Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ sản xuất ván dăm chất lượng cao làm nguyên liệu cho sản xuất đồ mộc trong điều kiện miền bắc việt nam

F488 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT VIEN KHOA HOC LAM NGHIEP VIET NAM Hoang Tién Duong NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TO CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM CHẤT LƯỢNG CAO LÀM NGUYÊN LIỆ

F488

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

VIEN KHOA HOC LAM NGHIEP VIET NAM

Hoang Tién Duong

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TO CÔNG NGHỆ

SẢN XUẤT VÁN DĂM CHẤT LƯỢNG CAO LÀM

NGUYÊN LIỆU CHO SẢN XUẤT ĐỒ MỘC TRONG

DIEU KIEN MIEN BAC VIET NAM

Chuyên ngành: Quá trình cơ giới hoá - gia Công g

VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM

Người hướng dẫn khoa học:

1 GS.TS Hà Chu Chử

2 TSLê Văn Nguyện

Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Hữu Quang

Phản biện 2: TS H6 Xuan Các

Phản biện 3: TS Nguyễn Cảnh Mão

lên án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp

Nhà nước, họp tại:

VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM Vào hồi: § giờ 30 phút, ngày 25 tháng11 năm 2003

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc Gia

- Thư viện Viện khoa học Lâm nghiệp Việt nam.

MO DAU

Tính cấp thiết của vấn để nghiên cứu: Hiện nay, ván dăm

đang ngày càng có vai trò quan trọng do nguồn gỗ tự nhiên ngày càng

cạn kiệt trong khi đó ván dăm Việt nam chưa khẳng định được vị trí của mình, một trong những nguyên nhân chủ yếu là chất lượng thấp

Để góp phần khắc phục tình trạng này, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng ván là hết sức thiết thực, xuất phất từ lý do đó, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ sản xuất ván dam chat lượng cao làm nguyên liệu cho sản xuất đồ mộc trong điều kiện Miền bắc Việt nam”

Ý nghĩa khoa học của luận án: Xuất phát từ việc khảo sát và phân tích thực trạng nguyên liệu, công nghệ sản xuất-và sản phẩm để

tìm ra những yếu kém cần khác phục nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm ván dăm Vận dụng những kết quả nghiên cứu về biến tính gỗ

bằng nhiệt độ vào việc nâng cao chất lượng ván đăm từ gỗ Bồ đẻ

Nội dung nghiên cứu chủ yếu của luận án là:

- Nghiên cứu và đánh giá một số tính chất quan trọng của gỗ Bồ đề liên quan tới chất lượng ván dăm

~ Nghiên cứu sự thay đổi tính chất của gỗ Bồ đề khi xử lý nhiệt

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt dăm sau khi sấy tới

- Xác định các thông số công nghệ như nhiệt độ xử lí dăm, tỷ lệ gia Paraffin va chiéu day dam dé tao van dam chat lượng cao phù hợp với

điều kiện Miền bắc Việt nam

Ý nghĩa thực tiễn: Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, luận án là

công trình đầu tiên nghiên cứu tạo ván chất lượng cao từ gỗ Bồ đề trên

cực trong việc hoàn thiện công nghệ, nâng cao chất lượng sản phẩm van dam Việt nam hiện nay

CHƯƠNG 1 TONG QUAN

1.1 Sự ra đời và phát triển của công nghệ sản xuất ván dam

Xuất phát từ ý tưởng tận dụng phế liệu gỗ, năm 1887 Ernst

Hubbard đã tạo ra ván lớn bằng cách ép mùn cưa với keo Anbumin,

và năm 1889, Krammer cũng thành công với sáng kiến tạo ra ván lớn

từ việc tận dụng vỏ bào.v.v., có thể nói rằng những năm 80 của thế kỷ ˆ

XIX là thời kỳ phôi thai của công nghệ sản xuất van dam Sau chiến tranh thế giới lần thứ II, khoa học kỹ thuật và công nghệ trên thế giới

