Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng keo và chất lượng chống cháy đến chất lượng ván LVL chậm cháy

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, trong khi nguồn rừng gỗ già tự nhiên ngày càng cạn kiệt, các nhà khoa học nghiên cứu sử dụng gỗ rừng trồng, gỗ rừng mọc nhanh hoặc sử dụng

BÙI MINH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG KEO VÀ LƯỢNG CHẤT CHỐNG CHÁY ĐẾN CHẤT LƯỢNG

VÁN LVL CHẬM CHÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đồng Nai, 6 - 2012

BÙI MINH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG KEO VÀ LƯỢNG CHẤT CHỐNG CHÁY ĐẾN CHẤT LƯỢNG

VÁN LVL CHẬM CHÁY

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ

GỖ GIẤY

MÃ SỐ: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGƯT.PGS.TS TRẦN VĂN CHỨ

Đồng Nai, 6 - 2012

MỞ ĐẦU

Tài nguyên thiên nhiên là vô tận hay hữu hạn? Đến bây giờ con người đã bắt đầu hiểu ra rằng sự khai thác và tàn phá quá mức các nguồn tài nguyên thiên nhiên, làm cho nguồn tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt dần, nhất là tài nguyên rừng Chính vì thế con người đã và đang phải gánh chịu những trừng phạt của thiên nhiên

Một trong những nguồn tài nguyên thiên nhiên quí giá, đó chính là rừng các cánh rừng già được khai thác triệt để, do nhu cầu về gỗ cho cuộc sống của con người ngày một gia tăng cả về số lượng và chất lượng đã làm cho nguồn

gỗ tự nhiên có tính chất cơ lí cao không còn nhiều Mặt khác, do quan niệm của con người thay đổi, gỗ đã trở thành một loại vật liệu đặc biệt, có giá trị kinh tế cao và đang được nhiều người quan tâm Theo quan niệm của nhiều người, nhà làm càng nhiều vật liệu và đồ dùng gia dụng bằng gỗ chứng tỏ chủ nhà càng giàu có, sành điệu

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, trong khi nguồn rừng

gỗ già tự nhiên ngày càng cạn kiệt, các nhà khoa học nghiên cứu sử dụng gỗ rừng trồng, gỗ rừng mọc nhanh hoặc sử dụng hỗn hợp các loại nguyên liệu (đặc biệt là các phế liệu nông nghiệp, lâm nghiệp) trong các công nghệ sản xuất các loại ván nhân tạo và trong những năm gần đây, ván nhân tạo đang dần là loại vật liệu góp phần thay thế cho gỗ tự nhiên và được sử dụng rộng rãi trong đồ mộc, xây dựng, kiến trúc… Hiện nay, con người đã tạo được các loại ván nhân tạo có những tính chất vật lý, cơ học đặc biệt (cách âm, cách nhiệt, chịu nước, độ bền cơ học cao…) nhưng có giá thành thấp

Một trong những loại ván nhân tạo có ứng dụng thực tế rất rộng rãi trong xây dựng và dân dụng đó là ván LVL (Laminated Venner Lumber) Ván LVL ra đời trên cơ sở sản xuất ván dán, nó có ưu điểm là có khả chịu lực,

chịu mài mòn vượt trội so với gỗ tự nhiên Chính vì vậy ván LVL được sử dụng để làm các chi tiết chịu lực, trong xây dựng và trong sản xuất đồ mộc Trong qui trình sản xuất ván LVL, chúng ta phải pha trộn thêm một số loại chất chống cháy, chất chống ẩm, … để làm cho giá trị sự dụng của ván LVL được nâng cao Tuy nhiên, với tỉ lệ của các loại hóa chất như thế nào, để ván LVL vừa có nhiều tính năng tốt (có khả năng chống ẩm, chống cháy…) nhưng lại không ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của ván? Được sự đồng ý của Trường Đại học Lâm nghiệp và Khoa Đào tạo Sau đại học, tôi tiến hành thực hiện luận văn:

“Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng keo, lượng chất chống cháy

