Nghiên Cứu Sự Ảnh Hưởng Của Chiều Rộng Thanh Cơ Sở Đến Chất Lượng Của Ván Ghép Khối Làm Mặt Cầu Thang Từ Gỗ Keo Lai

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Tên đề tài: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều rộng thanh cơ sở đến chất lượng của ván ghép khối làm mặt cầu thang từ gỗ Keo lai.. Kết quả chính đạt được khoa h

BÁO CÁO

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ

NĂM 2012

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU RỘNG THANH

CƠ SỞ ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA VÁN GHÉP KHỐI LÀM MẶT

CẦU THANG TỪ GỖ KEO LAI

Mã số: T2012-68

Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Tuyên

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thầy cô giáo, lãnh đạo khoa lâm nghiệp – trường Đại học Nông lâm Thái nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ

để tôi về thiết bị, phòng thí nghiệm để tôi hoàn hành đề tài này

Tôi xin cảm ơn tới lãnh đạo trung tâm thí nghiệm khoa chế biến, trung tâm chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng – trường Đại học lâm nghiệp đã tạo điều kiện về thiết bị thí nghiệm để tôi hoàn thành đề tài này

Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, các nhà khoa học, bạn bè cùng gia đình đã quan tâm động viên giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 15 Tháng 2 năm 2013

Tác giả

Nguyễn Thị Tuyên

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Tên đề tài: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều rộng thanh cơ sở đến chất lượng của ván ghép khối làm mặt cầu thang từ gỗ Keo lai

Mã số: T2012-68

Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thị Tuyên Tel: 0916134648

Cơ quan chủ trì đề tài: Đại học Thái Nguyên

Cơ quan và cá nhân phối hợp thực hiện: Trường Đại học Nông Lâm Thái

- Thực nghiệm tạo ván ghép khối 3 lớp với kích thước chiều rộng thanh

cơ sở khác nhau đề tài đã lựa chọn:

- Kiểm tra chất lượng sản phẩm thông qua các chỉ tiêu vật lý và cơ học theo tiêu chuẩn AS/NZS 1328.2:1998

- Đề xuất loại ván có kích thước chiều rộng thanh cơ sở cho chất lượng ván tốt nhất sản xuất từ gỗ keo lai

3 Kết quả chính đạt được (khoa học, ứng dụng, đào tạo, kinh tế-xã hội…)

Trong điều kiện thực hiện của đề tài, chúng tôi có được những kết quả nghiên cứu sau:

- Thực nghiệm tạo được ván ghép khối 3 lớp với sự biến đổi chiều rộng làm mặt cầu thang

- Xác định được một số tính chất của ván ghép khối với sự biến động

về chiều rộng thanh cơ sở

- Kết quả của đề tài có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn sản xuất cho các cơ sở sản xuất mặt cầu thang làm từ loại gỗ này

- Kết quả đề tài là tài liệu tham khảo quan trọng trong nghiên cứu, giảng dạy liên quan đến lĩnh vực chế biến gỗ

Research title: Research the effects of radio base width to the quality of

laminated wood to block the stairs from Acacia wood

Code of research: T2012-68

Coordinator: Nguyen Thi Tuyen Tel: 0916134648

Implementing Instittution: Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry Cooperating Institution (s) and participants: Thai Nguyen University of

Agriculture and Forestry

3 Main achieved results (science, application, training, socio-economic )

In condition of research, we achieve result:

- To experimental create 3-layer laminated wood blocks with variable width as the stairs

- To identify some properties of laminated wood block with wide variation in bars basis

- The results of the study have important implications for the practical production of the manufacturing base of the stairs made of wood

