Tóm tắt luận án tiến sĩ nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo ván lạng kỹ thuật từ gỗ bồ đề (styrax tonkinensis pierre)

Công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật là sự phối hợp của rất nhiều kỹ thuật chế biến gỗ rừng trồng như: bóc ván, nhuộm màu, ép ván, xẻ, lạng ván,… Đối với các nước phát triển, quy trình c

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

ĐẶNG XUÂN THỨC

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ

TẠO VÁN LẠNG KỸ THUẬT

TỪ GỖ BỒ ĐỀ (Styrax tonkinensis Pierre)

Chuyên ngành: Kỹ thuật chế biến lâm sản

Mã số: 62 54 03 01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

HÀ NỘI, 2015

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Lâm nghiệp

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Văn Thiết

Phản biện 1: ……… Phản biện 2: ……… Phản biện 3: ………

Luận án được thông qua trước Hội đồng đánh giá luận san tiến sĩ cấp Trường

- Thời gian bảo vệ: ………

- Địa điểm: Trường Đại học Lâm nghiệp

MỞ ĐẦU

Ván lạng kỹ thuật là ván mỏng được lạng từ phôi lạng tạo thành bởi sự dán dính nhiều lớp ván bóc xen kẽ với màu sắc khác nhau theo chiều dọc thớ gỗ Ván lạng kỹ thuật có những ưu điểm như: Có thể làm thành một tấm trang sức hoàn chỉnh, từ đó đã làm đơn giản hoá công đoạn sản xuất ván trang sức, đồng thời có lợi cho việc thực hiện sản xuất một cách liên tục Ngoài ra, hoa văn và màu sắc của ván mỏng có thể thiết kế theo yêu cầu; có thể lạng ra ván mỏng trang sức

có vân thớ, màu sắc tương tự nhau Công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật là sự phối hợp của rất nhiều kỹ thuật chế biến gỗ rừng trồng như: bóc ván, nhuộm màu, ép ván, xẻ, lạng ván,… Đối với các nước phát triển, quy trình công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật về cơ bản

đã đáp ứng được việc sản xuất công nghiệp hóa, và thương mại hóa sản phẩm Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất thường sử dụng rất nhiều hóa chất Đây chính là các nhân tố gây tác động không tốt đến môi trường trong quá trình sản xuất cũng như sử dụng Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật mang tính thân thiện môi trường là một hướng nghiên cứu mới và cần thiết

Từ phân tích trên, luận án với tên “Nghiên cứu một số yếu tố

công nghệ tạo ván lạng kỹ thuật từ gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis

Pierre)” đã tiếp cận theo hướng cải tiến công nghệ sản xuất ván lạng

kỹ thuật thông thường bằng cách áp dụng công nghệ mới, thân thiện môi trường – Công nghệ xử lý nhiệt độ cao trong công đoạn tạo màu

cho ván bóc của quá trình sản xuất để tiến hành nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học

Kết quả của luận án là góp phần làm rõ thêm cơ sở khoa học trong nghiên cứu sản xuất ván lạng kỹ thuật, là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo trong việc xây dựng các phần mềm ứng dụng trong sản xuất như: phần mềm mô phỏng khuôn ép, hoa văn,

Ý nghĩa thực tiễn

Việc áp dụng công nghệ xử lý nhiệt để tạo màu sắc cho ván bóc trong quá trình sản xuất ván lạng kỹ thuật đã góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do sử dụng hóa chất nhuộm màu khi sản xuất bằng công nghệ thông thường

Những đóng góp mới của luận án

(1) Đã đưa ra được mối quan hệ giữa hình dạng nét cơ bản của hoa văn trên sản phẩm ván lạng kỹ thuật với các thông số tạo khuôn

ép và góc nghiêng khi xẻ phôi lạng

(2) Lần đầu tiên áp dụng phương pháp xử lý nhiệt độ cao để tạo màu cho ván bóc từ gỗ Bồ đề để tạo ván lạng kỹ thuật

(3) Đã xác định được thông số công nghệ ép định hình để tạo phôi lạng trong điều kiện phòng thí nghiệm để sản xuất ván lạng kỹ thuật từ gỗ Bồ đề với ván bóc được tạo màu bằng công nghệ thân thiện môi trường – Công nghệ xử lý nhiệt độ cao