đến chất lượng ván LVL chậm cháy”

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Gỗ, một vật liệu không thể thiếu trong cuộc sống con người Gỗ được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực: xây dựng, trang trí nội thất Trong khi nhu cầu sử dụng gỗ ngày càng tăng, gỗ rừng tự nhiên phát triển không kịp do đó ngày càng khan hiếm Chính vì vậy, gỗ tự nhiên không thể đáp ứng được với nhu cầu sử dụng của xã hội Để đáp ứng nhu cầu sử dụng gỗ, con người phải tận dụng tất cả các phần của cây gỗ thậm chí cả phụ phẩm của quá trình chế biến gỗ để làm ván nhân tạo

Lửa, đóng vai trò rất quan trọng, nó cần thiết cho con người trên nhiều lĩnh vực Tuy nhiên, lửa cũng là hiểm họa của con người, chúng ta có thể ví lửa như một loại giặc Nếu có hỏa hoạn xảy ra thì thông thường, hậu quả mà

nó để lại rất khủng khiếp, có thể gây thiệt hại rất lớn về con người và của cải vật chất nếu công tác phòng cháy và chữa cháy không được chuẩn bị tốt Theo Cục Cảnh sát phòng cháy và chữa cháy, tính từ ngày 01-12-2007 đến ngày 25-11-2008, cả nước đã xảy ra 1963 vụ cháy, trong đó 1.704 vụ cháy ở cơ sở và nhà dân, 259 vụ cháy rừng, làm chết 52 người, bị thương 195 người, về tài sản ước tính 603 tỉ đồng và 1.500,67 ha rừng Năm 2009 trên cả nước đã xảy ra gần 2.000 vụ cháy, trong đó có gần 1.700 vụ cháy cơ sở, nhà dân và 271 vụ cháy rừng, làm 62 người chết, 145 người bị thương, gây thiệt hại về tài sản trị giá hơn 500 tỷ đồng và 1.373 ha rừng Năm 2010, cả nước xảy ra 2.231 vụ cháy làm 60 người chết, 180 người bị thương, thiệt hại về tài sản lên tới 617 tỷ đồng và 2.543 ha rừng Riêng 9 tháng đầu năm 2011 cả nước xảy ra 1.143 vụ cháy, làm chết 45 người, bị thương 129 người; thiệt hại

về tài sản ước tính trị giá 360 tỷ đồng; xảy ra 173 vụ cháy rừng, gây thiệt hại

2.120 ha rừng Qua một vài con số, chúng ta thấy tổn thất do hỏa hoạn gây ra

thật khủng khiếp

Gỗ tự nhiên là loại vật liệu rất dễ bắt lửa và phát cháy Khi gỗ tự nhiên ngày càng khan hiếm, gỗ ván nhân tạo được sản xuất ngày càng nhiều để đáp ứng như cầu sử dụng gỗ của xã hội, đặc biệt là ván LVL

Khi gỗ tự nhiên trộn thêm một lượng keo (hóa chất) thì thông thường quá trình cháy xảy ra sẽ mãnh liệt hơn gỗ tự nhiên Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngày nay con người đã áp dụng nhiều biện pháp để phòng cháy

và chữa cháy, tuy nhiên để giảm thiệt hại do cháy gây ra là phải áp dụng biện pháp phòng cháy, tránh để xảy ra cháy, đó chính là việc nghiên cứu chế tạo và sản xuất ra nhiều vật liệu không cháy hoặc rất chậm cháy và cuối cùng là

Hình 1.1

Hình 1.2

nâng cao năng lực của các đơn vị cứu hỏa Để hạn chế tới mức thấp nhất những thiệt hại khi có hỏa hoạn xảy thì các vật liệu chống cháy, chậm cháy là cách thức hữu hiệu để chống lại sự cháy hoặc ức chế các quá trình cháy, đảm bảo an toàn cho các công trình

