23 Dùng thạch cao làm chất độn trong sản xuất ống nhựa gân xoắn mới nhất

Nghiên cứu mới của nhóm tác giả ở Viện Kỹ thuật nhiệt mở ra hướng mới trong việc sử dụng thạch cao để sản xuất nhiều loại vật liệu, nâng cao giá trị của phế thải công nghiệp.

Hiện nay, phần lớn các ống nhựa gân xoắn – phổ biến trong xây dựng hạ tầng hệ thống truyền tải điện lực và viễn thông – được sản xuất bằng nhựa polyetylen tỉ trọng cao (HDPE) bởi các ưu điểm như độ bền cơ học cao, dễ uốn, bẻ góc, dễ thi công.
Nhưng vấn đề mà các doanh nghiệp sản xuất ống gân xoắn HDPE phải đối mặt là quá trình bảo quản, lưu kho, bãi, thi công ngoài công trường trong thời gian dài. Dưới tác động của thời tiết, khí hậu, ống nhựa HDPE thông thường dễ bị phân hủy nên suy giảm nhanh tính chất, tuổi thọ. Một hạn chế nữa của ống HDPE là khả năng dễ bắt cháy, do nhựa HDPE có nhiệt độ bắt cháy tương đối thấp. Điều này ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của ống HDPE trong một số lĩnh vực đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao như điện lực và viễn thông.
Trong khi đó, thạch cao (gypsum), là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất phân lân, có độ bền nhiệt cao, khả năng chống cháy, chịu mài mòn, bền với thời tiết, nên được xem như một chất độn vô cơ thông thường để tăng tính cơ học cho vật liệu. Ngoài ra, so với các loại chất độn và các chất gia cường nhập ngoại, gypsum nguồn gốc trong nước có giá thành bằng 50 – 75%.

Sản phẩm ống gân xoắn Ảnh: NNC
Trước nhu cầu thực tế của thị trường đối với sản phẩm ống gân xoắn, nhóm nghiên cứu của Viện Kỹ thuật nhiệt đới (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đã nghiên cứu, chế tạo vật liệu tổ hợp HDPE/EVA/gypsum biến tính, ứng dụng chế tạo ống gân xoắn chất lượng cao chống cháy, bền thời tiết phục vụ ngành điện lực và viễn thông.
Gypsum lấy từ bãi thải của Nhà máy DAP Đình Vũ đem sàng lọc, loại bỏ tạp chất, xử lý bằng dung dịch nước vôi trong, sau đó nghiền và sấy khô. Gypsum sau khi xử lý được biến tính bằng dung dịch phụ gia EBS. Sau đó phối trộn với nhựa nền HDPE, EVA (copolyme etylenvinyl giúp tăng tính dẻo dai, khả năng chịu va đập của vật liệu), để sản xuất chất hạt chủ HDPE/EVA/gypsum. Để sản xuất ống gân xoắn, nhóm sử dụng các thành phần nguyên liệu chủ yếu gồm hạt chất chủ HDPE/EVA/gypsum, hạt nhựa nguyên sinh HDPE và các phụ gia (chống cháy, chống oxy hóa,…).
Thử nghiệm khả năng chống cháy của sản phẩm

Thử nghiệm khả năng chống cháy của sản phẩm Ảnh: NNC
Ống gân xoắn có tỷ lệ khối lượng 0,18-0,32 kg/m, thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy, thời gian tắt cháy dưới 15-17 giây, độ bền nén 2,89%, độ bền kéo đứt là 22,4-22,67MPa, độ ngấm nước trong 24 giờ là 0,15%. Sau thử nghiệm gia tốc thời tiết (được tiến hành theo tiêu chuẩn ASTM G154 trong điều kiện 8 giờ chiếu bức xạ tử ngoại ở 60ºC và 4 giờ ngưng hơi ẩm ở 50ºC ở một chu kỳ; mẫu được phơi trong tủ thời tiết với thời gian tương đương với 56 chu kỳ), cho thấy mẫu có độ bền cơ học và độ bền màu sắc vẫn đảm bảo, không có sự thay đổi đáng kể so với mẫu trước thử nghiệm.
Ống gân xoắn cũng được thử nghiệm từ bên thứ ba (Trung tâm Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 1, Viện Nghiên cứu và phát triển vật liệu mới) để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật (độ bền, độ va đập, khả năng chống cháy,…). Kết quả, sản phẩm đáp ứng chất lượng theo tiêu chuẩn TCVN 7997:2009.
thử nghiệm độ bền theo thời thiếu

Thử nghiệm độ bền theo thời tiết của sản phẩm. Ảnh: NNC
PGS.TS Nguyễn Vũ Giang, chủ nhiệm đề tài nghiên cứu, cho biết, chất thải công nghiệp (tro bay, thạch cao phế thải, bùn đỏ,…) có khả năng thay thế các chất độn truyền thống như bột đá, talc, cao lanh. Các chất độn từ bã thải công nghiệp có ưu điểm là giá thành chỉ bằng một nửa so với chất độn truyền thống, trong khi vẫn đảm bảo độ bền cơ học cho sản phẩm. Kết quả của nghiên cứu mở ra hướng mới trong sử dụng gypsum làm chất độn cho nhiều sản phẩm khác nhau, từ nhựa compozit đến xi-măng, bê tông, gạch không nung…
Đề tài nghiên cứu đã được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm trong năm qua và nhóm tác giả có thể chuyển giao công nghệ sản xuất cho các đơn vị có nhu cầu.