- The results of the subject is important references in research, teaching

related to wood processing sector

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Stt Ký hiệu Tên gọi Đơn vị

DANH MỤC CÁC BẢNG

g

1 Bảng 2.1 Bảng phân cấp Glulam với các thông số tính chất cơ học 5

2 Bảng 2.2 Một số tính chất vật lý và cơ học của gỗ Keo lai 21

3 Bảng 2.3 Đặc điểm kỹ thuật của keo dán EPI 1985/1993 22

6 Bảng 4.3 Kết quả kiểm tra khối lượng thể tích của ván, g/cm3 34

7 Bảng 4.4 Kết quả kiểm tra độ ẩm của ván, % 35

8 Bảng 4.5 Kết quả kiểm tra bong tách màng keo của ván, % 36

9 Bảng 4.6 Kết quả kiểm tra độ bền uốn tĩnh sản phẩm, Mpa 37

13 Hình 4.3 Kích thước mẫu kiểm tra khối lượng thể tích 34

15 Hình 4.5 Kích thước kiểm tra bong tách màng keo của sản phẩm 36

16 Hình 4.6 Kích thước mẫu thử độ bền uốn tĩnh 37

và đổi mới công nghệ

Một trong những giải pháp để nâng cao tỷ lệ lợi dụng gỗ, hạn chế những khuyết tật của gỗ là sử dụng gỗ mọc nhanh rừng trồng để sản xuất ván nhân tạo nói chung, ván ghép khối nói riêng Ván nhân tạo không những nâng cao tỷ lệ lợi dụng gỗ, hạn chế những nhược điểm của gỗ mà nó còn có ưu điểm về tính chất vật lý, cơ học, hoá học và cho phép ta sử dụng những loại

gỗ mọc nhanh (có cơ tính thấp), các phế liệu nông - lâm nghiệp để sản xuất

Ván ghép khối (Glue Laminated Timber) được sử dụng nhiều trên thế

giới và trong nhiều lĩnh vực như: Làm dầm trong các công trình như các nhà máy, phân xưởng, trong các văn phòng, khách sạn, Làm nhà thể thao, nhà thờ, làm nhà gia đình, trường học, làm cầu, làm cấu trúc trong công viên, giàn hoa, làm bàn ghế, cầu thang [18]

Tại Việt Nam, loại ván này mới được tiến hành nghiên cứu sản xuất và

sử dụng, tuy nhiên lĩnh vực sử dụng loại ván này tại nước ta mới chỉ dừng lại nghiên cứu sản xuất, chưa có nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày và chiều rộng thanh cơ sở có ảnh hưởng như thế nào đến cường độ của sản phẩm

Cấu trúc ván glulam là một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đến chất lượng của ván Với những tỷ lệ kết cấu khác nhau, tỷ lệ chiều rộng thanh cơ

sở khác nhau sẽ cho ta những kết quả về chất lượng ván là khác nhau

Do vậy cần phải có hướng nghiên cứu đánh giá sự biến đổi đó đến chất lượng của ván như thế nào Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi tiến

hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều rộng thanh cơ sở đến chất lượng của ván ghép khối làm mặt cầu thang từ gỗ Keo lai. ”

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định được sự ảnh hưởng của chiều rộng thanh cơ sở đến chất lượng sản phẩm thông qua một số chỉ tiêu vật lý và cơ học của ván ghép khối

từ gỗ keo lai

- Đề xuất được loại sản phẩm có kích thước chiều rộng thanh cơ sở cho chất lượng sản phẩm tốt nhất khi sản xuất từ gỗ keo lai

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Cơ sở khoa học

2.1.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng ván ghép khối

Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

δ = (X, Y, Z) Trong đó: X- Các yếu tố thuộc về vật dán

Y- Các yếu tố thuộc về chất kết dính Z- Các yếu tố thuộc về thông số chế độ ép

2.1.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng thuộc về vật dán

X = f (Xi)

Sự ảnh hưởng của loại gỗ (X 1 )

Gỗ được cấu tạo do các tế bào gỗ, các tế bào được hình thành bởi các hợp chất hữu cơ và vô cơ: Cellulose, hemicellulose, lighin và các chát chiết xuất Do gỗ có cấu tạo đặc biệt và tính chất không đồng đều nên các loại gỗ khác nhau sẽ có tính chất và thành phần hóa học khác nhau Từ đó sự ảnh hưởng của nó đến chất lượng dán dính, độ nhẵn bề mặt, tính chất cơ học là khác nhau

Khối lượng thể tích gỗ là một yếu tố ảnh hưởng lớn đến chất lượng ván ghép Gỗ có khối lượng thể tích nhỏ sẽ có kết cấu lỏng lẻo, làm tăng lượng keo thấm vào gỗ dẫn tới màng keo có thể bị dán đoạn, lượng keo dán thực tế trên bề mặt gỗ giảm làm ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối dán và gây tốn keo dán Mặt khác, gỗ có KLTT nhỏ, lượng co ngót trong quá trình ép sẽ lớn gây biến dạng cho ván hoặc áp suất ép sẽ không đảm bảo

Các loại gỗ khác nhau có cấu tạo và tính chất khác nhau ngay trong cùng một loại gỗ Trong cùng một loại gỗ từng vị trí theo chiều cao, theo đường kính của cây tính chất của gỗ là khác nhau Do vậy, để đạt được mối dán tốt và sự đồng đều về tính chất của ván cần lựa chọn gỗ có tính chất đồng đều nhau giưa hai vật dán