Đối với gỗ tự nhiên, người ta dùng các biện pháp phun, quét, hoặc ngâm tẩm chất chống cháy Đối với ván LVL chậm cháy là ván được ép từ các lớp

gỗ mỏng được tráng keo lại với nhau và chất chậm cháy được quét phủ bên ngoài hoặc được trộn vào keo với tỉ lệ nhất định làm cho ván có khả năng chậm cháy

Từ những thực tế và lý luận đó, ta có thể thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu ra ván nhân tạo chậm cháy nói chung và ván LVL nói riêng Việc nghiên cứu chống cháy cho các vật liệu sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển nhiều ngành liên quan đến vật liệu gỗ như xây dựng, trang trí nội thất, đồ mộc gia dụng…

Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu làm chậm cháy cho ván nhân tạo và đã đạt được những kết quả nhất định Nhưng vì bí mật công nghệ

mà trong các tài liệu khoa học người ta không công bố các loại hóa chất, điều kiện và tỷ lệ dùng để sản xuất ván LVL chậm cháy, mà chỉ công bố một ít thông tin chung chung về công nghệ sản xuất ván LVL chậm cháy

Để đạt hiệu quả cao trong việc chống cháy, ta phải pha trộn chất chống cháy vào trong vật liệu trong quá trình sản xuất ván Tuy nhiên, khi pha trộn chất chống cháy vào vật liệu, vô tình ta đã làm giảm khả năng liên kết giữa các vật liệu với nhau Khả năng chậm cháy của ván LVL chỉ là một trong những thông số kỹ thuật của ván LVL Do vậy, không phải ta cứ pha trộn thật nhiều lượng chất chống cháy ta sẽ có được ván có chất lượng tốt, đạt yêu cầu trong xây dựng, trang trí nội thất, đồ mộc gia dụng…

Việc nghiên cứu để xác định tỉ lệ lượng keo và lượng chất chống cháy làm ảnh hưởng đến chất lượng ván LVL và xác định được tỉ lệ tối ưu là một việc làm rất cần thiết và có ý nghĩa thực tế cao

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

So với nhiều ngành công nghiệp khác trên thế giới, ngành công nghiệp sản xuất ván LVL là loại hình ván nhân tạo xuất hiện muộn hơn Năm 1944, R.F.Luxford - một người Mỹ - đã sản xuất ra một loại ván tương tự như gỗ xẻ

để chế tạo cánh quạt máy bay Một thời gian sau đó, người Mỹ đã sử dụng

các loài gỗ có đường kính nhỏ để sản xuất ván LVL thay thế cho gỗ xẻ

Ngành công nghiệp sản xuất ván LVL mới chỉ thực sự phát triển từ cuối thế

kỷ 20 và đã phát triển với một tốc độ nhanh chóng từ những năm 80 trở lại đây Sau trận động đất năm 1989 tại Sanfrancisco, người ta đã chứng kiến được độ bền của ván dán và các vật liệu sản xuất từ ván mỏng khác Chính vì vậy, nhu cầu sử dụng ván dán trong ngành xây dựng tăng mạnh

Ngành công nghiệp ván LVL phát triển mạnh và được sử dụng rộng rãi

vì những ưu điểm vượt trội sau:

 Công nghệ sản xuất ván LVL dễ cơ giới hoá, tự động hoá từ đó cho năng suất, chất lượng cao, ổn định và quá trình sản xuất có thể kiểm soát và điều khiển được các tính chất của ván tuỳ theo mục đích sử dụng

 Sản xuất được ván có kích thước lớn có chiều dầy từ 27 75mm, chiều rộng lớn nhất 1,8m, dài tối đa 23m, (trên lý thuyết là vô hạn) khắc phục được hạn chế đường kính, chiều cao cây gỗ và các khuyết tật của gỗ

 Sản phẩm vấn LVL đáp ứng được yêu cầu của nhiều ngành, nhiều

lĩnh vực khác nhau.

