ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(84).2014, QUYỂN 2

15

ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA TẤM CÁCH NHIỆT
SẢN XUẤT TỪ CÁC PHẾ PHẨM NƠNG NGHIỆP THEO CƠNG NGHỆ ÉP NĨNG
EVALUATING TECHNICAL FEATURES OF CEILING INSULATION SHEETS
PRODUCED FROM AGRICULTURAL WASTE WITH HOT PRESSING TECHNOLOGY
Võ Chí Chính1, Nguyễn Sĩ Miên2
1
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; Email:
2
Học viên cao học Khóa 26, ngành Nhiệt, Đại học Đà Nẵng; Email:
Tóm tắt - Hằng năm nước ta thải ra hằng chục tấn phế thải nông
nghiệp. Nguồn phế thải này chỉ được sử dụng một ít, số cịn lại gây
ơ nhiễm mơi trường. Trong các cơng trình đã cơng bố, chúng tơi
giới thiệu các kết quả nghiên cứu tấm cách nhiệt theo công nghệ
ép nguội, sử dụng loại keo 2 thành phần và ép ở nhiệt độ bình
thường. Sản phẩm thu được có nhiều tính chất kỹ thuật tốt, đáp
ứng các tiêu chí cơ bản của một loại vật liệu làm trần cho các cơng
trình xây dựng. Trong bài báo này, chúng tôi sẽ giới thiệu các kết
quả nghiên cứu bước đầu tấm cách nhiệt theo cơng nghệ ép nóng.
Nhờ cơng nghệ mới các sản phẩm thu được có chất lượng thẩm
mỹ, độ bền cao và an toàn đối với con người và mơi trường. Cơng
nghệ mới là cơng nghệ ép nóng với nhiệt độ ép trong khoảng 180200oC, sử dụng là keo PP. Sản phẩm, ngồi cơng dụng làm trần
cách nhiệt có thể làm vách ngăn hay mục đích khác.

Abstract - Annually, agriculture in our country releases dozens of
tons of agricultural waste. Only a small amount of this waste
source is used, the rest is polluting the environment. In some
previous publications, we introduced the results of research of

insulation sheets with cold pressing technology, using glue with two
components and agricultural waste in normal temperature
conditions. Products that we had obtained many good engineering
properties, meeting the basic criteria of a ceiling material for
construction . In this paper, we will present the initial results of
insulation sheets with hot pressing technology. Thanks to new
technology,new products obtained aesthetic quality, high
mechanical strength properties and safety for humans and the
environment. The new technology is hot pressing technology with
the temperature of 180-200oC, using PP adhesive . Products
obtained, in addition to being used for ceiling insulation, can be
used as bulkheads or for other purposes

Từ khóa - Phế phẩm nơng nghiệp; vật liệu làm trần; cách nhiệt;
phương pháp ép; ô nhiễm môi trường.

Key words - agricultural waste; ceiling materials; insulation;
molding/pressing methods; environmental pollution.

1. Đặt vấn đề
Hằng năm nền nông nghiệp nước ta thải bỏ ra môi
trường hằng chục triệu tấn phế phẩm nông nghiệp khác
nhau như: rơm rạ, trấu, xơ dừa, bã mía, thân cây ngơ, vỏ
đậu v.v…[1]. Ngồi ra, trong lâm nghiệp các loại thân,
cành lá của nhiều loại cây khai thác vẫn chưa có giải pháp
ứng dụng tốt. Đại bộ phận các nguồn nguyên liệu này lâu
nay đã bị thải bỏ rất lãnh phí và gây ơ nhiễm mơi trường.
Đặc biệt, nhiều loại phế phẩm nông nghiệp, sau khai thác
đã bị đem đốt gây ơ nhiễm khói trên diện rộng.
Có nhiều giải pháp sử dụng các nguồn nguyên liệu này,

nhưng tỷ lệ sử dụng chưa cao [2]. Chúng tôi, đã nghiên cứu
và đề xuất sử dụng làm loại vật liệu làm trần cách nhiệt cho
các cơng trình xây dựng.
Dưới đây là các các kết quả nghiên cứu ban đầu của
chúng tôi theo hướng này.

2.2. Máy đùn nguyên liệu
Để ép đùn nguyên liệu, chúng tôi sử dụng máy
Rheomex CEW100 QC, Haake - Đức, (Hình 1) thuộc khoa
Hóa trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng [3]. Công
dụng của máy đùn là để pha trộn nguyên liệu và các phụ
gia kết dính, tạo các viên nén nhỏ đồng đều về kích thước
và thành phần và gia nhiệt sơ bộ để chuyển cho máy ép.