Thông thường, theo yêu cầu của nguyên liệu sản xuất ván ghép khối dạng Glulam nói riêng và nguyên liệu dùng trong sản xuất cầu thang nói riêng thì KLTT của gỗ là: 0,4-0,6g/cm3

Trong đề tài này chúng tôi sử dụng nguyên liệu gỗ Keo lai có γ0 = 0,466g/cm3, γ12=0,549 g/cm3, kết quả về KLTT của gỗ và các thông số khác cho thấy gỗ keo lai phù hợp với yêu cầu trong việc sản xuất ván ghép khối dạng Glulam

Sự ảnh hưởng của độ ẩm thanh ghép (X 2 )

Độ ẩm gỗ ảnh hưởng đến độ bền mối dán được xem xét ở hai khía cạnh

là ảnh hưởng tới khả năng thấm keo và biến dạng của thanh:

Với phương pháp ép nguội mà luận văn áp dụng, nếu độ ẩm thanh khi dán ép quá lớn (lớn hơn mức quy định) sẽ làm giảm độ nhớt của keo, làm cho keo dễ bị tràn ra ngoài, thẩm thấu vào gỗ khi ép, làm cho keo khó đón rắn và đóng rắn chậm, làm cho chất lượng của mối dán giảm xuống Mặt khác, độ

ẩm của ván sau khi ép sẽ rất cao nên trong quá trình sử dụng dễ bị co ngót gây

ra hiện tượng cong vênh cho sản phẩm

Ngược lại nếu độ ẩm của thanh thấp khả năng hút dung môi của keo vào trong gỗ là rất lớn, làm cho độ nhớt của keo tăng lên, giảm lượng keo thực tế trên bề mặt vật dán, khả năng dàn trải của màng keo không đều, liên tục, làm giảm chất lượng mối dán

Vì thế thông thường yêu cầu về độ ẩm thanh ghép 8 - 12%, chênh lệch

độ ẩm giữa các thanh phải trong khoảng 2 - 2,5%

- Căn cứ vào đặc điểm của gỗ Keo lai;

- Căn cứ vào yêu cầu nguyên liệu, chỉ tiêu kỹ thuật của ván nhân tạo;

- Căn cứ vào cơ sở lý thuyết, trong đề tài chọn độ ẩm thanh sau khi sấy 8-10%

Sự ảnh hưởng của chất lượng bề mặt thanh ghép (X 3 )

Chất lượng bề mặt vật dán thường được xét ở 2 khía cạnh: độ nhẵn bề mặt gỗ và độ sạch bề mặt vật dán

- Độ nhẵn bề mặt vật dán

Theo thuyết dán dính, bề mặt vật dán càng phẳng, độ nhẵn bề mặt càng cao thì khả năng bôi tráng chất kết dính càng dễ dàng, lượng chất kết dính tiêu tốn ít, màng chất kết dính sẽ mỏng, đều liên tục, chất lượng mối dáng tốt, khả năng chịu lực tăng lên Ngược lại, nếu chất lượng bề mặt thanh thấp, độ mấp

mô lớn sẽ làm cho việc bôi tráng keo khó khăn, khả năng dàn trải của màng keo không đều, màng keo bị dán đoạn, khả năng tiếp xúc của các thanh kém, làm cho chất lượng mối dán giảm xuống Thông thường độ nhẵn bề mặt của thanh ghép phải đạt từ ∇6-∇8

Độ nhẵn của bề mặt vật dán phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại gỗ, chất lượng gia công Thông thường gỗ có khối lượng thể tích lớn thường tạo ra bề mặt có độ nhẵn cao

Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo của gỗ Keo lai: Mạch gỗ có kích thước trung bình (0,1 – 0,2mm), số lượng ít, mạch gỗ xếp phân tán, hình thức tụ hợp đơn và kép với số lượng 2-3lỗ/mm2

Trong mạch gỗ không có thể bít Trên mặt cắt ngang: Tia gỗ nhỏ và khá rõ (<0,1mm) số lượng trung bình 5-10 tia/mm Lỗ thông ngang xếp so le, kích thước nhỏ (đường kính 6-8µm) Ngoài các đặc điểm trên gỗ Keo lai không có ống dẫn nhựa dọc cho thấy gỗ keo lai dễ tạo ra được một bề mặt có độ nhẵn cao, không có tạp chất dầu nhựa

Căn cứ vào điều kiện thực tế máy và thiết bị tại trường Đại học lâm nghiệp chúng tôi chọn bề mặt thanh ghép trong đề tài là ∇8

