Xác định tính chất cơ học và vật lý của gỗ nhựa composite theo TCVN 13649:2023

Tuy gỗ nhựa composite chỉ là một chất liệu mới ở thị trường Việt Nam nhưng nhờ những ưu điểm vượt trội mà gỗ nhựa composite được nhiều người lựa chọn. Nó là sản phẩm tốt nhất có thể thay thế cho các loại vật liệu như gỗ công nghiệp và gỗ tự nhiên khác. 

Gỗ nhựa composite là sự kết hợp giữa hai thành phần chính là nhựa và bột gỗ. Ngoài ra còn chứa một số chất phụ gia như: Chất liên kết có gốc cellulose hoặc vô cơ; Chất chống UV, chống nấm mốc, chống chịu va đập; Chất tạo màu sắc.

Gỗ nhựa có thể tạo hình, tạo màu dễ dàng tùy theo ý muốn của khách hàng. Sản phẩm mang màu sắc tự nhiên, màu bền mà không cần bất cứ chất liệu sơn phủ nào. Nhờ vậy mà gỗ nhựa composite sở hữu cả nét đẹp của gỗ tự nhiên lẫn độ bền của nhựa. Bên cạnh đó, quy trình sản xuất loại nhựa gỗ này cũng hết sức đơn giản và nhanh chóng. Được đánh giá cao về sự thân thiện với môi trường và không gây hại cho con người. Tuy nhiên do được sản xuất chủ yếu từ nhựa PE và PVC đồng thời hiện nay thị trường xuất hiện với rất nhiều loại nguồn gốc phôi, kết cấu cánh, khung đều có sự khác biệt và chất lượng khác nhau nên khó đảm bảo. Do đó khi sản xuất và sử dụng loại gỗ nhựa này cũng cần xác định các tính chất cơ học và vật lý theo Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13649:2023 về Composite gỗ nhựa- Phương pháp thử tính chất cơ học và vật lý giúp độ bền cao, chống cháy nổ, an toàn khi sử dụng.

Sản xuất gỗ nhựa Composite nên xác định các tính chất cơ học và vật lý theo tiêu chuẩn. Ảnh minh họa

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13649:2023 về Composite gỗ nhựa- Phương pháp thử tính chất cơ học và vật lý do Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ khoa học và Công nghệ công bố.

Tiêu chuẩn này hướng dẫn phương pháp xác định tính chất cơ học và vật lý cho các sản phẩm composite gỗ nhựa (WPC). Các phương pháp xác định tính chất cơ học và vật lý trong tiêu chuẩn này có thể áp dụng cho nhiều loại WPC. Người sử dụng cần lựa chọn phương pháp phù hợp với hướng dẫn đánh giá.

Trong đó việc xác định độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh bằng cách khi chịu uốn, gỗ nhựa thường xuất hiện các biến dạng lớn khác thường trước khi bị phá hủy. Do đó phải đặc biệt cẩn thận trong việc cài đặt máy thử để điều chỉnh độ võng lớn đối với cả thiết bị đo độ võng và các điều kiện hỗ trợ.

Về độ bền uốn tĩnh thì tải trọng lớn nhất cho việc tính toán phải được xác định với từng mẫu thử. Nếu việc tính toán dựa trên một tải trọng khác với tải trọng lớn nhất, tải trọng đó phải được báo cáo. Đối với các sản phẩm có biến dạng lớn, giá trị tải trọng thường được dựa vào tải trọng ở 3% biến dạng.

Đối với mô đun đàn hồi uốn tĩnh MOE phải được xác định với từng mẫu thử. Giá trị MOE phụ thuộc và việc sử dụng số liệu và có thể được tính toán bằng nhiều cách. Đối với mục đích chỉ định giá trị thiết kế, bình phương tuyến tính nhỏ nhất của đường cong ứng suất-biến dạng trên một phạm vi ứng suất thích hợp sẽ được sử dụng.