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH GỖ 1.1 Tình hình nghiên cứu ván lạng kỹ thuật

Từ những năm 60 của thế kỷ 20, Nhật Bản, Ý, Anh, đã bắt đầu chế tạo và sản xuất ván lạng kỹ thuật và đã được thế giới biết đến [45] Hiện tại, ván lạng kỹ thuật đã được người tiêu dùng trên thế giới sử dụng rất phổ biến và nhiều sản phẩm chất lượng cao đã xuất hiện

Những năm 80 của thế kỷ 20, tại các tỉnh duyên hải phía nam Trung Quốc bắt đầu quan tâm đến ván lạng kỹ thuật Do hoa văn và màu sắc loại sản phẩm này đa dạng, đã thu hút lượng rất lớn người tiêu dùng [41]

Wang Zhexin, Ding Qiusheng và các cộng sự (1991) đã nghiên cứu

và phát triển một cách hệ thống công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật từ

gỗ Dương nhằm thay thế sản phẩm từ gỗ quý hiếm như: Thủy khúc liễu (Fraxinus mandschurica), Tếch, đã tạo ra lợi ích kinh tế xã hội rõ rệt [48]

Meng Xianshu và Jiang Zheng (1995) đã nghiên cứu thăm dò sử dụng keo dùng trong sản xuất ván dán để làm nguyên liệu sản xuất ván lạng kỹ thuật từ gỗ Bạch đàn, gỗ Dương, gỗ Hoa Kết quả cho thấy, tính năng của ván lạng kỹ thuật tạo ra cơ bản tương đương với sản phẩm nhập khẩu [38]

Li Niancun, Xiang Qin và các cộng sự (2000) nghiên cứu ván lạng

kỹ thuật chống rách, trong thí nghiệm đã áp dụng ván lạng phun keo (keo

UF biến tính, hàm lượng khô 55%) dán dính với vải mỏng, lượng keo tráng 20-30 g/m2, nhiệt độ ép 100oC, thời gian ép 90s, áp lực ép 1,0 MPa Sản phẩm ván lạng kỹ thuật tính dẻo dai được tạo ra có độ dai lớn, tính năng dán dính và chất lượng ngoại quan đáp ứng yêu cầu trang sức bề mặt, trang trí nội thất, dán cạnh thẳng, cạnh cong hoặc phủ mặt với hình dạng đặc biệt [44]

Năm 2009, Trần Văn Chứ đã tiến hành nghiên cứu công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật bằng các phối hợp giữa ván bóc gỗ Bồ đề và gỗ Keo tai tượng (đề tài thuộc nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ của

Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn), kết quả cho thấy, sản phẩm ván lạng kỹ thuật đảm bảo yêu cầu chất lượng cho ván trang sức bề mặt sản phẩm gỗ [2]

Một công trình nghiên cứu khác của Đặng Xuân Thức, Nguyễn Văn Thiết và Vũ Mạnh Tường công bố năm 2014 về vấn đề xác định thông số tạo vân gỗ cho ván lạng kỹ thuật Bài báo đã phân tích và đưa ra các công thức toán học để xác định các tham số thiết kế tạo vân gỗ cho ván lạng kỹ thuật gồm: Bán kính cong của khuôn ép, góc lạng ván trên cơ

sở các tham số đầu vào của vân gỗ yêu cầu thiết kế [1]

Do đặc thù của công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật, áp dụng tổng hợp nhiều lĩnh vực nghiên cứu trong sản xuất sản phẩm gỗ như: điều chế màu sắc, mô phỏng hoa văn, dán ép tạo hộp gỗ lạng, lạng ván, các công đoạn này lại liên quan đến các lĩnh vực khoa học như nhuộm màu, keo dán, kỹ thuật mô phỏng bằng máy tính, máy chế biến, dẫn đến các công trình công bố thường chỉ là những công trình trình bày về công nghệ của một công đoạn nhất định trong quá trình sản xuất