2. Cơng nghệ ép nóng
2.1. Ngun liệu
Ngun liệu sử dụng chế tạo vật liệu cách nhiệt theo
phương pháp ép nóng gồm:
- Phế phẩm nơng nghiệp chủ yếu như: rơm rạ, trấu, bã
mía, xơ dừa, vỏ các loại đậu vv... được phơi khơ và xay nhỏ
theo kích cỡ cố định và hợp lý tùy theo từng loại nguyên
liệu khác nhau.
- Nhựa kết dính Polypropylene.
- Chất tương hợp.
Ngồi ra có thể sử dụng các loại nhựa khác như nhựa
bao nilon chẳng hạn vẫn có thể kết dính tốt.

Hình 1. Thiết bị ép đùn Rheomex CEW100 QC, Haake, Đức



Võ Chí Chính, Nguyễn Sĩ Miên

16

Cấu tạo máy ép được gồm ba vùng: Vùng vận chuyển
nguyên liệu, vùng gia nhiệt và vùng bơm. Việc gia nhiệt
cho nguyên liệu được thực hiện bằng điện trở bố trí bao bên
ngồi xy lanh. Khi gia nhiệt nhựa nóng chảy, tạo điện kiện
phối trộn đều với nguyên liệu. Máy đùn gồm các thiết bị
chính là: trục vít, xy lanh, thiết bị truyền động, thiết bị
gia nhiệt.
Xy lanh bao ngồi trục vít có độ cứng tương đối cao,
bên ngồi có gắn bộ gia nhiệt được điều khiển tự động. Đầu
định hình được lắp ở phía xuất liệu của trục vít và được gia
nhiệt bằng điện. Hệ thống truyền động gồm có động cơ
điện, bộ giảm tốc và thiết bị điều khiển.
Nhiệt độ nóng chảy của nhựa PP là khoảng 160-170oC
nên nhiệt độ trên máy đùn phải khoảng 180-200oC. Khi
nhiệt độ quá thấp nhựa sẽ nóng chảy không đều, nếu nhiệt
độ quá cao sẽ làm tăng phản ứng phân hủy nhựa và phế
phẩm nông nghiệp. Điều này sẽ thấy rõ trong các nghiên
cứu thử nghiệm độ bền vật liệu sau này.
Hỗn hợp đầu ra máy đùn có dạng sợi với đường kính
2mm được làm nguội rồi cắt tạo viên nén nhỏ (Hình 2) và
cho vào túi kín trước khi gia cơng tạo mẫu.
2.3. Máy ép panel
Gồm có các phần chính như: hệ thống khung, hệ truyền
động, hệ thống điều khiển và bộ gia nhiệt. Khi làm việc,
các tấm ép chuyển động lên xuống nhờ áp lực dầu tạo ra từ
hệ thống bơm với áp lực 13,8-20,7 MPa. Bộ gia nhiệt điện

trở gắn trực tiếp vào các tấm ép trên và tấm ép dưới để gia
nhiệt sản phẩm hai mặt. Nhiệt độ được điều chỉnh nhờ các
bộ cảm biến.
Máy ép có thể làm việc theo hai chế độ: tự động và
bằng tay.
Ở chế độ tự động, khi nhấn nút khởi động dầu thủy lực
được điều khiển đi vào phía dưới xy lanh đẩy piston chuyển
động đi lên, đến gần cuối quá trình thì thực hiện việc ép
nguyên liệu, đến một áp suất đã định thì dừng và chuyển
sang vị trí trung gian để duy trì áp suất trong một thời gian
nhất định đã lập trình trước. Sau thời gian ép, dầu được
điều kiển lên phía trên xy lanh và đẩy piston đi xuống, hồn
thành q trình ép và lấy sản phẩm ra.

Hình 2. Máy ép

2.5. Tấm cách nhiệt từ phế phẩm nơng nghiệp theo cơng
nghệ ép nóng
Chúng tôi đã chế tạo được nhiều mẩu cách nhiệt, đạt
chất lượng có thể làm trần cách nhiệt rất tốt, ngồi ra sản
phẩm có thể dùng làm vách cách nhiệt cho các cơng trình
xây dựng cũng được.
Trên Hình 3 là các mẩu sản phẩm từ trấu và mùn cưa.
Có thể nhận thấy chất lượng thẩm mỹ và cơ tính của sản
phẩm tốt hơn hẳn phương pháp ép nguội. Trong tương lai,
chúng tôi cần nghiên cứu loại keo cho phù hợp, tỷ lệ hòa
trộn, lực ép để vật liệu đạt được cơ tính phù hợp nhưng có
độ xốp rỗng cần thiết để giảm khối lượng và tăng hệ số
dẫn nhiệt.