Ván LVL đã thể hiện ưu thế vượt trội so với gỗ xẻ về mọi phương diện

từ khả năng chịu lực đến kích thước ván Ván LVL có khả năng chịu lực uốn

(do đó được sử dụng làm dầm, xà… trong xây dựng), chịu mài mòn theo chiều dọc (dùng làm các chi tiết chịu lực dọc như con thoi trong công nghệ dệt…)

Hình 1.3 Khung nhà làm bằng ván LVL

Hình 1.4 Khung và mái nhà làm bằng ván LVL

LVL có xuất xứ từ Bắc Mỹ, ở đó có hàng chục nhà máy LVL trong khi tại Âu Châu chỉ có một vài nhà máy ở Phần Lan, Thụy Điển Nhà máy Kerto (Phần Lan) có công suất 100.000 m3/năm, nhà máy Malarphy (Thụy Điển) có công suất 20.000 m3/năm Sản lượng ván LVL trên thế giới năm 1991 đạt gần

8 triệu m3, năm 2002 đạt xấp xỉ 30 triệu m3

Ván LVL được sử dụng chính trong kiến trúc và xây dựng dưới dạng: dầm xà, khung chịu lực, cột chống, mái nhà, vách ngăn, bậc cầu thang, cánh cửa, khung cửa, ghế ngồi trong sân vận động Một phần đáng kể khác được sử dụng trong giao thông vận tải như: sàn tàu, container, xây dựng cầu đường Phần còn lại được sử dụng để sản xuất các sản phẩm gia dụng như bàn, ghế, giường, tủ, hoặc các dụng cụ thể thao…

Làm thế nào để cho gỗ trở nên khó bắt lửa hoặc khi rời khỏi nguồn lửa

nó có thể tự tắt? Đó chính là câu hỏi làm nhiều nhà khoa học quan tâm Làm tăng khả năng chống cháy của bản thân gỗ hoặc ngăn cản khả năng bắt lửa của gỗ là vấn đề được nhân loại quan tâm chú ý từ rất sớm Vào năm 83 trước

Hình 1.5 Cầu thang làm bằng ván LVL

công nguyên, lô cốt bằng gỗ dùng để bao vây tấm cổng cảng Piraeus của Hy Lạp đã được xử lý bằng dung dịch muối sunfat kép để làm cản trở sự bắt cháy Đây là kỹ thuật làm chậm cháy cho gỗ đầu tiên được sử dụng trong lịch

sử nhân loại

Năm 1907, MgO, MgCl2, MgBr2 được đưa vào trong các loại ván, ván

có thành phần halogen thể hiện tính chống cháy rõ rệt và nhóm halogen được công nhận là những chất làm cho ván có khả năng chống cháy

Năm 1940, hãng Bankroft đã công bố một số chất chống cháy vô cơ (muối bazơ), Z.A Rogovin đã tạo ra các chất chống cháy hữu cơ (chất cloparaffin) Năm 1953, Anon đã đưa ra một số chất chống cháy vô cơ (nhóm

Bo, hợp chất kim loại) Năm 1960, S.M.Gorxin đã công bố các chất chống cháy vô cơ (chất chống cháy hệ P-N, nhóm halogen)

Các nhà khoa học Liên xô (cũ) đã công bố chất chống cháy axít photphoric đa tụ Chất này được tạo ra từ các phản ứng của urê, mêlamin với axít photphoric và chất chống cháy này được sử dụng nhiều trong việc xử lý các loại vải chống cháy, ván nhân tạo

Vào thập kỷ 70 của thế kỷ 20, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra các loại keo kí hiệu (U.D.PF), MDPF, H3PO4.PFAC, H3BO3.MFAC,

H3PO4.MFAC có khả năng chống cháy Hợp chất đa tụ nhóm P-N, chất chống cháy ký hiệu (A-PP) có công thức phân tử (NH4)n+2PnO3n+1, là một hợp chất

có khả năng chống cháy tốt, tan trong nước 0,1  6% cũng được chế tạo và sử dụng thử nghiệm trong thời gian này

Hiện nay, các chất chống cháy có chứa photpho và Bo đang được sử dụng phổ biến trong công nghệ sản xuất ván dăm, ván sợi Ngoài khả năng chống cháy, các hợp chất này còn có khả năng chống mối, mọt