1.3 Nhận xét rút ra từ tổng quan

Cho dù các nghiên cứu hiện tại trên thế giới đã có những kết quả nhất định, nhưng ở các phương diện liên quan đến quá trình công nghệ, như: công nghệ tạo màu, phối màu, nhận biết hoa văn, thiết kế và mô phỏng hoa văn, keo dán chuyên dùng cho sản xuất ván lạng kỹ thuật, công nghệ lạng ván lạng kỹ thuật đều cần tiến hành các nghiên cứu sâu hơn nữa nhằm tạo ra sản phẩm có tính thẩm mỹ, độ bền cao, ngoài ra cần

ít gây tác động tới môi trường và sức khỏe người sử dụng

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Hoa văn ván lạng kỹ thuật

2.1.1 Vân thớ và hoa văn gỗ tự nhiên

(1) Vân thớ và hoa văn gỗ

Hoa văn gỗ là các đường nét hoặc các vết đặc thù trên bất cứ

bề mặt nào của gỗ Hoa văn gỗ do tác dụng qua lại giữa các tổ chức cấu tạo nên gỗ tạo ra như: vòng năm, tia gỗ, mạch gỗ, tế bào mô mềm xếp dọc thân cây, u bướu, mắt gỗ, cành, thớ gỗ và màu sắc,… Hoa văn gỗ trên các mặt cắt khác nhau có hình dạng khác nhau Với các loại gỗ khác nhau, do cấu tạo khác nhau, màu sắc khác nhau nên

có hoa văn rất khác nhau

(2) Phương pháp tạo hoa văn bề mặt gỗ từ gỗ tự nhiên

Hình dạng hoa văn gỗ rất khác nhau khi thay đổi các phương pháp cắt, chiều hướng cắt so với thớ gỗ [46]

Hình 2.2 Hoa văn gỗ khi bóc quay tròn

Hình 2.3 Hoa văn gỗ khi lạng theo phương xuyên tâm

Hình 2.4 Hoa văn gỗ khi lạng theo phương tiếp tuyến

Hình 2.5 Hoa văn gỗ khi bóc nửa vòng

Hình 2.6 Hoa văn gỗ khi bóc trên khối gỗ xẻ xuyên tâm

2.1.2 Thiết kế hoa văn ván lạng kỹ thuật

Hoa văn ván lạng kỹ thuật có hai dạng Dạng thứ nhất là hoa văn giống với hoa văn gỗ các loài cây quý hiếm và có hiệu quả trang sức bề mặt một cách tự nhiên, trong đó thường có ba loại cơ bản là ván lạng kỹ thuật vân tiếp tuyến, ván lạng kỹ thuật vân xuyên tâm và ván lạng kỹ thuật vân đặc biệt; dạng thứ hai là hoa văn theo ý tưởng

thẩm mỹ của con người, thường gọi là ván lạng kỹ thuật hoa văn nghệ thuật

Hình 2.7 Hoa văn ván lạng kỹ thuật vân xuyên tâm

(a) Hoa văn dạng hai màu xen kẽ; (b) hoa văn dạng nhiều màu xen kẽ

có quy luật; (c) hoa văn dạng nhiều màu xen kẽ không quy luật

Hình 2.8 Quy trình thiết kế hoa văn vân tiếp tuyến

2.2 Tạo màu ván mỏng bằng phương pháp xử lý nhiệt độ cao

Theo một số tài liệu nghiên cứu, xử lý nhiệt cho gỗ trong khoảng 160-260oC, trong môi trường có vật chất bảo hộ như hơi nước, khí trơ, không khí ít ô xy… [16], thông qua giảm thiểu số lượng nhóm –OH trong tổ phần của gỗ, đã giảm khả năng hút ẩm và nội ứng lực của gỗ, từ đo nâng cao tính ổn định kích thước của gỗ [12, 19, 24]; đồng thời trong quá trình xử lý nhiệt, tổ phần của gỗ