Đối với chế độ làm việc bằng tay, thì các giai đoạn đều
được thực hiện bằng nút bấm.
2.4. Qui trình sản xuất
Qua quá trình nghiên cứu, chúng tơi xây dựng quy trình
ép các tấm panel theo cơng nghệ ép nóng như sau:
- Làm sạch khn.

Hình 3. Sản phẩm trần cách nhiệt

- Chống dính khuôn bằng sáp.

3. Đánh giá ảnh hưởng của một số nhân tố

- Cho viên nén vào khuôn và dầm chặt.

3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Cài đặt nhiệt độ tấm trên 180oCvà tấm dưới 170oC và
gia nhiệt, khi nhiệt độ đạt u thì đặt khn ngun liệu
vào và ép, khi tiếp xúc tấm trên thì dừng lại, duy trì trong
15 phút để viên nén nóng chảy đều và để bọt khí thốt ra.
Sau đó tiếp tục ép đến khi độ dày sản phẩm đạt yêu cầu thì
dừng lại, áp lực nén đạt 160 kG/cm2, trong khoảng 20 phút.

Thiết bị đo độ bền kéo và độ bề uốn AG-X plus,
Shimadzu, Nhật và việc đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ISO
527. Đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO 178. Mẫu được
tạo bằng phương pháp đúc tiêm có dạng hình thanh kích
thước (dài x rộng x dày: 80mm x 10mm x 4mm). Phương
pháp được chọn là phương pháp đo uốn 3 điểm.


- Ngừng gia nhiệt và làm lạnh bằng nước đến nhiệt độ
40oC thì hạ tấm dưới xuống và lấy sản phẩm ra.

Độ bền va đập được đo bằng thiết bị đo độ bền va đập
HIT 50P, Zwick/Roell, Đức.


ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(84).2014, QUYỂN 2

Bảng 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nén

Đại lượng
Độ bền kéo, Mpa
Độ bền uốn, Mpa
Độ bền va đập, KJ/m2

180oC
31.2
22
1.54

Nhiệt độ ép
190oC 200oC
34.1
31.7
26.9
23.3
1.61
1.49


dạng sợi và được cắt thành hạt có kích thước nhỏ ≤ 5mm.
Sau đó được đem đi tạo mẫu trong thiết bị đúc tiêm ở các
nhiệt độ tương ứng là 190oC và áp suất lần lượt là 40 bar,
50 bar, 60 bar và 70 bar.
Bảng 2. Ảnh hưởng của áp suất nén

Độ bền
Độ bền
kéo
Độ bền
uốn

Hình 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền sản phẩm

17

Panel 40 bar 50 bar 60 bar 70 bar
Trấu
28.8
36
38.7
40.5
Mùn cưa 29.1
34.6
36.7
37.4
Trấu
22.6
26.9

28.6
30
Mùn cưa 15.9
23.4
25.4
26.4

4. Các đặc tính kỹ thuật của vật liệu
4.1. Khả năng cách nhiệt
Khả năng cách nhiệt của sản phẩm được đánh giá bằng
hệ số dẫn nhiệt của vật liệu  (W/m.K). Để xác định hệ số
dẫn nhiệt chúng tôi đã tiến hành xác định bằng thực
nghiệm, thơng qua thiết bị ở Hình 7. Bên trong khối hộp
lập phương đặt 01 bóng đèn điện cơng suất 200W, nhiệt tỏa
ra và làm nóng bề mặt bên trong của khối hộp. Khi nhiệt
độ ổn định, tiến hành đó nhiệt độ trung bình bên trong của
các mặt và nhiệt độ bên ngồi.