phát triển làm cho sản xuất ván dăm có những bước tiến vượt bậc về

cả số lượng và chất lượng, nguyên liệu và sản phẩm ván dãm ngày

càng phong phú và đa dạng

1.2 Phân loại sản phẩm van dam

Sản phẩm ván đăm được phân loại theo nhiều phương pháp tuỳ

theo các quan điểm phân chia khác nhau, một số phương pháp phân

loại chủ yếu như: Phân loại theo phương pháp ép, theo khối lượng thể :

tích, theo cấu trúc, theo khả năng chịu nước, theo mục đích sử dụng, theo kha nang chậm cháy.v.v

1.3 Một số yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm van dam

Chất lượng sản phẩm ván dăm: Chất lượng của ván đdăm

được đánh giá thông qua các chỉ tiêu tính chất, các tính chất của ván

phân ra thành ba nhóm: các tính chất vật lý, các tính chất cơ học và tính chất bền lâu Chất lượng ván đăm đã được tiêu chuẩn hoá ở cấp quốc gia, khu vực và thế giới nhu: TOCT-10632- 89, ISO 9427-1989, GB/T 4897- 92, JIS 5908- 1994.v.v

Một số yếu tố ảnh hưởng tới chat luong van dam:

- Các yếu tố thuộc về nguyên liệu: cấu tạo gỗ, khối lượng thể tích, độ

pH, tính hút ẩm, hút nước, tính chất cơ học, loại keo và phu gia v.v

- Các yếu tố thuộc về công nghệ: khối lượng thể tích ván, tỷ lệ keo, hình dạng và kích thước dăm, chế độ ép, tỷ lệ phụ gia, tỷ lệ lớp ván,

xử lý nguyên liệu, xung kích ẩm v.v

1.4 Tình hình sản xuất và chất lượng van dam

1.4.1 Tình hình sản xuất và chất lượng ván dăm trên thế giới

Công nghệ sản xuất ván dãm ra đời muộn song tốc độ phát triển

khá nhanh, sản lượng ván dăm trên thế giới năm 1950 là 20 000 mỶ,

năm 1995 khoảng 64 000 000 mỶ, năm 2000 sản lượng 95 000 000

m’ Chất lượng ván đã được tiêu chuẩn hoá, chỉ tiêu chất lượng chủ

yếu đối với ván dăm chất lượng cao dùng trong sản xuất đồ mộc theo TCVN 2- 1999: Tỷ lệ dãn nở chiều dày Sau 2 giờ ngâm nước, %: <8

¡ độ bên uốn tĩnh, kG/cm”: > 150; độ bền kéo vuông góc bể mặt, kG/cm”: > 3.5; lực cản vít vuông góc, kG: > 110; lực cản vít song

song, kG: > 80

1.4.2 Tình hình sản xuất và chất lượng ván dăm ở Việt nam

Năm 1976 nhà máy ván dăm Việt trì là nhà máy đầu tiên xây

dựng ở nước ta, cho tới nay ở nước ta mới có một số ít cơ sở sản xuất ván dăm, quy mô còn nhỏ, sản xuất nói chung không ổn định, công suất thường chỉ đạt 50 % công suất thiết kế Về chất lượng, theo kết quả khảo sát được năm 1998 thì một số tính chất chủ yếu của van dam

Việt trì như sau: khối lượng thể tích 0.64 g/cmẺ, tỷ lệ dãn nở chiều

day sau 2 giờ ngâm nước 9.5 %, độ bền uốn tĩnh 122.5 kG/cm” Như vậy sản phẩm ván của nước ta chưa đạt yêu cầu, đặc biệt so với các

tiêu chuẩn của các nước trong khu vực và thế giới thì độ bền cơ học

còn thấp, tỷ lệ dãn nở chiều dày lớn.