Sự ảnh hưởng của của cấu trúc ván (Kết cấu sản phẩm ván)

Cấu trúc ván ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, nếu tỷ lệ kết cấu trong ván không phù hợp sẽ làm cấu trúc của ván không đồng nhất khi

đó trong ván sẽ xuất hiện nhiều biến dạng, đặc biệt là cong vênh

Kết cấu sản phẩm bao gồm hai loại kết cấu cơ bản: kết cấu đối xứng và kết cấu không đối xứng Kết cấu đối xứng là loại kết cấu mà có lớp mặt trên

và lớp mặt dưới của sản phẩm cùng số lượng, cùng kích thước, cùng loại nguyên liệu Để giải quyết vấn đề này tôi đưa ra giải pháp sử dụng kết cấu đối xứng là loại kết cấu mà có lớp mặt trên và lớp mặt dưới của sản phẩm cùng số lượng và cùng loại nguyên liệu, nhưng yêu cầu vẫn phải đảm bảo cân bằng lực giữa hai lớp ván mặt trên và dưới, hay nói cách khác yêu cầu sản phẩm phải hạn chế tối đa độ cong vênh

- Ảnh hưởng của tỷ lệ kết cấu đến cường độ ván: Tỷ lệ kết cấu thay đổi hay chính là sự thanh đổi về kích thước lớp mặt và lớp lõi của sản phẩm Khi

tỷ lệ kết cấu thay đổi sẽ làm cho cường độ gỗ thay đổi, đặc biệt là độ bền uốn tĩnh và modul đàn hồi uốn tĩnh của ván Theo tài liệu số [9], khi gỗ bị uốn trong gỗ sản sinh 4 loại lực: mặt trên của gỗ chịu ép dọc, mặt dưới của dầm chịu kéo dọc thớ, ở lớp thớ giữa trung hòa sản sinh ứng lực trượt dọc, tại hai gỗi tựa xuất hiện lực cắt đứt thớ vuông góc Do lực trượt dọc của gỗ nhỏ nên khi gỗ bị uốn, hiện tượng dầm bị phá hủy thường do ứng lực trượt dọc vượt quá giới hạn của nó làm cho phần trên và dưới của gỗ rời khỏi nhau Do đó, đối với những ván có tỷ lệ kết cấu càng lớn, có nghĩa là cạnh dán keo giữa các lớp càng gần trục trung hòa của gỗ, do đó nếu mối dán không tốt khi uốn sẽ bị trượt tại màng keo giữa lớp mặt và lõi, sẽ làm cho độ bền uốn tĩnh nhỏ và

ngược lại, gỗ có tỷ lệ kết cấu càng nhỏ thì cường độ uốn tĩnh va modul đàn hồi càng cao

Kích thước ván không giống nhau, chiều dầy ván ở lớp mặt trên và mặt dưới không bằng nhau cũng ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm, theo

lý thuyết chiều dầy ván phải cân bằng nhau và có xu thế tăng dần từ ngoài vào trong

- Ảnh hưởng của tỷ lệ chiều rộng thanh/chiều dày thanh cơ sở: Khi tỷ lệ chiều rộng thanh/chiều dày thanh cơ sở thay đổi có nghĩa là 1 trong 2 yếu tố thay đổi Nếu chiều dày thanh cơ sở thay đổi, chiều rộng thanh cố định, lúc này hiện tượng xảy ra chính là sự biến đổi của tỷ lệ kết cấu sản phẩm Nếu chiều rộng thanh cơ sở thay đổi, chiều dày thanh cố định Lúc này sự biến đổi

về cường độ phụ thuộc vào mối liên kết giữa gỗ và keo dán, khi chiều rộng thanh thay đổi nghĩa là số lượng thanh cơ sở trên một tấm ván sẽ tăng lên, các cạnh mối dán giữa các thanh cơ sở của lớp mặt thay đổi, tạo ra những khi hở giữa các cạnh dán thay đổi, từ đó làm thay đổi số đinh keo khi thực hiện ép lớp Do vậy làm thay đổi cường độ trượt giữa các lớp ván mặt và ván lõi với nhau

Đề tài nghiên cứu tạo ván ghép khối dạng Glulam từ gỗ keo lai và được

sử dụng vào việc làm mặt cầu thang với kích thước sản phẩm là 30 mm Trong sản xuất ván ghép khối dạng Glulam ba lớp, cách sắp xếp ván tuân theo tổng chiều dày ván lớp mặt ≥ 1/3 chiều dày sản phẩm hay R≥ 33,3%