Hình 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền va đập

Từ các kết quả xác định độ bền của các tấm vật liệu cho
thấy, độ bền của nó phụ thuộc nhiệt độ ép và ở có độ bền
cao ở một nhiệt độ nhất định nào đó. Nhiệt độ quá thấp hay
quá cao đều không tốt, phù hợp nhất là khoảng 190oC.
3.2. Ảnh hưởng của áp suất

Hình 7. Thiết bị thí nghiệm

Hệ số dẫn nhiệt của mẩu đo được xác định trong thí
nghiệm này là:

Q.
=
6.F .(t1 − t2 )

Trong đó:
Q – Cơng suất nguồn điện: Q=U.I, W;

X- Độ bền kéo của panel mùn cưa
- Độ bền kéo của Panel trấu
- Độ bền uốn của Panel trấu
◆- Độ bền uốn của Panel mùn cưa
Hình 6. Ảnh hưởng của áp suất nén đến độ bền của vật liệu

Trấu (mùn cưa/ bã mía) kích thước ≤ 0.85mm đem trộn
với nhựa PP với hàm lượng 70% khối lượng trong máy ép
đùn ở các nhiệt độ 190oC. Sản phẩm ra khỏi máy ép đùn ở

- Chiều dày mẩu: =0,017m;
F- Diện tích mặt cắt ngang của mẩu: F=0,6 x 0,6 =0,036 m2;
t1 – Nhiệt độ bề mặt nóng bên trong, oC;
t2 – Nhiệt độ bề mặt bên ngoài, oC.
Việc thực nghiệm tiến hành với 03 mẫu nhóm thử gồm:
mẩu thử làm từ trấu, bã mía và mùn cưa. Đối với mỗi mẫu
tiến hành nhiều lần đo đạc và lấy giá trị trung bình để đảm
bảo tính chính xác của phép đo. Thời gian để ổn định nhiệt
là 30 phút. Kết quả tính tốn trình bày trên Bảng 3.
Kết quả xác định hệ số dẫn nhiệt cũng được tiến hành
bằng thực nghiệm đo đạc trong khối hộp lập phương để làm
đối chứng. Từ các kết quả thực nghiệm cho thấy, hệ số dẫn
nhiệt của vật liệu tạo được có hệ số dẫn nhiệt khá kém,

tương đương hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu cách nhiệt
hiện nay là styrofor hoặc polyurethan.


Võ Chí Chính, Nguyễn Sĩ Miên

18

Bảng 3. Kết quả thí nghiệm và xác định hệ số dẫn nhiệt
Tên gọi
Điện áp của bộ đốt, V
Dòng điện của bộ đốt, A
Nhiệt độ tại bề mặt nóng
của thanh, oC
Nhiệt độ tại bề mặt lạnh
của thanh, oC
Hệ số dẫn nhiệt trong phần
trung gian, W/m.K

Trấu
9
3
0,49 0,14

Kết quả
Bã mía
9
3
0,49 0,14


98,75

35,9

93,85 35,3 83,75

29,7

29,25

30,15 29,55 30,35 29,65

0,124 0,127

0,14 0,147 0,168 0,171

Mùn cưa
9
3
0,49 0,14
34,6

4.2. Khả năng thấm nước
Tuy sử dụng các ngun liệu là các phế phẩm nơng
nghiệp có tính hút nước, nhưng do trong thành phần có trộn
nhựa PP không hút nước nên khả năng hút nước của vật
liệu giảm hẳn so với các loại vật liệu trước đây. Mặt khác
sản phẩm hồn thiện ln có lớp nhựa mỏng bao phủ bề
mặt nên khả năng chống thấm khá tốt.
Để kiểm tra tính chất này, chúng tơi đã tiến hành ngâm

mẫu panel trong nước 5 ngày, sau đó đem ra kiểm tra chúng
và xác định tỷ lệ phần trăm khối lượng thay đổi theo thời
gian, bằng phương pháp cân. Kết quả thí nghiệm các loại
panel khác nhau cho ở Bảng 3.
Bảng 4. Sự thay đổi khối lượng của panel, % khối lượng

Loại vật liệu
Panel trấu
Panel mùn cưa
Panel bã mía

Số ngày ngâm
1
2
3
4
5
0,325 0,662 0,848 0,925 1,000
0,400 0,749 0,882 0,977 1,035
0,482 0,800 0,932 1,010 1,077

- Panel mía; - Panel mùn cưa; ◆- Panel trấu
Hình 8. Tỷ lệ khối lượng tăng thêm khi ngâm nước