1.5 Quan điểm ván dam chất lượng cao trong điều kiện Miền bắc

Việt nam

Đặc điểm khí hậu Miền bắc nước ta thuộc vùng khí hậu nhiệt đới

ẩm, gió mùa, có mùa đông lạnh Nhiệt độ và độ ẩm môi trường biến

động lớn dẫn đến cấu trúc ván dễ bị phá vỡ trong quá trình sử dụng,

do đó ngoài các yêu cầu chung về độ bền có học thì tính ổn định kích thước là đặc biệt quan trọng, đo đó vấn để công nghệ nâng cao tính

ổn định khích thước cho ván cần được giải quyết bằng giải pháp biến tính nguyên liệu

Về chất lượng, trên cơ sở tham khảo một số tiêu chuẩn trên thế

giới và tiêu chuẩn của Việt nam, chúng tôi xác định một số chỉ tiêu

van dim chất lượng cao cho sản xuất đồ mộc trong điều kiện Miền

bắc Việt nam như sau: khối lượng thể tích; kg/mỶ: 700 ; ty lệ dãn nở

chiêu dày sau 2 giờ ngâm nước, %:<8; độ bền uốn tĩnh, kG/cm”: > 160; độ bền kéo vuông góc,kG/cm”: >3.5; lực cản vít vuông góc,kG: > 110; lực cản vít song song, kG: > 80

1.6 Một số giải pháp cải thiện tinh chat van dam

Trong phạm vi có hạn, luận án đề cập một số giải pháp cơ bản

để chống ẩm và tăng độ bền uốn tinh cho van dam

Các giải pháp chống ẩm cho ván dăm

Có nhiều giải pháp khác nhau để chống ẩm cho ván, theo tác

giả A.A ›ns6epm (1970) [52] có thể phân thành hai nhóm giải pháp:

chống ẩm tạm thời và chống ẩm vĩnh cửu, giải pháp chống ẩm tạm

thời chủ yếu hiện nay là sử dụng phụ gia Paraffin còn giải pháp chống

ẩm vĩnh cửu chủ yếu bằng biện pháp xử lí biến tính nguyên liệu Khái quát một số giải pháp chính như sau:

- Sử dụng phụ gia Paraffin: Có thể sử dụng Paraffin ở các dạng khác nhau Sử dụng Paraffin có hạn chế là làm giảm độ bên cơ học, tác

dụng chống ẩm chỉ mang tính tạm thời

- Giảm tỷ lệ trương nở chiều dày bằng cách xử lý nhiệt ván: Cơ chế

chống ẩm của giải pháp này là làm thay đổi tổ thành hoá học đặc biệt

là sự thay đổi của Cellulose từ đó làm cho tính chịu nước và ổn định

kích thước của ván tăng lên, giải pháp này làm tăng chỉ phí, thời gian

và hiệu quả vẫn bị hạn chế bởi khả năng chịu nhiệt của màng keo

- Giảm tỷ lệ dãn nở chiều dày ván dăm bằng cách xử lý hoá hoe dam

gỗ bằng các hóa chất như Anhydride acetic, Formaldehyde, tuy nhiên

giải pháp biến tính hoá học làm giảm độ bền cơ học đồng thời công _ việc xử lý cũng khá phức tạp, mất thời gian khá dài và môi trường sản

xuất bị ảnh hưởng [30], [31], [53]

- Giảm tỷ lệ dãn nở vấn dăm bằng giải pháp xử lý nhiệt dăm công nghệ, cơ chế của giải pháp này là làm thay đổi tổ thành hoá học đặc biệt là sự thay đổi của Cellulose làm cho tính hút nước của dăm gỗ

giảm đi, độ ổn định kích thước tăng lên từ đó khả năng chống ẩm của

van tăng, hạn chế của giải pháp này là vấn để an toàn trong sản xuất, yêu cầu thiết bị và chi phí nhiệt