Do tính chất quan trọng của việc chống cháy cho các sản phẩm từ gỗ, các nhà khoa học nước ngoài đã rất chú trọng đến nghiên cứu ván nhân tạo

chậm cháy Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học nước ngoài cũng chỉ là tài liệu để chúng ta tham khảo, để tạo ra ván LVL chậm cháy sử dụng các nguồn nguyên liệu trong nước cần phải có những công trình nghiên cứu cụ thể để phù hợp với từng loại nguyên liệu sẵn có ở trong nước

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ngành công nghiệp sản xuất ván LVL mới được phát triển Việt Nam, ván LVL có thể sản xuất được ở các nhà máy ván dán thông thường Do đó, các nhà máy ván dán hiện nay ở nước ta có thể sản xuất được ngay ván LVL Trên cả nước hiện nay, có các cơ sở ván dán lớn như:

 Nhà máy gỗ Cầu Đuống, công suất 6.000 m3gỗ tròn/năm

 Nhà máy gỗ Đồng Nai, công suất 5.000 m3gỗ tròn/năm

 Nhà máy gỗ Thanh Hoá, công suất 2.000 m3gỗ tròn/năm

 Nhà máy gỗ KonTum, công suất 10.000 m3gỗ tròn/năm

 Nhà máy gỗ Tân Mai, công suất 10.000 m3gỗ tròn/năm

 Nhà máy gỗ Khánh Nguyên (Bình Dương), công suất 20.000 m3gỗ tròn/năm

 Nhà máy gỗ Đông Hà (Quảng Trị) với công suất 40.000 m3 gỗ tròn/năm

Trong những năm gần đây, nhận thức được tầm quan trọng của công tác phòng cháy chữa cháy (PCCC), chính phủ đã tạo điều kiện cho các nhà khoa học của trường đại học PCCC, cục PCCC và Viện An Toàn Lao Động nghiên cứu về phương pháp chữa cháy và vật liệu chống cháy Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu cũng chủ yếu là chữa cháy, còn phòng chống cháy nói chung và phòng chống cháy cho gỗ và các sản phẩm từ gỗ nói riêng, thì rất ít Công trình đầu tiên nghiên cứu về vật liệu gỗ chậm cháy đó là công trình

“Nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy” của PGS – TS Trần Văn Chứ Tác giả

đã nghiên cứu khá đầy đủ về động học quá trình cháy ván dăm, phương pháp tạo ván dăm chậm cháy, sự ảnh hưởng về tỷ lệ chất chống cháy, tỷ lệ chất chống ẩm đến tính chất của ván dăm Và đặc biệt là tác giả đã đưa ra được những công thức pha chế chất chống cháy phù hợp, đáp ứng được yêu cầu là không làm ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lý của ván và có khả năng ngăn cản cháy có ngọn lửa, cháy có khói và cháy lan tỏa Tác giả đã thử nghiệm 3 cách thức pha chế hóa chất:

1 H3BO3 (50%) và Na2B4O7.10H2O (50%)

2 Na2HPO4.12H2O (55%) và (NH4)2HPO4 (10%)

3 Chất amoniphotpho từ H3PO4 và Urê (NH2)2CO

Cách thức pha chế 2 có khả năng ngăn cản cháy tốt nhất, tuy nhiên cách thức pha chế 3 ít ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của ván, giá thành thấp nhất, không độc hại và khả năng chống cháy đáp ứng được yêu cầu, phù hợp với điều kiện sản xuất ván dăm ở nước ta

Ngoài ra, đã có một số nhà khoa học nghiên cứu và đưa ra các kết quả nghiên cứu trong các công trình nghiên cứu về quá trình cháy của gỗ ở Việt Nam, đó là các công trình của các nhà khoa học: GS-TS Hà Chu Chử, PGS-

TS Hoàng Thúc Đệ, TS Nguyễn Cảnh Mão Các nghiên cứu đó đều thuộc về công nghệ sấy gỗ và hoá lâm sản

