Với mong muốn sản xuất được các dòng sản phẩm ống gân xoắn chất lượng cao, có khả năng chống cháy, bền thời tiết, đáp ứng chất lượng theo tiêu chuẩn TCVN 7997:2009, mới đây nhóm nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã phối hợp cùng Công ty An Đạt Phát Sài Gòn triển khai nghiên cứu và mang lại nhiều kết quả đáng chú ý.
Tại Việt Nam, ống nhựa gân xoắn được sản xuất và phát triển khoảng 8-10 năm gần đây với tốc độ tăng trưởng thị trường vào khoảng 30%/năm. Phần lớn các ống nhựa hiện nay sử dụng HDPE (nhựa polyetylen tỷ trọng cao) nhờ các ưu điểm như độ bền cơ học cao, dễ uốn/bẻ góc, dễ thi công, nên được ứng dụng trong xây dựng hạ tầng hệ thống truyền tải điện lực và viễn thông.
Tuy nhiên, vấn đề mà các doanh nghiệp sản xuất ống gân xoắn HDPE đang phải đối mặt là quá trình bảo quản, lưu kho, bãi, thi công ngoài công trường trong thời gian dài (từ nhiều tháng tới hàng năm). Dưới tác động của thời tiết, khí hậu nhiệt đới (ánh nắng mặt trời, nhiệt độ, mưa ẩm, nấm mốc...), HDPE thông thường dễ bị phân hủy quang-nhiệt-ẩm dẫn tới sự suy giảm nhanh tính chất, tuổi thọ.
Một hạn chế nữa của ống HDPE là khả năng dễ bắt cháy, do HDPE có nhiệt độ bắt cháy tương đối thấp, quá trình cháy tạo ra các thành phần hữu cơ phân tử thấp có tính cháy cao. Điều này làm 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.
Từ thực trạng này và dựa trên nhu cầu thực tế của thị trường đối với sản phẩm ống gân xoắn, nhóm nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) phối hợp cùng Công ty An Đạt Phát Sài Gòn triển khai thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ “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”.
Thử nghiệm sản phẩm ống gân xoắn HDPE/EVA/gypsum trong tủ gia tốc thời tiết UV-CON (trái) và tại trạm thử nghiệm Hạ Long, Quảng Ninh (phải). (Nguồn ảnh: Nhóm nghiên cứu)
Để chế ống gân xoắn sử dụng hệ vật liệu mới HDPE/EVA/gypsum biến tính, nhóm nghiên cứu đã tiến hành xử lý và biến tính gypsum. Theo đó, thạch cao phế thải (gypsum) ban đầu lấy từ bãi thải nhà máy DAP, Khu Công nghiệp Đình Vũ (Hải Phòng) được sàng lọc, loại bỏ tạp chất, trung hòa axit, sau đó làm khô và nghiền mịn. Sau xử lý, gypsum được phối trộn tốc độ cao với sự có mặt của chất hoạt động bề mặt (EBS) trong thiết bị phản ứng (có kiểm soát nhiệt độ, tốc độ khuấy) để thu được hỗn hợp sau quá trình biến tính. Nhờ nhiệt ma sát sinh ra trong quá trình khuấy và nhiệt độ phối trộn sẽ làm bay hơi dung môi để thu được gypsum biến tính.
Tiếp đó, nhóm tiến hành chế tạo chất chủ HDPE/EVA/gypsum có chứa phụ gia chống cháy hoặc bền thời tiết. Cuối cùng là chế tạo ống gân xoắn bằng hạt chất chủ được phối liệu với hỗn hợp HDPE 80 (HDPE 80 nguyên sinh và có thể bổ sung HDPE tái chế) bằng thiết bị phối trộn cơ học để pha loãng hàm lượng chất độn xuống mức yêu cầu và đảm bảo tính chất cơ học của sản phẩm.
Sau quá trình phối liệu, hỗn hợp này được cấp vào thiết bị đùn một trục vít có gắn khuôn định gân dạng xoay (có tích hợp hệ thống hút chân không ở đầu) để tạo hình sản phẩm ống gân xoắn bền thời tiết và chống cháy. Ống xoắn sau khi hình thành được làm nguội bằng nước, qua hệ thống kéo và tiến hành cuộn ống.
Với quy trình công nghệ trên, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công hệ vật liệu mới HDPE/EVA/gypsum biến tính phục vụ cho việc sản xuất ống gân xoắn chống cháy và bền thời tiết. Sản phẩm ống gân xoắn chống cháy có đường kính 25/32mm và đường kính 55/65mm, được sản xuất bằng thành phần nguyên liệu chủ yếu gồm hạt chất chủ HDPE/EVA/gypsum/phụ gia chống cháy và hạt HDPE. Các chỉ tiêu kỹ thuật của ống xoắn bền thời tiết đều đạt yêu cầu. Sau thử nghiệm gia tốc thời tiết, 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.
Sản phẩm ống gân xoắn sau khi chế tạo (Nguồn ảnh: Nhóm nghiên cứu)
Theo PGS.TS. Nguyễn Vũ Giang, điểm đặc biệt trong quy trình này là nhóm nghiên cứu đưa gypsum (thạch cao phế thải) vào thành phần vật liệu tổ hợp (HDPE/EVA/gypsum biến tính) để chế tạo ống gân xoắn.
Về mặt kinh tế, việc sử dụng gypsum làm chất độn, thay thế phụ gia chống cháy để chế tạo vật liệu hỗn hợp compozit có khả năng giảm giá thành sản phẩm, cải thiện tính chất cơ học, bền thời tiết mà vẫn đảm bảo khả năng chống cháy cũng như đảm bảo chất lượng sản phẩm. Về mặt môi trường, việc xử lý và biến tính thạch cao phế thải giúp mở ra hướng mới trong việc ứng dụng sản phẩm này vào lĩnh vực nhựa compozit; mở rộng khả năng ứng dụng gypsum làm chất độn cho nhiều sản phẩm khác nhau như như xi măng, bê tông, gạch không nung,…
Qua đó góp phần làm giảm diện tích bãi chứa thạch cao phế thải, giảm ô nhiễm không khí, nguồn nước ở các khu vực xung quanh. Ngoài ra, lượng gypsum nếu được biến tính tăng tương hợp tham gia vào thành phần các loại nhựa và cao su compozit từ vài phần trăm đến vài chục phần trăm khối lượng cũng sẽ góp phần làm giảm đáng kể giá thành sản xuất các sản phẩm nhựa compozit, đem lại hiệu quả kinh tế lớn cho doanh nghiệp.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu của Viện Kỹ thuật Nhiệt đới tiếp tục hợp tác với Sàn Giao dịch công nghệ Techport.vn (thuộc Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ – Sở KH&CN TP.HCM) để sẵn sàng chuyển giao quy trình công nghệ cho các cơ sở, đơn vị, doanh nghiệp có nhu cầu áp dụng sản xuất.
Phương Loan