phát sinh hàng loạt các phản ứng hóa học phức tạp, làm biến đổi một

số thành phần của gỗ, giảm chất dinh dưỡng cho sự sinh tồn của nấm

và côn trùng hại gỗ, ngăn cản sự sinh trưởng và phát triển của nấm và côn trùng hại gỗ qua việc cắt đứt chuỗi thức ăn, vì vậy có thể nâng cao khả năng chống vi sinh vật phá hoại [9, 19, 23] Phương pháp này chỉ sử dụng tác nhân vật lý, so với các phương pháp dùng tác nhân hóa học khác, vấn đề ô nhiễm trong quá trình sản xuất bằng công nghệ xử lý nhiệt ít, công nghệ xử lý đơn giản, hơn nữa trong quá trình sử dụng hiệu quả bảo quản của gỗ xử lý nhiệt không bị suy giảm do hóa chất bị rửa trôi hay bay hơi, cũng không làm hại đến sức khỏe của con người

Gỗ sau khi được xử lý với nhiệt độ cao màu sắc thường trở nên sẫm hơn, và dần chuyển sang màu sắc tương tự với màu của các loài

gỗ quý [10, 14] Nghiên cứu thể hiện, chất chiết xuất trong gỗ bị di chuyển ra bề mặt gỗ sau khi xử lý nhiệt hoặc bị thoát ra không khí, dẫn đến màu sắc gỗ sau xử lý nhiệt thường sẫm hơn Tuy nhiên, màu sắc gỗ xử lý nhiệt chủ yếu là do các hợp chất có phân tử lượng thấp tạo thành từ sự phân giải của hợp chất cao phân tử trong gỗ [32] Màu sắc gỗ xử lý nhiệt có sự khác biệt phụ thuộc vào loài gỗ, công nghệ xử lý Mức độ thay đổi màu sắc của gỗ phụ thuộc vào chế

độ xử lý [7, 18, 31] Màu sắc gỗ sẫm hơn khi tăng nhiệt độ xử lý và kéo dài thời gian xử lý [25] Vì vậy, có thể lợi dụng mối quan hệ giữa

sự biến đổi màu sắc của gỗ với các tham số của quá trình xử lý (nhiệt

độ, thời gian) làm cơ sở lựa chọn công nghệ để xử lý sao cho có thể đạt được gỗ có màu sắc theo yêu cầu

Chương 3 ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trên cơ sở quy trình công nghệ và phân tích các công trình nghiên cứu liên quan cũng như những tồn tại trong công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật, Luận án lựa chọn đối tượng, mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu như sau:

3.1 Đối tượng nghiên cứu

(1) Đối tượng nghiên cứu tổng quát

Công nghệ tạo ván lạng kỹ thuật từ gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre)

(2) Đối tượng nghiên cứu cụ thể

- Nguyên lý thiết kế và mô phỏng vân gỗ;

- Công nghệ tạo màu ván bóc không sử dụng hóa chất – xử lý nhiệt độ cao;

- Thông số công nghệ ép định hình (áp suất ép, thời gian ép) tạo

- Xác định ảnh hưởng của thông số chế độ ép (thời gian ép, áp suất ép) đến chất lượng phôi lạng;

- Tạo được sản phẩm ván lạng kỹ thuật từ gỗ Bồ đề tạo màu bằng phương pháp xử lý nhiệt với một chế độ cụ thể

3.3 Phạm vi nghiên cứu

(1) Nguyên liệu

- Ván bóc từ gỗ Bồ đề 9-10 tuổi, khai thác tại Phú Thọ;

- Loại keo: Keo dán dùng trong thí nghiệm là keo UF biến tính bằng PVAc

(2) Hoa văn sản phẩm ván lạng

Hoa văn mục tiêu cho sản phẩm ván lạng kỹ thuật trong nghiên cứu là hoa văn dạng vân gỗ xẻ tiếp tuyến và vân gỗ xẻ xuyên tâm; (3) Công nghệ tạo màu ván bóc

Trong nghiên cứu của luận án đã áp dụng công nghệ tạo màu bằng phương pháp xử lý nhiệt trong môi trường không khí

(4) Thông số công nghệ ép

- Chiều dày ván bóc: cố định

- Nhiệt độ ép tạo hộp gỗ lạng: ép ở nhiệt độ thường

- Khuôn ép: khuôn gỗ

- Áp suất ép: thay đổi (cụ thể trình bày trong Chương 3)