Thông tin trên mạng internet, các công ty sản xuất và cung ứng sản phẩm ván nhân tạo có thông tin trên mạng hầu như của tất cả các công ty ở nước ngoài Số lượng công ty sản xuất ván nhân tạo ở nước ta có thông tin trên internet hầu như là không có, chỉ có một vài công ty Việt Nam nhưng chỉ

là phân phối sản phẩm cho các công ty Trung quốc

Qua các phân tích ở trên, có thể nhận thấy rằng có rất ít đề tài nghiên cứu về ván nhân tạo chậm cháy ở nước ta, đặc biệt là ván LVL Do đó cần có thêm nhiều công trình nghiên cứu về ván nhân tạo chậm cháy nói chung và

ván LVL chậm cháy nói riêng nhằm nâng cao chất lượng và giá trị của sản phẩm ván nhân tạo của nước ta

1.2.3 Nhận xét chung

Theo các nghiên cứu của các nước trên thế giới (Mỹ, Đức, Phần Lan, Thuỵ Điển, Nhật Bản, Trung Quốc…), đã có những nghiên cứu về công nghệ sản xuất ván LVL chậm cháy Tuy nhiên, các công bố hầu như chỉ có giá trị tham khảo và những thông tin hết sức chung chung, không thể áp dụng những thông tin được công bố đó vào sản xuất ván LVL của nước ta

Ở Việt Nam cũng đã có một số công trình nghiên cứu về ván LVL chậm cháy, tuy nhiên mới chỉ nghiên cứu ở một số chất chống cháy và phương pháp tạo ván dăm chậm cháy nhất định Việc tiếp tục nghiên cứu về ván LVL chậm cháy là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

Do đó, hướng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu ảnh hưởng của lượng keo và lượng chất chống cháy đến chất lượng ván LVL chậm cháy Tạo

ra ván LVL chậm cháy có các tính chất cơ học, vật lý đáp ứng được yêu cầu

sử dụng trong xây dựng, trang trí nội thất, đồ mộc gia dụng…

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

1.3.1 Mục tiêu lý thuyết

 Đánh giá được mức độ ảnh hưởng của lượng keo, lượng chất chống cháy (tỉ lệ pha trộn) đến một số tính chất vật lý, cơ học và khả năng chậm cháy của ván LVL chậm cháy

 Nghiên cứu tạo ra được ván LVL chậm cháy đáp ứng được yêu cầu

kỹ thuật của ván LVL dùng trong hàng mộc, xây dựng và trang trí nội thất

1.3.2 Mục tiêu thực tiễn

Tìm ra các thông số công nghệ (lượng keo tráng, lượng chất chống cháy) hợp lý, các giải pháp công nghệ tạo ván LVL chậm cháy phù hợp khi

sản xuất ván LVL chậm cháy trong điều kiện công nghệ và sản xuất của Việt

Nam

1.4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Công nghệ tạo ván LVL chậm cháy và keo Urea-Formaldehyde Gỗ

dùng trong nghiên cứu là gỗ Keo tai tượng

1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Nghiên cứu xác định chất lượng của ván mỏng gỗ Keo tai tượng

dùng trong sản xuất ván LVL chậm cháy

 Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng keo tráng đến chất lượng ván LVL

chậm cháy

 Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chất chống cháy đến chất lượng

ván LVL chậm cháy

 Đề xuất quy trình công nghệ tạo ván LVL chậm cháy từ gỗ Keo tai

tượng trong điều kiện công nghệ sản xuất của Việt Nam

1.6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Loại keo dán: U-F

 Loại chất chống ẩm: paraffin

 Chất chống cháy: Borat (Na2B4O7.10H2O) và boric (H3BO3) Tỷ lệ

hỗn hợp của borat và boric là 1:1 (theo khối lượng)

 Các thông số chế độ ép được cố định như sau: Nhiệt độ 1300C; áp

suất ép 15kG/cm2; thời gian ép 60 phút Giải pháp ép ván là 01 lần

 Gỗ dùng trong thí nghiệm là gỗ Keo tai tượng (tên khoa học: Acacia

mangium Willd)