Do vậy, chúng tôi lựa chọn giá trị R = 60% để nghiên cứu sự

Tương ứng với mỗi giá trị tỷ lệ kết cấu R=60% chúng tôi tiến hành nghiên cứu sự ảnh hưởng của tỷ lệ giữa chiều rộng tới chất lượng của sản phẩm Chúng tôi tiến hành lựa chọn 4 tham số về tỷ lệ chiều rộng w = 13,5,

18, 22,5, 27 mm

2.1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng thuộc về keo dán

Chất kết dính có vai trò là tác nhân liên kết giữa hai vật dán trong điều kiện xác định, nó đảm bảo sao cho sau khi thực hiện quá trình dán ép các phần tử liên kết được với nhau và đạt được cường độ chịu lực nhất định Vì vậy chất kết dính là nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối dán Các yếu tố thuộc về chất kết dính bao gồm: Loại keo, lượng keo, thông số kỹ thuật của keo…

Loại keo

Trong sản xuất ván ghép thanh sử dụng rất nhiều loại keo với thông số

kỹ thuật khác nhau Việc lựa chọn keo dán phải phù hợp với công nghệ sản xuất (ép nóng, ép nguội…) và mục đích sử dụng của sản phẩm

Để lựa chọn loại keo dán phải căn cứ vào rất nhiều yếu tố như: chất lượng sản phẩm, công nghệ sản xuất và giá thành sản phẩm…Khi sản phẩm ván nhân tạo sử dụng trong từng lĩnh vực thì yêu cầu về chất lượng cũng khác nhau, với sản phẩm cần cường độ cao, chống chịu được môi trường thì cần sử dụng loại keo thích hợp như P-F, M-F,…Ngược lại, với sản phẩm ván được

sử dụng để sản xuất đồ mộc, đồ thủ công mỹ nghệ…là loại sản phẩm thường xuyên tiếp xúc với con người, cường độ không yêu cầu quá cao thì có thể sử dụng các loại keo có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp nhưng yêu cầu không độc hại để đảm bảo sức khoẻ cho người sử dụng như keo PVA, PVAc, EPI… Trong đề tài này, sản phẩm tạo ra sử dụng làm mặt cầu thang chúng tôi chọn loại keo đóng rắn ở nhiệt độ thường (ép nguội) dùng để tạo sản phẩm Vì vậy,

để đảm bảo được độ bền mối dán cao, đạt được yêu cầu của sản phẩm chúng tôi lựa chọn loại keo EPI 1985/1993 với các thông số kỹ thuật tại bảng 1.3

Lượng keo tráng

Lượng keo tráng là một nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, đến công nghệ sản xuất và giá thành sản phẩm Lượng keo tráng là

lượng keo tính cho một đơn vị diện tích dán ép Trong công nghệ sản xuất ván

ép cần tạo ra một màng keo mỏng, đều, liên tục không chỉ vì yêu cầu của cường độ màng keo mà còn vì chi phí cho giá thành sản phẩm Lượng keo tráng quá nhiều thì màng keo dày, sinh ra nội lực ứng suất trong màng keo, làm cường độ dán dính giảm và chi phí cho keo dán cũng tăng, ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm Nếu lượng keo tráng quá ít gây hiện tượng thiếu keo trên

bề mặt vật dán, màng keo không liên tục, dẫn đến cường độ dán dính giảm đáng kể

Cơ sở lựa chọn lượng keo tráng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại

gỗ, độ ẩm gỗ, chất lượng bề mặt gia công, khối lượng thể tích của gỗ, loại keo, thông số công nghệ của keo, phương pháp tráng keo, nhiệt độ và độ ẩm môi trường ép, áp suất ép, assembly time (OAT, CAT)…

Theo tài liệu, lượng keo tráng thích hợp cho sản xuất ván ghép thanh dạng glulam, và theo khuyến cáo của nhà sản xuất keo EPI 1985/1993.: 150-

250 g/cm2

Gỗ keo lai là loại gỗ có khối lượng thể tích trung bình 0,549g/cm3, đường kích lỗ mạch không lớn nên khi gia công tạo bề mặt thanh ghép có độ nhẵn tương đối cao đạt được ∇8 Vì vậy, trong đề tài này chúng tôi dùng lượng keo tráng cho sản xuất ván là: 200 g/m2

