Giáo trình gỗ part 1 pps

CáC YếU Tố ảNH HƯởng đến tính chất vật lý của gỗ Tính chất vật lý của gỗ bao gồm các vấn đề : nước trong gỗ, sự co rút và giãn nở, khối lượng thể tích, sức dẫn điện, sức dẫn nhiệt, mùi

PHầN II CƠ Sở Lý THUYếT

A KIếN THứC CHUNG Về Gỗ

Gỗ do vô số tế bào cấu tạo thành.Mỗi tế bào đều có vách bao bọc bên ngoài và ruột chứa đầy nguyên sinh chất bên trong.Vách tế bào lúc đầu chỉ là một lớp màng mỏng,gọi là vách sơ sinh Về sau nhờ tác dụng của nguyên sinh chất,vách tế bào dày dần về phía bên trong, hình thành lớp vách thứ hai gọi là vách thứ sinh khi đã có vách thứ sinh tế bào mất hẳn năng lực tăng trưởng, kết thúc quá trình dày thêm của vách tế bào,nguyên sinh chất mất hết, tế bào chết đi và lúc này ruột tế bào chỉ là một khoảng trống

Vách tế bào gỗ chủ yếu là do Xenlulô và linhin cấu thành.Xenlulô làm thành sườn vững chắc như cốt sắt,linhin tựa như xi măng bám quanh sườn sắt ấy Sườn Xenlulô do rất nhiều phần tử Xenlulô (C6H10O5)n liên kết lại thành chuỗi Xenlulô, nhiều chuỗi Xenlulô liên kết thành Mi xen Xenlulô, nhiều Mi xen Xenlulô liên kết thành bó Mi xen Xenlulô, vô số bó

Mi xen Xenlulô cùng với linhin tạo thành vách tế bào.vách tế bào chia thành 3 phần:

- Màng giữa: Đây là phần nằm giữa hai tế bào cạnh nhau,là một lớp màng mỏng,mức độ hoá gỗ cao

- Vách sơ sinh: Vách này hình thành cùng với sự hình thành của tế bào,vách này mỏng, do xenlulô, Hêmi Xenlulô và linhin tạo thành Mức độ hoá gỗ như màng giữa Trong vách này các Mixen Xenlulô sắp xếp không

có trật tự, nên không quyết định đến tính chất của gỗ

- Vách thứ sinh: Là lớp vách hình thành sau cùng trong quá trình hoá

gỗ của tế bào So với màng giữa và vách thứ sinh là phần dày nhất Thành

phần chủ yếu của lớp vách này là Xenlulô và linhin Các Mixen Xenlulô

và linhin trong phần vách này sắp xếp có trật tự và chia làm 3 lớp :

+ Lớp ngoài nằm sát vách sơ sinh, mỏng, các Mixen Xenlulô xếp thẳng góc với trục dọc tế bào hoặc nghiêng một góc từ 70-90o so với trục dọc

+ Lớp nằm kế tiếp lơp ngoài, đây là lớp dày nhất, các Mixen của lớp này xếp song song với trục dọc của tế bào hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn

30 o so với trục dọc

+ Lớp trong nằm trong cùng sát ruột tế bào,mỏng,các Mixen sắp xếp giống như lớp ngoài

B.CáC YếU Tó ảNH Hưởng Đến Tính chất của gỗ

I CáC YếU Tố ảNH HƯởng đến tính chất vật lý của gỗ

Tính chất vật lý của gỗ bao gồm các vấn đề : nước trong gỗ, sự co rút

và giãn nở, khối lượng thể tích, sức dẫn điện, sức dẫn nhiệt, mùi vị và khả năng phản quang,khả năng truyền âm, các tính chất gỗ có liên quan đến sóng điện từ, màu sắc của gỗ

I.1 Các nhân tố ảnh hưỏng đến sức co dãn của gỗ

Những nhân tố chính

I.1.1 Khối lượng thể tích

KLTT khác nhau,sức co dãn khác nhau:

Theo chiều ngang thớ có KLTT càng lớn sức co dãn ngang thớ càng mạnh, ngược lại gỗ càng nhẹ (KLTT nhỏ) sức co dãn ngang thớ càng ít Bởi

vì gỗ có KLTT lớn là loại gỗ có tỷ lệ tế bào vách dày nhiều, các tế bào lại

sắp xếp theo chiều dọc thân cây, làm cho tổng lượng Mixen Xenlulô xếp

dọc thân cây tăng lên, đưa đến tổng khoảng cách các Mixen Xenlulô theo

chiều ngang thân cây tăng lên do vậy co dãn ngang thớ càng tăng lên và ngược lại

Theo chiều dọc thớ, gỗ có KLTTcàng nhỏ sức co dãn dọc thớ càng lớn, ngược lại gỗ càng nhẹ co dãn dọc thớ càng ít Vì gỗ nhẹ là do gỗ sớm nhiều ở vùng gỗ sớm góc lệch của Mixen lớp giữa vách thứ sinh của tế bào

xếp dọc thân cây tăng lên nên co dãn dọc thớ tăng lên và ngược lại

I.1.2 Phương pháp phơi sấy

Nếu yêu cầu về mức độ khô như nhau (độ ẩm bằng nhau) thì gỗ phơi

có thể co rút nhiều hơn gỗ sấy Vì sấy gỗ thường dùng nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bình thường của không khí Nhiệt độ sấy cao và tốc độ sấy lớn có thể làm cho bề mặt gỗ và bên trong gỗ không đều (độ ẩm chênh lệch) trong

gỗ sản sinh nội lực gây nên biến dạng vĩnh cửu tạo ra tầng kết cứng ở bề mặt ngăn cản sự thoát ẩm của lớp gỗ bên trong trở ngại đến sự co rút bình thường của cả khối gỗ

I.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến KLTT

I.2.1 Loài cây: Loài cây khác nhau có cấu tạo khác nhau dẫn đến KLTT

cũng khác nhau Yếu tố cấu tạo ở đây được biểu thị bằng tổ thành tế bào trong cây, đó là tỉ lệ vách dày và tế bào vách mỏng, chính tỉ lệ này tạo ra sự chênh lệch về độ rỗng nhiều ít khác nhau giữa các loại cây

I.2.2 Tỉ lệ gỗ sớm, gỗ muộn: Theo kết quả nghiên cứu cho thấy, KLTT gỗ

muộn bằng từ 2 - 3 lần KLTT gỗ sớm Vì vậy các loại gỗ có gỗ sớm gỗ

muộn phân biệt thì tỉ lệ gỗ muộn nhiều hay ít có ảnh hưởng lớn đến KLTT

của gỗ

I.2.3 Độ ẩm của gỗ: Khi độ ẩm của gỗ thay đổi thì khối lượng của nó cũng

thay đổi Nhưng thể tích của nó thay đổi hay không lại phụ thuộc vào các giai đoạn của quá trình hút ẩm và nhả ẩm, có thể chia làm 2 giai đoạn trong quá trình thay đổi ẩm

Giai đoạn độ ẩm từ 0% đến độ ẩm bão hoà thớ gỗ, giai đoạn này khi

độ ẩm tăng thì khối lượng của gỗ tăng lên, đồng thời trong gỗ xuất hiện hiện tượng dãn nở làm cho thể tích gỗ tăng Ngược lại, khi độ ẩm giảm thì khối lượng của gỗ giảm đồng thời thể tích cũng giảm (do gỗ co rút) nhưng một cách tương đối thì khối lượng thay đổi nhanh hơn hoặc chậm hơn so với việc tăng hay giảm thể tích Vì vậy khối lượng thể tích của gỗ trong giai

đoạn này cũng thay đổi khi độ ẩm thay đổi, nhưng thay đổi chậm

Giai đoạn độ ẩm lớn Wbh khi độ ẩm tăng từ Wbh hay giảm về Wbh thì khối lượng của gỗ thay đổi (tăng hay giảm) nhưng thể tích gỗ không thay đổi Vì vậy việc tăng hay giảm độ ẩm trong giai đoạn này dẫn đến khối