- Giảm tỷ lệ dãn nở ván dam bằng giải pháp nâng cao nồng độ và lượng chất kết dính, tuy nhiên nếu tỷ lệ keo quá cao cũng là không có

lợi đồng thời làm cho giá thành tăng, khả năng gia công khó khăn

- Giảm tỷ lệ dãn nở ván dăm bằng giải pháp thay đổi kích thước dăm

đặc biệt là tỷ lệ giữa chiều dày và chiều dài của dăm, cơ chế của giải pháp này là nâng cao khả năng đan xen cơ giới giữa các phần tử dăm

trong ván, tăng cường hiệu suất nén

- Nang cao độ bên cơ học ván bằng cách tạo cấu trúc định hướng, giải pháp này làm độ bền cơ học của ván tăng nhưng tỷ lệ dãn nở tăng lên

- Tăng độ bên cơ học cho ván dãm bằng cách tăng khối lượng thể tích ván, giải pháp này sẽ làm tỷ lệ dãn no van tang lên đồng thời hao tốn nguyên liệu và giá thành

- Một số giải pháp khác: xử lý nhiệt, tăng lượng keo.V.V

1.7 Mục tiêu nghiên cứu và chọn giải pháp công nghệ

1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu

Xuất phat từ thực tế chất lượng ván dăm, môi trường st dung

va khí tiêu đặt ra, chúng tôi xác định mục tiêu nghiên cứu là:

+ Tăng độ ổn định kích thước

ˆ + Nâng cao độ bền cơ học,

1.7.2 Chọn giải pháp công nghệ

* Căn cứ lựa chọn giải pháp công nghệ

+ Thứ nhất là vấn đẻ chống ẩm cho ván dăm hiện nay thường sử dụng

Paraffin, như vậy tác dụng làm ổn định tính chất ván bị hạn chế vì

dùng Paraffin để chống ẩm cho ván dam chỉ có hiệu lực tạm thời [52]

+ Thứ hai là kích thước dăm, đặc biệt là thông số chiều dày và độ thon

của dăm lớp mặt chưa đảm bảo yêu cầu, như vậy không những hạn chế về độ bền uốn tĩnh mà còn làm tăng hiện tượng dãn nở của ván

+ Thứ ba là tỷ lệ keo còn thấp ( 8% cho lớp lõi, 14% cho lớp mặt ) vì

các loại gỗ có khối lượng thể tích thấp đều có tính thẩm thấu và hút nước cao, do đó lượng keo sẽ thấm vào trong cdc phan tir dam nhiều, khi đó lượng keo thực tế còn lại trên bề mật các phan tir dam bi giam

đi làm cho liên kết dán dính giữa các phan tir dam trong van yếu đi,

trong ván sẽ suất hiện nhiều lỗ hổng, tạo điều kiện cho ẩm và nước xâm nhập và phá huỷ cấu trúc ván

+ Tính chất cơ học, vật lý của ván dăm phụ thuộc nhiều vào tính chất

của đăm trong đó hiện tượng hút nước và dãn nở của dăm gỗ thay đổi

theo độ ẩm môi trường là vấn đề hết sức quan trọng, do vậy giải pháp

xử lý biến tính đăm nhằm tăng khả năng ổn định tính chất, hạn chế độ

hút nước và dãn nở có ý nghĩa quan trọng đối với công nghệ tạo ván chất lượng cao trong điều kiện Miền bắc Việt nam

* Chọn giải pháp công nghệ tạo ván dăm chất lượng cao Căn cứ vào sự phân tích về các giải pháp cải thiện tính chất ván và điều kiện khí hậu nước ta, chúng tôi chọn giải pháp nghiên cứu là: Xử lý nhiệt cho dăm, kết hợp với các giải pháp như sử dụng phụ gia Paraffin và thay đổi tỷ lệ keo và kích thước dăm lớp mặt ˆ

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận án là ván dăm

2.2 Nội dung nghiên cứu

~- Nghiên cứu một số đặc điểm của gỗ Bồ đề, keo U-F va Paraffin

_ Nghiên cứu sự biến đổi tính chất của gỗ Bồ đề khi xử lí nhiệt

-If dam, chiều dày dăm, tỷ lệ Paraffin, tỷ lệ keo và giải pháp kết hợp) trong việc nâng cao chất lượng ván