Kết quả thí nghiệm cho thấy:
- Panel có tính hút nước nhỏ, sau 5 ngày ngâm trong
nước, tỷ lệ hút nước rất thấp chỉ khoảng 1% và có thể coi
là không thấm nước.
- Panel vẫn giữ được độ cứng cần thiết, không bị uốn võng.
- Khi phơi khô panel trở lại trạng thái ban đầu, nhẹ và

cứng hơn.
4.3. Kiểm tra các tính chất khác
4.3.1. Độ bền màu
Vật liệu thành phẩm được sản xuất từ các phế phẩm
nông nghiệp có màu sắc rất đẹp, tự nhiên vì vậy vấn đề bền

màu theo thời gian rất quan trọng. Chúng tôi đã thử nghiệm
các mẩu trong các điều kiện thời tiết khác nhau và trong
vòng một năm. Kết quả cho thấy, màu sắc của các tấm
panel so với màu nguyên thủy hầu như không thay đổi.
4.3.2. Về khả năng bắt lửa
Do được ép với áp lực cao nên độ nén chặt của vật liệu
khá tốt. Chúng tôi đã thử nghiệm việc bắt lửa của vật liệu
và nhận thấy khó bắt lửa, trong điều kiện các tấm riêng biệt,
việc cháy chỉ diễn ra âm ỉ rất khó thành lửa ngọn.
4.3.3. Ảnh hưởng đến môi trường
Do sử dụng các loại nguyên liệu là các phế phẩm nông
nghiệp và nhựa PP nên sản phẩm của chúng tơi có thể nói
là rất thân thiện với mơi trường. Trong q trình sản xuất
cũng khơng gây ơ nhiễm môi trường ở bất cứ khâu nào.
Phương pháp ép nguội với keo hai thành phần, trong đó có
thành phần axit ảnh hưởng nhiều đến môi trường và sức
khỏe con người trong quá trình sản xuất.
5. Kết luận
Từ các kết quả sản xuất và thử nghiệm ban đầu chúng
tôi rút ra các kết luận sau đây:
- Có thể sản xuất các tấm cách nhiệt từ các phế phẩm
nông nghiệp bằng hai phương pháp khác nhau (ép nóng và
ép nguội), mỗi một phương pháp có những ưu và nhược
điểm và phạm vi sử dụng khác nhau.

- Tấm cách nhiệt từ các phế phẩm nông nghiệp do
chúng tôi tạo ra theo phương pháp ép nóng đáp ứng các tiêu
chí cơ bản của một loại vật liệu làm trần cách nhiệt như có
hệ số dẫn nhiệt bé tương đương các loại vật liệu cách nhiệt
truyền thống, có màu sắc đẹp và bền, độ bền cơ tính tốt.
- Khi nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền ta
có thể thấy, độ bền đạt cực đại ở khoảng nhiệt độ 190oC,
lớn hơn hay nhỏ hơn nhiệt độ này đều không tốt. Sở dĩ như
vậy là vì khi nhiệt độ quá thấp nhựa sẽ nóng chảy khơng
đều, nếu nhiệt độ q cao sẽ làm tăng phản ứng phân hủy
nhựa và phế phẩm nông nghiệp.
- Khi tăng áp suất nén thì độ bền cơ tính tăng, nhưng hệ
số dẫn nhiệt sẽ giảm do độ xốp của nó giảm.
- So với vật liệu sản xuất bằng phương pháp ép nguội,
phương pháp ép nóng có nhiều ưu điểm về thẩm mỹ, khi
sản xuất và sử dụng không gây ơ nhiễm mơi trường và đặc
biệt vật liệu có độ bền cơ tính tốt hơn hẳn, đáp ứng nhu cầu
làm trần và tường cách nhiệt mà không sợ bị uốn võng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Mậu Dũng - Ước tính lượng khí thải đốt rơm rạ ngồi đồng
ruộng ở đồng bằng sơng Hồng - Tạp chí Khoa học và phát triển năm
2012, tập 10, số 1, trang 190-198.
[2] Trần Thị Mil, Phạm Nguyễn Minh Trang, Võ Thị Giang - Hiệu quả
xử lý rơm rạ và phân hữu cơ trong cải thiện độ phì nhiêu đât và năng
suất lúa tại Châu Thành - Hậu Giang - Tạp chí Khoa học 2012,
Trường ĐH Cần Thơ, trang 253-260.
[3] Đoàn Thị Thu Loan - Nghiên cứu chế tạo vật liệu nhựa gỗ từ trấu và
mùn cưa trên cơ sở nhựa polyethylene – Đề tài NCKH cấp Đại học
Đà Nẵng - Mã số: Đ2012-02-35.


(BBT nhận bài: 09/11/2014, phản biện xong: 19/11/2014)