lượng thể tích gỗ thay đổi nhưng là sự thay đổi rõ rệt

I.2.4 Các yếu tố khác

Như đã trình bày, gỗ được cấu tạo bởi các tế bào, các tế bào này trong cây sẽ trải qua các giai đoạn như: Sinh ra, lớn lên, ổn định và già đi Trong giai đoạn tế bào lớn lên, vách tế bào dày thêm là do nguyên sinh chất không ngừng sinh ra những Mixen Xenlulo đắp lên phía trong của vách tế bào Hơn nữa, cùng với thời gian, gỗ lõi được hình thành từ gỗ giác, đây là một quá trình biến đổi sinh học, vật lý và hoá học rất phức tạp Trước hết tế bào chết đi, thể bít hình thành, các chất hữu cơ xuất hiện; nhựa cây, chất màu, tanin, tinh dầu ở trong ruột tế bào thấm lên vách tế bào làm cho gỗ lõi có màu sẫm, nặng cứng, khó thấm nước

I.3 Nhân tố ảnh hưởng đến độ hút nước của gỗ

Khả năng hút nước của gỗ phụ thuộc vào cấu tạo và thành phần hoá học

II các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cơ học của

gỗ

Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng tới tính chất cơ học của gỗ, có thể chia ra làm các nhóm : nhóm nhân tố thuộc điều kiện môi trường như nhiệt

độ, độ ẩm môi trường, điều kiện sử dụng ; nhóm nhân tố thuộc về cấu tạo

gỗ ; nhóm nhân tố thuộc về các khuyết tật của gỗ, trong phạm vi phòng thí nghiệm

II.1 ảnh hưởng của độ ẩm :

Độ ẩm ảnh hưởng rất lớn đến cường độ gỗ, trong phạm vi độ ẩm gỗ thay đổi trong khoảng 8%-Wbh, người ta lập được mỗi quan hệ giữa cường

= a.W2 +b W + c

Trong đó : : Cường độ gỗ

W: Độ ẩm gỗ

a,b,c: Các hệ số phụ thuộ vào loại gỗ và loại lực

Quan hệ giữa độ ẩm và cường độ gỗ còn dược biềủ thị qua hệ số điều chỉnh độ ẩm  Hệ số điều chỉnh độ ẩm phụ thuộc vào loại gỗ, loại lực, phưong chiều tác dụng lực so với chiều thớ gỗ

Bản chất của mỗi quan hệ giữa độ ẩm và cường độ gỗ là do sự thay

đổi kích thước chịu lực khi độ ẩm thay đổi trong khi véc tơ lực tác dụng không thay đổi, dẫn đến sự thay đổi về cường độ Mặt khác sự thay đổi độ

ẩm gỗ trong khoảng đọ ẩm 0% - Wbh xảy ra hiện tượng co dãn trong gỗ, thực chất là sự thay đổi khoảng cách giữa các Mixen Xenlulo Cụ thể gỗ co rút khi có sự giảm khoảng cách giữa các Mixen Xenlulo làm tăng lực hút tương hổ giữa chúng cũng như làm tăng tính ổn định giữa chúng Gỗ giãn

nở khi có sựtăng khoảng cách giữa các Mixen Xenlulo, đã làm giảm sức hút

tương hổ cũng như giảm tính ổn định giữa các Mixen Xenlulo

II.2 ảnh hưởng của KLTT:

Nói chung gỗ có KLTT càng lớn,cường độ gỗ càng cao quan hệ giưa

KLTT và cường độ gỗ là quan hệ tuyến tính có phương trình:

=a.+b

Trong đó : là cường độ gỗ

là KLTTcủa gỗ

a,b là hệ số của phương trình phụ thuộc vào loại gỗ

II.3 ảnh hưởng của cấu tạo gỗ:

Sự sắp xếp tế bào trong cây, cấu trúc vách tế bào, sự hình thành gỗ sớm gỗ muộn ở gỗ lá kim, gỗ lá rộng mạch vòng,chúng ta cần lưu ý các vấn

đề sau

Tổ thành tế bào trong cây, dó là tỷ lệ tế bào vách dày và tế bào vách mỏng Các loài cây khác nhau, vị trí khác nhau trong cây có tổ thành tế bào khác nhau dẫn tới mọi tính chất khác nhau

Sự tồn tại của ba tổ thành trong cây và tỷ lệ giưa chúng:

Tổ chức dẫn nước và muối khoáng (nhựa nguyên), ở gỗ lá kim do quản bào gỗ sớm đảm nhận, gỗ lá rộng do mạch gỗ đẩm nhận Nói chung