- Đề xuất công nghệ tạo ván dãm chất lượng cao

2.3 Phương pháp nghiên cứu và thiết bị sử dụng

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu

* Phương pháp thu thập thông tin

- Thông tin lý thuyết: Kế thừa tài liệu và khảo sát thực tế, trên cơ sở thông tin từ đó xây dựng cơ sở lý luận A

- Thông tin thực nghiệm: Tạo ván thực nghiệm dựa vào lý thuyết qui

hoạch thực nghiệm, các mẫu kiểm tra nguyên liệu và sản phẩm được

lấy theo tiêu chuẩn với số lượng đảm bảo độ tin cậy và sai số cho phép Các phương pháp cụ thể áp dụng cho từng nội dung nghiên cứu như sau:

+ Xác định tính chất gỗ Bồ đề theo TCVN 356-70 + TCVN 365-70

+ + Cac bước thực nghiệm tạo ván được tiến hành theo thứ tu:

Thực nghiệm thăm dò: Nhằm xác định số lần lặp lại cần thiết

cho mỗi thí nghiệm trong điều kiện nghiên cứu cụ thể

Thực nghiệm đơn yếu tố: Nhằm xác định mức độ ảnh hưởng

của từng yếu tố công nghệ tới các chỉ tiêu chất lượng ván, từ đó làm

cơ sở cho các bước nghiên cứu tiếp theo

Thực nghiệm đa yếu tố: Nhằm xác định sự ảnh Huống đồng

thời của các yếu tố tác động tới các chỉ tiêu chất lượng ván Kế hoạch thực nghiệm xác định theo lý thuyết qui hoạch thực nghiệm

+ Các tính chất của ván được kiểm tra theo tiêu chuẩn 04TCVN2-99

* Phương pháp xử lý thông tin

- Thông tin lý thuyết: Xử lý bằng phương pháp phân tích, tổng hợp, so

- May bam dam kiểu trống BX- 444 do Trung quốc sản xuất

- Máy đập dăm mã hiệu BX - 349 do Trung quốc sản xuất

- Máy sấydăm Ketong-101

- May sang dãm của Trung quốc với 5 sàng có kích thước lỗ sàng là

8x8 mm, 4x4 mm, 1.25x1.25 mm, 0.4x0.4 mm và 0.25x0.25 mm

- Thiết bị phun keo bằng khí nén, áp suất phun 5- 6 kG/cm?

- Máy ép nhiệt một tầng của Trung quốc BYDI113x 3/Z

- - Máy thử tính chất cơ học Amsler, máy đo pH mã hiệu Hanna, cân

điện tử Ohaus, thước cặp Panme, bình hút ẩm

2.4 Phương pháp tạo ván thực nghiệm

Gỗ Bồ đề sau khi bóc vỏ, được cắt khúc dài từ I + 1,5 m Dăm lớp mặt được băm tại Trường đại học Lâm nghiệp, đăm lõi là dăm của Công ty ván nhân tạo Việt Trì Sau khi băm, dăm lớp mặt được nghiên

để giảm bớt chiều rộng Sau khi nghiền, dăm được chuyển tới khâu

phân loại để loại bỏ các dăm có kích thước không đạt yêu cầu, sau đó chuyển tới máy sấy dăm Sau khi sấy và xử lí nhiệt (nếu c6), dam lõi

đạt độ ẩm 2-3%, dam mat dat độ ẩm 4- 6 % được trộn với keo và phụ gia Tham dam duoc trải thủ công sau đó đưa vào máy ép nhiệt.