Xác định độ bền kéo song song với chiều dài sản phẩm (hướng L) được xác định theo ASTM D4761(Phương pháp xác định tính chất cơ học của gỗ và vật liệu gỗ chịu lực). Mặt cắt ngang của mẫu thử không nhỏ hơn kích thước tối thiểu của chịu lực dự kiến. Chiều dài của mẫu thử phải đảm bảo tỷ lệ l/d lớn hơn 3,0 và nhỏ hơn 4,5. Trong đó, l là chiều dài mẫu và d là kích thước mặt cắt ngang nhỏ nhất. Đối với vật liệu có mặt cắt ngang rỗng, diện tích mặt cắt ngang thực tế phải được tính toán.

Thử nghiệm về độ bền nén vuông góc với chiều dài sản phẩm để xác định khả năng chịu tải của sản phẩm được sản xuất, ứng suất cho phép bắt nguồn từ thử nghiệm này sẽ chỉ áp dụng cho mặt cắt ngang thực được, thử nghiệm. Độ bền nén vuông góc với chiều dài sản phẩm (hướng L) được xác định theo quy định, ngoại trừ mẫu thử phải có mặt cắt đầy đủ như sản phẩm được sản xuất, và chiều dài phải gấp 3 lần chiều dày. Quá trình gia tải được thực hiện thông qua tấm chịu lực bằng kim loại trên toàn bộ chiều rộng của mẫu thử. Ứng suất ở mức độ biến dạng 0,5 mm và 1,0 mm sẽ được báo cáo. Thử nghiệm được tiến hành với tải trọng trên mặt phẳng L-X hoặc L-Y, hoặc cả hai nếu cần thiết cho sản phẩm có mục đích sử dụng thông thường.

Độ bền cắt song song với chiều dài sản phẩm (hướng L) được xác định theo ASTM D143 (Phương pháp thử đối với các mẫu gỗ nhỏ). Phép thử phải được thực hiện để tạo ra phá hủy trong mặt phẳng L-X hoặc L-Y, hoặc cả hai. Đối với sản phẩm có mặt cắt ngang đặc, kích thước tối thiểu là 25 mm để được tổng diện tích thử cắt ít nhất là 25 mm2. Đối với sản phẩm có mặt cắt ngang rỗng, mặt cắt ngang đầy đủ phải được sử dụng với diện tích cắt thực tế dựa vào chiều dày của vật liệu chịu tác động của ứng suất cắt.

Đối với sản phẩm có mặt cắt ngang rỗng, mẫu thử trượt vuông góc với hướng L có thể không thực tế. Đối với một số trường hợp đặc biệt ví dụ như vật liệu không đồng nhất hoặc sản phẩm có mặt cắt ngang rỗng.

Xác định sự phục hồi và sự rão, Tiêu chuẩn cũng hướng dẫn tối thiểu 10 mẫu đại diện cho lô sản phẩm được lấy mẫu chịu tải phù hợp đến một ứng suất uốn phù hợp theo mục đích sử dụng cuối cùng của sản phẩm. 

Về sự rão tối thiểu 10 mẫu đại diện cho lô sản phẩm được lấy mẫu phải chịu tải phù hợp đến một ứng suất uốn phù hợp theo mục đích sử dụng cuối cùng. Trước khi gia tải, mẫu thử phải được ổn định đến điều kiện nhiệt độ thử, ví dụ (20 ± 2) °C, và phải được duy trì suối quá trình thử nghiệm. 

Khả năng bám giữ cơ học của vật liệu gỗ nhựa được thực hiện theo quy định ngoại trừ việc ổn định mẫu thử phải được thực hiện. Phép thử với đinh, vít, ghim được thực hiện theo quy định. Phép thử với bu-lông được thực hiện theo quy định.

Xác định độ cứng va đập tùy thuộc vào mục tiêu của chương trình thử nghiệm, khả năng chịu va đập của vật liệu gỗ nhựa được thực hiện theo hướng dẫn của Tiêu chuẩn này. Khi áp dụng cho một sản phẩm cụ thể, thử nghiệm này phải được thực hiện trên mỗi bề mặt nơi các va đập là có thể xảy ra trong thực tế. Đường kính viên bi va đập trong phương pháp thử nghiệm theo quy định phải là 25 mm tạo ra diện tích tiếp xúc là 19,625 mm2.