đây đều là những tế bào có kích thước lớn nhất, có phần ruột rỗng lớn nhất.đây là thành phần quan trọng nhất tạo ra độ rỗng (độ xốp) chi gỗ Do

đó nếu tỷ lệ tổ chức dẫn nước và muối khoáng mà phát triển thì tính chát cơ

lý của gỗ giảm xuống

Tổ chức dự trữ dinh dưỡng,chức năng này do tế bào mô mềm đảm nhận đây là tế bào vách mỏng do đó tổ chức này phát triển thì tính chất cơ

lý của gỗ sẽ thấp

Tổ chức cơ học, ở gỗ lá kim do quản bào gỗ muộn đảm nhận, ở gỗ lá rộng do sợi gỗ đảm nhận Nói chung đây là những tế bào vách dày có kích thước bé nên có độ ruột rất nhỏ, có loại ruột hoàn toàn bị bịt kín, do đó nếu

tổ chức cơ học phát triển thì tính chất cơ lý của gỗ sẽ tăng nên

Vấn dề xenlulo và ligin: Xenlulo chiếm một tỷ lệ lớn trong gỗ (khoảng 50% thể tích gỗ) có cấu trúc định hình.nó là phần tử chủ yếu sản sinh ra nội lực của gỗ Nối cách khác ứng lực nào do Xenlulo tạo ra nội lực

đều là những ứng lực lớn nhất.Xenlulo cũng là thành phần duy nhất tạo ra tính đần hồi gõ,gỗ nhiều Xenlulo sẽ giàu đàn tính

Ligin là thành phần thứ hai cấu trúc lên vách tế bào, lingin có cấu trúc vô định hình nên ứng lực nào do lingin tạo ra nội lực đều là những ứng lực có giá trị nhỏ Trong cấu vácg tế bào, lingin bám trên sườn Xenlulo vì vậy lingin tạo ra độ rắn cho gỗ Nói cách khác nhưng loại gỗ nào, những vị trí nào trong cây có hàm lượng lingin cao gỗ sẽ cứng

Về gỗ giác và gỗ lõi: gỗ lõi do gỗ giac hình thành nên ở những loại cây có giác lõi phân biệt, đến một tuổi nhất định mới hình thành gỗ giác và theo đó tuổi cây tăng nên đường kính phần gỗ giác được tăng lên khi chuyển từ gỗ giác sang gỗ lõi, tế bào gỗ ở phần giác đã hết năng lực sinh trưởng nghĩa là bề dày vách tế bào không thay đổi Do đó các tính chất của

gỗ lõi và gỗ giác chênh lệch nhau không đáng kể Chỉ có độ cứng thì gỗ lõi cao hơn gỗ giác vì các chất chứa trong ruột tế bào thấm lên vách tế bào, ngược lại thì độ dẽo dai gỗ giác lớn hơn (gỗ lõi cứng nhưng giòn, gỗ giác

mềm và dẻo)

C phương pháp xử lý số liệu

Tất cả những số liệu dù thu thập được bằng quan sát, đo đạc hoặc

bằng thực nghiệm, đều có một đặc điểm là những biến động dưới ảnh hưởng của nhiều nhân tố ngẫu nhiên tự phát Do đó khi nghiên cứu những

số liệu đó đều cần ứng dụng những thống kê toán học Chính vì vậy chúng

ta có thể phân tích và đánh giá một cách có cơ sở khoa học những kết quả nghiên cứu được

I Một số khái niệm trong thống kê toán học

I.1 Sai số :

Sai số là sự chênh lệch giữa trị số thu được qua thực nghiệm so với trị

số thực của nó Người ta chia sai số thành 3 loại cơ bản :

- Sai số nhầm lẫn : Do phương pháp tổ chức, thực hiện và cách tiến hành thí nghiệm gây ra

- Sai số hệ thống : do thiết bị,dụng cụ và người làm thí nghiệm gây

- Sai số ngẫu nhiên :do đối tượng nghiên cứu gây ra Người ta gọi các sai số ngẫu nhiên là các biến số

Sai số nhầm lẫn và sai số hệ thống có thể khắc phục được trước huặc trong khi tiến hành thí nghiệm Do đó chỉ xét đến các sai số ngẫu nhiên