Có nhiều giải pháp xử lí nhiệt, trên thế giới thường thực hiện bàng cách xử lí trước hoặc trong khi sấy, tuy nhiên theo các biện pháp này sẽ kèm theo những điều kiện hạn chế về nhiệt độ, thiết bị và thời gian (đã phân tích kĩ trong luận án) Trong điều kiện nước ta , chúng tôi chọn phương án xử lí dăm sau khi sấy, với phương án này thì nhiệt

độ xử lí có thể thấp hơn, thiết bị dễ kiếm và hao phí nhiệt thấp hơn 2.4.3 Tính toán nguyên liệu và chọn chế độ ép nhiệt

Xác định lượng dăm cho một lớp ván, lượng keo, phụ gia bang

cac cong thitc 2.4, 2.5, 2.6 va 2.7 [6]

Chọn chế độ ép nhiệt: Luận án chọn các thông số chế độ ép nhiệt

như sau: nhiệt độ ép T = 165 °C; áp suất ép lớn nhất P„„„ = 22 kG/cm’;

thời gian ép r = 0.7 phút/mm chiều dày

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT

CỦA NGUYÊN LIỆU

3.1 Chọn loại nguyên liệu

- Loại gỗ: Luận án chọn gỗ Bồ đề làm nguyên liệu tạo ván dăm

- Keo và phụ gia: Luận án chọn keo U- F của Công ty ván nhân tạo Việt trì, Paraffin nhũ tương của Viện khoa học Lâm nghiệp Việt nam 3.2 Xác định một số tính chất của nguyên liệu

Chúng tôi xác định một số tính chất của gỗ Bồ đề gồm: khối lượng thể tích, đặc điểm cấu tạo, sức hút nước, hút ẩm, độ dãn nở, độ bên ép ngang, độ bền kéo dọc và độ pH (ghi ở bảng 3.8 trong luận án) Kết quả nghiên cứu cho thấy gỗ Bồ để có ưu điểm chính là: Là cây bản địa, nhanh lớn, mềm, thẳng thớ, độ bền nén ngang thấp, như vậy quá trình ép ván là thuận lợi, lực ép không cần cao và khả năng tạo sự tiếp xúc giữa các phần tử dăm tốt, tuy nhiên gỗ Bồ để cũng có

những hạn chế khi sản xuất ván dăm là: Gỗ có độ hút nước, hệ số dãn

nở cao như vậy sẽ hao tốn keo do sự thẩm thấu, khối lượng thể tích thấp nên hao tốn nguyên liệu gỗ Từ những hạn chế như vậy, khi sử dụng gỗ Bồ đề làm ván dăm cần hạn chế độ thấm keo

- Các thông số kỹ thuật của keo U- F xác định được: Hàm lượng khô

51%, độ pH 7.5, độ nhớt (20°C) 35 s và thời gian gel hoá 65s

- Hỗn hợp Paraffin nhũ tương có khối lượng riêng 0.9 g/cm’, néng do

70 %, độ pH kiểm tra, giá trị trung bình độ pH = 5.5

Qua số liệu trên, ta thấy một số chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của của

keo U-F và dung dịch Paraffin nhũ tương đáp ứng được yêu cầu

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ

THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ TỚI TÍNH CHẤT VÁN DĂM

4.1 Nghiên cứu thăm đò

chính xác và độ tin cậy mong muốn Chúng tôi tiến hành ép 10 tấm

ván với các thông số: Khối lượng thể tích, g/cmỶ: y = 0.7; Kích thước

x3.5 x 0.35 với dăm lớp lõi; Nhiệt độ sấy dăm, °C: 150; Tỷ lệ keo,

%: 13 với dăm lớp mặt và 8 với dãm lớp lõi; Chế độ ép: T = 165C,

P=22 kG/cm”, + = 0.7 phút⁄mm chiều dày

Kết quả nghiên cứu: Các mẫu thử được tiến hành xác định độ

- bên uốn tĩnh trên máy thử Amsler Số liệu đo ghi ở bảng 4.1 trong luận án, kết quả tính toán số lần lặp lại K> 2.9, như vậy luận án chọn số lần lặp lại là 3 thì kết quả thí nghiệm sẽ đạt được độ tin cậy 95% với sai số < 3.5%