2.1.1.3 Ảnh hưởng của chế độ dán ép

Chế độ dán ép được đặc trưng bởi 3 thông số: áp suất, thời gian, nhiệt độ Các thông số này lựa chọn căn cứ vào: loại gỗ, loại keo Nếu gỗ cứng cần áp suất ép lớn, thời gian ép lâu, nhiệt độ lớn Ngược lại với gỗ mềm cần

áp suất ép nhỏ, thời gian ép ngắn, nhiệt độ thấp

Ảnh hưởng của áp suất ép

Trong sản xuất gỗ ghép áp suất ép đóng vai trò định hình sản phẩm còn làm tăng khả năng tiếp xúc giữa bề mặt vật dán Theo lý thuyết dán dính khi

bề mặt vật dán phẳng nhẵn, khả năng dàn trải đều của màng keo lớn thì lực ép không đáng kể, trong thực tế gia công không thể thực hiện được đến độ phẳng

lý tưởng Vì vậy, cần phải chọn ra một trị số áp suất đủ lớn, để làm tăng khả năng tiếp xúc giữa các bề mặt thanh ghép là tốt nhất mà không phá huỷ vật dán Nhưng áp suất đó không được quá lớn sẽ gây nên hiện tượng tràn keo ra ngoài làm mất tính liên tục của màng keo, lượng keo tráng không đảm bảo ảnh hưởng đến chất lượng mối dán

Trong sản xuất gỗ ghép cần phải có lực tác dụng theo hai phương, lực

ép theo phương ngang (ghép ván theo chiều rộng) có vai trò tạo ra sự tiếp xúc tốt nhất cho vật dán Lực ép theo phương đứng có tác dụng ổn định bề mặt ván không cho nó biến dạng trong quá trình ép ván Còn lực ép dọc (ghép theo chiều dài thanh) có tác dụng ghép nối các thanh gỗ ngắn để được kích thước thanh dài công nghệ mà vẫn đảm bảo cường độ và thẩm mỹ Nếu áp suất ép nhỏ thì sự tiếp xúc giữa vật dán kém, do đó cường độ dán dính giảm dẫn tới ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Trị số áp suất ép Max phụ thuộc vào rất nhiều thông số, chúng ta có thể biểu diễn qua công thức:

Pmax= f (loại gỗ, khối lượng thể tích sản phẩm, độ ẩm vật dán, nhiệt độ

ép, độ mấp mô bề mặt vật dán…)

Keo lai là loại gỗ có khối lượng thể tích trung bình 0,549g/cm3, giới hạn bền khi nén ngang toàn bộ thớ gỗ 7,289 Mpa, đường kích lỗ mạch không lớn nên khi gia công tạo bề mặt thanh ghép có độ nhẵn tương đối cao đạt được ∇8 Để cho các lớp ván tiếp xúc được với nhau cần một trị số áp suất ép

đủ lớn nhưng vẫn đảm bảo được vật dán không bị phá hủy Trong đề tài này, khi các yếu tố như khối lượng thể tích sản phẩm cố định, độ ẩm vật dán 12%,

số lớp ván ghép là 3 lớp với tỷ lệ kết cấu R khác nhau Chúng tôi lựa chọn các thông số áp suất ép ván như sau:

- Áp suất ép ván lõi:

+ Áp suất ép phẳng: Pphẳng = 1.0 MPa;

+ Áp suất ép biên: Pbiên = 0.6 MPa;

- Áp suất ép lớp: P = 1.8 MPa

Ảnh hưởng của thời gian ép

Thời gian ép là thời gian duy trì ván trong máy ép để thu được cường

độ dán dính của sản phẩm là tốt nhất Thời gian ép chủ yếu quan tâm đến thời gian duy trì áp suất ép max

Thời gian duy trì áp xuất max = f (loại gỗ, độ ẩm vật dán, loại keo, thông số kỹ thuật của keo, nhiệt độ ép…)

Gỗ mềm, nhẹ keo dễ đóng rắn, thời gian ép nhanh hơn so với gỗ cứng Phương pháp ép nhiệt độ cao (ép nhiệt), thời gian ép ngắn hơn phương pháp ép nhiệt độ thấp (ép nguội)

Độ ẩm thanh ghép lớn, keo khó đóng rắn, thời gian ép dài hơn so với các thanh có độ ẩm nhỏ

Với mỗi loại keo khác nhau có thời gian đóng rắn khác nhau, do vậy thời gian duy trì áp suất ép cũng khác nhau