I.2 Luật phân bố :

Các biến số ngẫu nhiên lập thành một liệt số.với từng loại liệt số thì các biến ngẫu nhiên phân bố theo những qui luật khác nhau

Phân bố chuẩn là một loại phân bố tồn tại khá phổ biến trong thực tế Thường một đặi lượng nào đó chịu tác động bởi nhiều nhân tố ngẫu nhiên độc lâp, nhưng không có một nhân tố nào trội quá tổng số những nhân tố còn lại thì đại lượng ấy tuan theo dạng chuẩn hoặc gần chuẩn

Trong đo đếm phân bố chuẩn thường đặc trưng cho phân bố sai số bất cứ một đại lượng quan sát nào có đặc điểm sau đây : những phần tử mang giá trị càng gần giá trị trung bình chiếm tỷ lệ nhiều nhất, những phần

tử mang giá trị càng lớn huặc càng bé so với giá trị trung bình càng giảm dần và có tính chất đối xứng qua giá trị trung bình đều có thể mô phỏng qui luật phân bố tần suất của nó bằng luật phân bố chuẩn

Các giá trị của đại lượng quan sát qua thực nghiệm trong chuyên đề phù hợp với các đặc điểm của phân bố chuản vì vậy chuyên đề lấy phân bố chuẩn để biểu thị tính qui luật của các biến số ngẫu nhiên

Phân bố chuẩn là phân bố xác xuất của biến ngẫu nhiên liên tục.nếu Xlà đại lượng ngẫu nhiên có phân bố chuẩn thì mật độ xác xuất của nó là:

2

) (

2



x x

e x





 Trong đó: X là số trung bình cộng- Là sai tiêu chuẩn

e- Là cơ số logarit tự nhiên

=3,1416

Luật phân bố chuẩn dược biểu diễn bằng dường cong Gao-xơ có dạng hình chuông Hàm đạt cực đại tại X=Xvà Fmax=

 2

1



F(X)

X

 2

1



X

II các đặc trưng mẫu

II.1 Số bình quân công của mẫu (gọi tắt là số bình quân hay số trung bình cộng)

Giả sử có một dãy trị số quan sát X1,X2,X3…Xn thì trị số:

n X X

X X n

1 )

(

1

3 2 1

gọi là số bình quân cộng(hay số trung bình cộng)

II.2 Sai tiêu chuẩn mẫu(S)

Giữa nhưng trị số quan sát so với trung bình mẫu của nó thương có chênh lệch, sự chênh lệch đó có cái lớn, cái nhỏ nhưng tính bình quân lại theo công thức :

S=

1 ) (

1 1

2





n X X n

n

t I

Trong đó :n- là dung lượng mẫu quan sát

Nếu n 30 thì phải hiệu đính

II.3 Hệ số biến động

Hệ số biến động là chỉ tiêu đánh giá mức độ biến động bính quân tương đối của đại lượng quan sát, được tính theo công thức :

x100 %

X

S

V 

Nhờ chỉ tiêu này ta có thể so sánh mức độ biến động giữa các dãy quan sát trên cùng một dấu hiệu nào đó.Hệ số biến động càng lớn thì sự tản mát của biến quanh giá trị trung bình càng nhiều

II.4 Sai số bình quân :

Mẫu mà ta quan sát chỉ là một bọ phận của tổng thể.Thông quamẫu

ta có thể phán đoán ước lượng cả tổng thể vì vậy nên các tham số của mẫu

so với các tham số của tổng thể thường có sự sai khác.Sự sai khác này là do chọn mẫu,đây là điều tất nhiên không thể tránh được

để biểu thị mức độ đại diện của tham số mẫu với tham số tổng thể

và xác định dung lượng,người ta dùng khái niệm sai số của số bình quân cộng.Trường hợp tổng thẻ hữu hạn,mẫu rút không hoàn lại thì sai số được biểu diễn như sau :

N

n n

Trong đó :N-là dung lượng tổng thể

Khi N  thì (1-n/N)1, do đó :m 





- -Sai tiêu chuẩn của tổng thể.trong nhiều trường hợp sai tiêu chuẩn của tổng thể là không biết được,người ta thường thay nó bằng sai tiêu chuẩn mẫu

II.5 Hệ số chính xác :