- Thời gian ép: thay đổi (cụ thể trình bày trong Chương 3) (5) Các chỉ tiêu cần kiểm tra

- Chỉ tiêu chất lượng ván bóc tạo màu bằng phương pháp xử lý nhiệt trước khi ép tạo phôi lạng: Màu sắc, Khả năng dán dính, Chỉ tiêu chất lượng phôi lạng, Độ bền kéo trượt màng keo, Độ bong tách màng keo, Độ phục hồi hình dạng phôi lạng

- Chỉ tiêu chất lượng ván lạng kỹ thuật: Chỉ tiêu ngoại quan, Độ thô bề mặt ván lạng

3.4

(1) Nghiên cứu xác định tham số tạo phôi lạng

(2) Nghiên cứu tạo màu ván bóc bằng phương pháp xử lý nhiệt: Ảnh hưởng của điều kiện xử lý đến màu sắc của ván bóc, Độ bền màu của ván bóc xử lý nhiệt khi chiếu tia tử ngoại (UV)

(3) Nghiên cứu công nghệ chế độ ép tạo phôi lạng: Ảnh hưởng của thời gian ép đến chất lượng phôi lạng, Ảnh hưởng của áp suất ép đến chất lượng phôi lạng

(4) Phân tích đề xuất giải pháp lợi dụng hiệu quả phôi lạng (5) Khảo nghiệm tạo ván lạng kỹ thuật

3.5 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu áp dụng trong luận án được trình bày trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án

1 Xác định tham số tạo phôi

3 Công nghệ chế độ ép tạo

phôi lạng - Lý thuyết - Thực nghiệm đơn yếu tố

4

Phân tích đề xuất giải pháp

lợi dụng hiệu quả hộp gỗ

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

4.1 Xác định tham số tạo hoa văn ván lạng kỹ thuật

4.1.1 Nhập dữ liệu và xác định bán kính cong

Trong nghiên cứu đã áp dụng các công cụ máy tính và phần mềm đồ họa để nhập dữ liệu vân gỗ dạng tiếp tuyến chuyển thành dữ liệu ảnh và tiến hành vẽ lại hình dạng vân gỗ bằng phần mêm CAD Kết quả như hình 4.1

a Hoa văn màu tự

Hình 4.1 Hình dạng hoa văn yêu cầu thiết kế

Vân tiếp tuyến là hoa văn trên măt cắt được tạo ra khi cắt theo chiều dọc thớ gỗ với một góc nghiêng α (0o

≤ α < 90o), hoa văn được tạo ra có dạng đường parabol hoặc hình chữ “V”, đôi khi trong thực

tế sản xuất còn gọi là vân núi (hình 4.1) Góc lạng trong mô phỏng hoa văn ván lạng kỹ thuật có thể tính toán được trên cơ sở phân tích nét cơ bản của hoa văn trong hình vẽ 2D

Để tạo ra được hoa văn tiếp tuyến, cần tạo ra hộp gỗ lạng với các lớp ván bóc được ép với nhau theo dạng hình nón hoặc hình trụ tròn Trên thực tế, các lớp ván bóc thường được ép để tạo ra hộp gỗ

có dạng của một phần hình trụ tròn Độ sâu cung tròn và góc ở tâm của cung tròn trên khuôn ép được xác định trên cơ sở góc lạng hay góc nghiêng khi xẻ tạo hộp gỗ lạng (α) và bề độ rộng vòng năm trên mặt ván (t1), như hình 4.1c

Hình 4.2 Các tham số trên mặt cắt ngang hộp gỗ

Theo hình 4.2, trên mặt cắt ngang của hộp gỗ lạng, r’, b, t’, r, t

có quan hệ như sau:

2

æè

r- bán kính khuôn ép, mm

b, t’- có thể đo được trên hoa văn yêu cầu thiết kế

t- độ dày ván bóc dùng ép tạo hộp gỗ lạng, mm Độ dày ván bóc dùng sản xuất ván lạng kỹ thuật thường trong khoảng 0,5-1,5mm

Áp dụng công thức trên có thể tính được bán kính của khuôn ép (r) theo công thức sau:

r=t '2+bt '-t

2t