh hưởng của sợi thủy tinh đến hình thái học và cơ tính của sản phẩm composite
• 2.14. Kết quả hình ảnh SEM
• 2.15. Kết quả đo độ bền uốn
• 2.16. Khảo sát khả năng hấp thụ dung môi của vật liệu composite với tỷ lệ bã cà phê trên nhựa khác nhau
• 2.17. Kết quả hấp thụ nước
• 2.18. Kết quả hấp thụ hexan
• 2.19. Khảo sát hình thái học và độ bền dung môi của vật liệu composite sau khi ngâm trong dung môi với các tỷ lệ giữa bã cà phê và nhựa khác nhau
• 2.20. Kết quả SEM
• 2.21. Kết quả độ bền uốn
• 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về vật liệu composite

Vật liệu composite là loại vật liệu được tạo thành từ sự kết hợp của hai hoặc nhiều thành phần khác nhau, mang lại tính chất vượt trội so với các vật liệu ban đầu. Các thành phần chính bao gồm vật liệu nền và vật liệu gia cường. Vật liệu nền đóng vai trò liên kết và bảo vệ vật liệu gia cường, trong khi vật liệu gia cường cung cấp các tính chất cơ học như độ bền, độ cứng và khả năng chống ăn mòn. Composite được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hàng không, ô tô, và xây dựng nhờ tính linh hoạt và đa dạng của nó.

1.1. Khái niệm vật liệu composite

Vật liệu composite là sự kết hợp của hai hoặc nhiều vật liệu khác nhau để tạo ra một vật liệu mới có tính chất ưu việt. Các thành phần chính bao gồm vật liệu nền và vật liệu gia cường, cùng với các chất phụ gia để cải thiện tính năng. Sự kết hợp này giúp tạo ra các sản phẩm có độ bền, độ cứng và trọng lượng nhẹ, phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp.

1.2. Cấu tạo vật liệu composite

Cấu tạo của vật liệu composite bao gồm vật liệu nền và vật liệu gia cường. Vật liệu nền đóng vai trò liên kết và bảo vệ vật liệu gia cường, đồng thời truyền ứng suất từ môi trường lên vật liệu gia cường. Vật liệu gia cường, thường là các sợi như sợi thủy tinh hoặc sợi carbon, cung cấp các tính chất cơ học cần thiết. Sự kết hợp này tạo ra một cấu trúc đồng nhất và ổn định.

II. Nghiên cứu sử dụng bã cà phê làm độn gia cường

Bã cà phê được nghiên cứu như một chất độn gia cường cho vật liệu composite nhằm tận dụng nguồn phế phẩm và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Bã cà phê được xử lý và kết hợp với nhựa novolac để tạo ra vật liệu composite dạng tấm. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu như hàm lượng urotropin, tỷ lệ bã cà phê trên nhựa, và mật độ composite được đánh giá thông qua các phương pháp phân tích như DSC, SEM, và các tiêu chuẩn ASTM.

2.1. Xử lý bã cà phê

Bã cà phê được xử lý để loại bỏ dầu và các tạp chất, sau đó được sử dụng làm chất độn gia cường cho vật liệu composite. Quá trình xử lý bao gồm ngâm bã cà phê trong dung môi hexan và phân tích bằng phương pháp FTIR để đánh giá hiệu quả xử lý. Kết quả cho thấy bề mặt bã cà phê sau xử lý mịn hơn và tránh được tình trạng kết khối.

2.2. Chế tạo vật liệu composite

Vật liệu composite được chế tạo bằng phương pháp ép nhiệt, kết hợp bã cà phê với nhựa novolac và urotropin. Các mẫu composite được đánh giá về tính chất cơ học thông qua các tiêu chuẩn ASTM D638 và ASTM D790. Kết quả cho thấy hàm lượng urotropin và tỷ lệ bã cà phê trên nhựa ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học của vật liệu.

III. Kết quả và ứng dụng

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu composite từ bã cà phê có tính chất cơ học tốt, đặc biệt khi tỷ lệ bã cà phê trên nhựa nằm trong khoảng 4-6 phần. Vật liệu cũng thể hiện tính ổn định cao trong dung môi hexan, với độ hấp thụ thấp hơn so với nước. Nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng bã cà phê trong sản xuất các sản phẩm composite thân thiện với môi trường, góp phần giảm thiểu chất thải và ô nhiễm.

3.1. Tính chất cơ học

Các mẫu vật liệu composite được đánh giá về độ bền uốn và độ bền kéo. Kết quả cho thấy hàm lượng urotropin và tỷ lệ bã cà phê trên nhựa ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học. Độ bền uốn và độ bền kéo đạt giá trị cao nhất khi hàm lượng urotropin là 14% và tỷ lệ bã cà phê trên nhựa là 5:5.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Vật liệu composite từ bã cà phê có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực như sản xuất ván ép, cửa, và vách ngăn. Nghiên cứu này không chỉ tận dụng nguồn phế phẩm mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, mang lại hiệu quả kinh tế và sinh thái.