Trong nhiều vấn đề thực hành người ta cần tính sai số trung bình tương đối của trung bình mẫu gọi là hệ số chính xác được xác định bằng biểu thức :

100

X

m

trong thực tế hệ số chính xác cho ta thấy số liệu thu thập có được chấp nhận hay không.Tuỳ theo từng vấn đề nghiên cứu mà hệ số chính xác cho phép là bao nhiêu Trong nghiên cứu cơ lý gỗ nếu hệ số chính xác

P 5 % thì kết quả nghiên cứu sẽ được chấp nhận

III Số dung lượng mẫu :

Để đảm bảo những suy luận thống kê có thể tin cậy được,thường mẫu

được chọn phải đặc trưng cho tổng thể

Số lượng mẫu dùng trong thí nghiệm được tính theo công thức :

2

2

P

V

n 

Trong đó : n-là dung lượng mẫu

V-là hệ số biến động

P-hệ số chính xác

PHầN III Thực nghiệm- phân tích và đánh giá kết quả

 Công tác ngoại nghiệp :

Chúng tôi tiến hành khai thác 6 cây Mỡ tại lâm trường Lục Yên thuộc xã Lục Yên -Bắc Hà - Yên Bãi

Trên mỗi cây cắt lấy 3 khúc, mỗi khúc dài 2m, được đánh số thứ tự Khúc 1 cách đầu gốc 1,3m, khúc 3 lấy ở phần ngọn dưới cành đầu tiên tham ra tạo tán một khoảng là 2m

Các khúc gỗ tròn được xẻ thành các thanhgỗ xuyên tâm có kích thước thiết diện ngang: 2.5x2.5 cm,3.5x2.5 cm và 5.5x5.5 cm :

 Công việc ở phòng thí nghiệm :

Dụng cụ và máy móc ở phòng thí nghiệm :

Tủ sấy,nhiệt độ 0-3000C

Cân điện tử, độ chính xác 0.01g

Tước kẹp, độ chính xác 0.1mm

Pan me, độ chính xác 0.01mm

Kính lúp X10, bình hút ẩm,bình ngâm nước

Máy thử cơ học gỗ vạn năng

A.Cấu tạo thô đại

Quan sát bằng mắt thường và kính lúp trên một thớt gỗ Mỡ,chúng tôi thu được một số đặc trưng sau:

Vỏ có màu loang trắng

b tính chất vật lý

i độ ẩm của gỗ

Là tỉ lệ phần trăm lượng nước có trong gỗ so với khối lượng của gỗ Nếu lấy khối lượng nước chứa trong gỗ so với khối lượng gỗ có nước (gỗ tươi, gỗ ướt, gỗ khô) gọi là độ ẩm tương đối, ký hiệu là Wa(%)

Công thức tính:

(%) 100 1

0 1

m

m m

W A 

Nếu lấy khối lượng nước chứa trong gỗ so với khối lượng gỗ khô kiệt gọi là độ ẩm tuyệt đối, ký hiệu là W0(%)

Công thức tính

(%) 100

0

0 1

m

m m

W a  

Trong đó: m1: Là khối lượng gỗ có nước (g)

m0: Là khối lượng gỗ khô kiệt (g) Tiến hành thí nghiệm xác định độ ẩm gỗ theo phương pháp cân sấy Mẫu được lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN.358 - 70, có hình dạng và kích thước sau:

số lượng mẫu n=30, dung sai cắt mẫu 1mm

Tiến hành cân xác định khối lượng ban đầu m 1 (g) của từng mẫu đưa mẫu vào tủ sấy, tăng dần nhiệt độ từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ 1005 0 C và duy trì nhiệt độ này đến khi gỗ khô hoàn toàn trạng thái gỗ khô hoàn toàn được xác định khi ở hai lần cân cách nhau

2 giờ mà độ ẩm tính được tù hai lần cân này chênh lệch nhau không quá 0.3%

Mộu khô hoàn toàn được đưa vào bình hút ẩm để ổn định 15 phút rồi lấy ra cân từng mẫu xác định khối lượng m 0 (g)

Số liệu được ghi ở bảng

Kết qua tính toán và sử lý số liệu ghi ở bảng sau :

Cấp 5 tuổi

W a =

W 0 =

30

30

10