Các tính chất chịu lửa khác được xác định bằng phương pháp thử theo quy định tại Tiêu chuẩn này. Các phương pháp thử này đánh giá về một hoặc nhiều tính chất sau: tốc độ thoát khói, tốc độ tổn thất khối lượng, tốc độ tỏa nhiệt và nhiệt độ bắt lửa. Khối lượng riêng của mẫu thử có thể được lấy từ phần không bị phá hủy của mẫu thử uốn và được xác định theo quy định.

Hệ số ma sát phải được xác định theo quy định. Ngoài ra, phương pháp thử cũng được sử dụng như là một phép so sánh. Khả năng chống trơn trượt trong điều kiện khô và ướt theo cả hướng song song và vuông góc với hướng L phải được đánh giá.

Độ hút ẩm và độ trương nở chiều dày được thực hiện theo hướng dẫn tại Tiêu chuẩn này. Mẫu thử phải có mặt cắt ngang đầy đủ như sản phẩm được sản xuất. Điều kiện thử nghiệm thường được sử dụng bao gồm ngâm trong nước hoặc trong môi trường có độ ẩm cao. Thời gian ngân trong nước hoặc trong điều kiện độ ẩm cao phải đại diện cho môi trường sử dụng.

Để xác định ảnh hưởng của sự phơi nhiễm/tiếp xúc đông lạnh, ít nhất 3 mẫu thử phải được tuân theo chu trình được mô tả: Nếu điều kiện cho phép, chuẩn bị mẫu thử có mặt cắt ngang đầy đủ như sản phẩm được sản xuất. Tất cả mẫu thử phải được ngâm ngập trong nước (có thể sử dụng vật nặng để giữ mẫu chìm trong nước) trong 24 h. Sau đó, mẫu phải được đặt trong tủ lạnh được cài đặt ở - 29 °C trong 24 h. Sau quá trình làm lạnh mẫu được lưu trữ tại nhiệt độ phòng trong 24 h. Quá trình trên là một chu kỳ tuần hoàn nóng lạnh. Quy trình trên phải được lập lại thêm hai lần nữa, tổng số là ba chu kỳ bao gồm ngâm nước, làm đông, giã đông. Sau khi kết thúc ba chu kỳ xử lý, mẫu thử được giữ ở nhiệt độ phòng và tiến hành thử nghiệm độ bền uốn theo TCVN 11474 hoặc ASTM D6109.

Xác định độ bền sinh học, nếu điều kiện cho phép, phép thử phải được thực hiện trên mẫu thử đủ kích thước. Khi thiết bị thử nghiệm không cho phép mẫu thử có kích thước đầy đủ hoặc toàn bộ chiều dày mẫu thử, mẫu thí nghiệm được lấy ở phần bề mặt của sản phẩm. Tuy nhiên, khi sử dụng mẫu thí nghiệm này phải ước tính được tác động đối với sản phẩm có kích thước đầy đủ.

Ngoài ra Tiêu chuẩn cũng hướng dẫn cách xác định độ bền đồng thời với mối và nấm mục; Xác định độ bền với hà biển; Xác định khả năng chống rửa trôi; Xác định khả năng chống chịu tia tử ngoại. Theo đó các sản phẩm tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trong quá trình sử dụng phải được đánh giá về sự suy giảm chất lượng do tia cực tím (UV) theo quy định trong thời gian thử nghiệm tối thiểu là 2000 h. Độ bền uốn được xác định trước và sau khi thử nghiệm. Mẫu thử đủ kích thước hoặc mẫu thí nghiệm được lấy từ bề mặt của vật liệu. Khi sử dụng các mẫu thí nghiệm được lấy từ bề mặt của vật liệu, chúng phải có chiều dày ít nhất 6 mm hoặc bằng chiều dày vật liệu đối với sản phẩm rỗng.

Lưu ý khi thống kê tham số được sử dụng báo cáo giá trị trung bình độ lệch chuẩn và tham số phân phối khác được sử dụng để mô tả tổng thể. Khi việc thử nghiệm có sự chứng kiến của cơ quan giám định của bên thứ ba thì phải cung cấp bằng chứng về sự chứng kiến đó.