Đối với ghép ngang thì (τ 1,τ 2,τ 3,τ 4,τ 5) phụ thuộc vào công nghệ sản xuất, đây là khoảng thời gian đóng rắn màng keo Trong ép nguội nếu thời gian này quá ngắn, màng keo sẽ không kịp đóng rắn, làm ảnh hưởng đến chất lượng mối dán và làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Trong đề tài này ép ván lõi và ép lớp được dán ép bằng keo EPI 1985/1993 với tỷ lệ chất đóng rắn là 15%, thực hiện phương pháp ép nguội,

độ ẩm thanh ghép 8-12%, loại gỗ có khối lượng thể tích và kích thước lỗ mạch trung bình ít ảnh hưởng đến việc thấm keo bề mặt Do vậy, thời gian ép chủ yếu phụ thuộc vào loại keo, thông số kỹ thuật của keo Theo khuyến cáo của nhà sản xuất keo EPI, việc ép ván đối với keo này thường là từ 30 – 60

phút tùy thuộc vào điều kiện áp dụng Xuất phát từ những đặc điểm và khuyến cáo trên chúng tôi lựa chọn thời gian ép là 60 phút

- Ảnh hưởng của nhiệt độ ép

Khi sử dụng keo dán, việc dán ép ván có thể thực hiện ở nhiệt độ thường (ép nguội) hoặc nhiệt độ cao (ép nhiệt)

Theo lý thuyết và thực nghiệm cho thấy khi ép ván ở nhiệt độ cao (sử dụng keo nhiệt rắn) thì dưới tác dụng của nhiệt độ gỗ được mềm hoá nên khả năng tiếp xúc của bề mặt vật dán tăng, độ nhớt của keo ở giai đoạn đầu quá trình ép giảm nên khả năng dàn trải màng keo tốt hơn Mặt khác, nhiệt độ cao

sẽ làm thời gian đóng rắn của màng keo giảm làm cho chất lượng mối dán tốt hơn so với ép nguội khi sử dụng loại keo đó Nếu nhiệt độ ép quá cao sẽ làm cho màng keo lớp bề mặt đóng rắn trong thời gian rất ngắn, trong khi màng keo lớp trong chưa kịp đóng rắn, điều đó thường dẫn tới hiện tượng nổ ván khi giảm áp Ngược lại, nhiệt độ ép quá thấp sẽ làm cho màng keo đóng rắn lâu, dễ gây màng keo không liên tục, hở mạch keo và thời gian ép lâu Trong sản xuất để đảm bảo chất lượng mối dán thì nhiệt độ ép phải lớn hơn 15 0C

Trong đề tài này, căn cứ vào đặc điểm cấu tạo gỗ, độ ẩm gỗ và điều kiện trang thiết bị, căn cứ vào loại keo chúng tôi lựa chọn nhiệt độ ép cho ép nguội là 300C

2.2 Tổng quan về ván ghép khối

2.2.1 Khái niệm ván ghép khối

Glulam (Glue Laminated Timber) là cấu trúc được thiết kế bởi việc sắp

xếp nhiều lớp gỗ, các lớp gỗ dài này được nối dài lại với nhau bằng dạng ngón Các lớp này liên kết với nhau thành một cấu trúc vững chắc nhờ keo dán Nhờ có sự liên kết của nhiều thanh gỗ nhỏ lại với nhau sẽ tạo ra được một lực lớn để trống lại tác dụng trong quá trình sử dụng [18]

Hình 2.1 Một số hình ảnh về ván ghép khối Kích thước và cấu trúc của Glulam được xác định theo tiêu chuẩn AS/NZS 1328.2:1998 và được phân thành 6 cấp sau: GL8, GL10, GL12, GL13, GL17, GL18 Với các cấp này sẽ có các thông số tính chất cơ học khác nhau, sự phân cấp đó được thể hiện theo bảng sau:

Bảng 2.1 Bảng phân cấp Glulam với các thông số tính chất cơ học

Phân cấp

Glulam

Dạng cường độ (Mpa)

Môdun đàn hồi (Mpa)

GL10 22 11 3,7 26 10000

CÊu tróc cña v¸n th−êng cã d¹ng sau:

Ở nhiều nước coi đây là vật liệu của kiến trúc, tức là chúng được sử dụng để thay thế cho những loại gỗ tròn có đường kính lớn Nếu như dùng để sản xuất đồ gia dụng, thì căn cứ vào loại gỗ khác nhau, hoặc loại keo sử dụng khác nhau mà công dụng của chúng cũng sẽ khác nhau

Ngoài ra, gỗ ghép còn được ứng dụng trong: sản xuất cửa chính, cửa

sổ, cửa thông phòng, đồ gia dụng, tay vịn ghế, mặt bàn ăn, dụng cụ dạy học,

tủ kính, tay vịn cầu thang, ghép tường trong phòng thể thao, ván sàn, khung cửa,

2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng ván ghép khối trên thế giới

Trên thế giới, ván ghép khối dạng Glulam (Glue Laminated Timber)

được sử dụng nhiều trên thế giới và trong nhiều lĩnh vực như: Làm dầm trong các công trình như các nhà máy, phân xưởng, trong các văn phòng, khách sạn, Làm nhà thể thao, nhà thờ, làm nhà gia đình, trường học, làm cầu, làm cấu trúc trong công viên, giàn hoa, làm bàn ghế

Hình 2.2 Một số lĩnh vực sử dụng ván Glue Laminated Timber Glulam là loại vật liệu được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1893, nó được đưa vào xây dựng phòng hoà nhạc ở Besel thuộc Phần Lan ở Châu âu, glulam đã được sử dụng cách đây khoảng 100 năm, cùng với khả năng chống

ẩm của chất kết dính nó đã được đưa vào sử dụng rộng rãi hơn 50 năm trước

Tại Mỹ lần đầu tiên vào năm 1934 tại phòng thí nghiệm lâm sản Viện hàn lâm khoa học Năm 1930 một số công ty được thành lập sử dụng công nghệ chế tạo Glulam cho các phòng tập thể dụng, nhà thờ, trường học, nhà máy Trong thế chiến thế giới thứ II sự cần thiết của Glulam được sử dụng xây dựng các tòa nhà nhà quân sự Vào đầu năm 1950 đã có ít nhất một trục nhà sản xuất Glulam tại Mỹ, năm 1952 các nhà sản xuất kết hợp với nhau hình thành nên viện xây dựng gỗ tại Mỹ (AITC) Hiệp hội này lần đầu tiên sản xuất theo tiêu chuẩn quốc gia vào năm 1963, tiêu chuẩn CS-253-63 kết cấu nhiều lớp gỗ dán vào nhau Năm 1973 AITC đã tiếp tục đưa ra các tiêu

Gỗ ghép glulam được dùng làm cầu thang Gỗ ghép glulam được dùng làm cầu

chuẩn PS-56-73, tiêu chuẩn ANSI A190.1-1973 Năm 1982 và 1992 phiên bản tiêu chuẩn mới nhất biết đến như ANSI/AITC A190.1-1992 Hiện nay khoảng 30 nhà sản xuất trên khắp nước Mỹ và Canada có đủ điều kiện để sản xuất ván Glulam theo tiêu chuẩn ANSI/AITC A190.1, tổng số sản xuất hàng năm là khoảng 300.000.000 feet tàu Năm 1990 thị trường xuất khẩu Glulam được phát triển, một số lượng lớn được di chuyển tới Thái Bình Dương, số lượng lớn đi đến đất nước Nhật Bản

Một trong những nước sản xuất ván Glulam có sản lượng lớn nhất là Phần Lan, vào năm 2006 có 11 công ty sản xuất ván glulam Hàng năm sản xuất khoảng 206000 m2, trong đó 39000 m2 tiêu thụ trong nước, 27000 m2xuất khẩu sang các nước EU, 140000 m2 được xuất khẩu sang nhật

Về lĩnh vực nghiên cứu, trên thế giới hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về cấu trúc, kích thước của Glulam, nhưng chủ yếu là nghiên cứu

về cấu trúc của dầm sử dụng trong các công trình xây dựng, cụ thể là nghiên cứu về kích thước của dầm Tuy nhiên, lĩnh vực nghiên cứu về cấu trúc sắp xếp các thanh cơ sở chưa được đề cập một cách cụ thể về cấu trúc này

- Falk, R.H., and Hernandez, R 1995 The performance of laminated timber beams of European manufacture Forest Products Journal 45(7-8): 27-34 Nghiên cứu đã kết luận Glulam được sản xuất từ gỗ Vân xam chia ra làm 2 lớp ứng lực của dầm Một lớp có có cường độ cao đạt được độ bền uốn tĩnh 37 Mpa, modul đàn hồi đạt 14000 Mpa Một lớp có có cường độ thấp hơn đạt độ bền uốn tĩnh 30 Mpa và modul đàn hồi đạt 12000 Mpa

glued Falk, R.H., Solli, KJ., and Aasheim, E 1992 The performance of glued-laminated timber beams manufactured from machine stress graded Norwegian spruce Report 77, Norwegian institute of Wood Technology, Oslo, Norway Kết quả nghiên cứu kết luận gỗ Vân Sam Na Uy sản xuất