 Chiều dày ván mỏng ướt là 1,8mm Số lớp ván mỏng là 15 lớp Các

lớp ván được xếp song song theo một theo nguyên tắc mặt phải - mặt phải

Yêu cầu độ ẩm ván mỏng sau khi sấy là 10%, độ ẩm của ván mỏng sau khi tráng keo là 20%

1.6.2 Các yếu tố thay đổi

- Lượng keo tráng thay đổi theo các mức: 160, 170, 180, 190, 200 g/m2

(chỉ quét một mặt của ván mỏng)

- Lượng chất chống cháy thay đổi theo các mức: 2, 4, 6, 8, 10% (so với lượng keo khô kiệt)

1.7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.7.1 Phương pháp chuyên gia

Phương pháp chuyên gia được sử dụng khi điều tra, khảo sát nghiên cứu

về hiện trạng công nghệ sản xuất ván dán Các tư liệu, tài liệu có tính lịch sử, tài liệu cung cấp các thông tin tổng quan về kinh tế xã hội, tự nhiên thuộc các vùng lãnh thổ và các kết quả nghiên cứu có liên quan đã được xuất bản

1.7.3 Phương pháp thực nghiệm

Mục đích của kế hoạch đa yếu tố là nghiên cứu sự ảnh hưởng của lượng keo tráng, lượng chất chống cháy đến các tính chất vật lý, cơ học của ván dán

từ gỗ Keo tai tượng

Có rất nhiều yếu tố công nghệ tham gia vào quá trình sản xuất sản phẩm

Tuy nhiên, dựa trên tính điều khiển được, khả năng tác động mạnh đến chất

lượng, năng suất, giá thành của quá trình sản xuất của các yếu tố, chúng tôi lựa chọn các yếu tố nghiên cứu như sau:

- Lượng keo tráng N (g/m2): mã hóa (X1)

- Lượng chất chống cháy C (%) : ký hiệu (X2)

Các chỉ tiêu chất lượng đầu ra của ván LVL chậm cháy theo tiêu chuẩn

GB 9846.8-88 và GB 9846.9-88 như sau: độ bền uốn tĩnh u=Y113MPa, độ bền kéo trượt màng keo KT=Y2  0,7MPa, tỷ lệ tổn thất khối lượng ván dán

<20%; tỷ lệ trương nở chiều dày TS = Y3 8%

1.7.3.1 Phương pháp thực nghiệm

Quy hoạch thực nghiệm là phương pháp nghiên cứu khi ta không có đầy

đủ thông tin về đối tượng và phải thực nghiệm để xây dựng mô hình Theo nghĩa rộng thì quy hoạch thực nghiệm là tập hợp các tác động nhằm đưa ra chiến thuật làm thực nghiệm, từ giai đoạn đầu tiên đến giai đoạn kết thúc của quá trình nghiên cứu đối tượng

Cơ sở toán học nền tảng của lý thuyết quy hoạch thực nghiệm là toán học thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi quy

Đối tượng nghiên cứu của quy hoạch thực nghiệm trong các ngành kỹ thuật là một quá trình, một cơ cấu hoặc một hiện tượng có những tính chất, đặc điểm chưa biết cần nghiên cứu

Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm: không lấy toàn bộ các trạng thái đầu vào, phức tạp dần mô hình toán học, đối chứng nhiễu, ngẫu nhiên hóa, tối ưu

Ưu điểm của phương pháp này là các thí nghiệm dễ dàng tiến hành, đối tượng nghiên cứu đa dạng, chúng ta chỉ quan tâm đến các yếu tố đầu vào và yếu tố đầu ra Ngoài ra ta có thể khống chế các yếu tố đầu vào hoặc làm giảm

sự ảnh hưởng của các yếu tố khác tác động tới, số lần thí nghiệm ít, tiết kiệm được thời gian cũng như chi phí, phương pháp này có thể xây dựng phương pháp hồi quy rất thuận tiện cho việc khảo sát kết quả tìm phương pháp tối ưu

Nhược điểm của phương pháp quy hoạch thực nghiệm là tính toán và xử

lý số liệu khá phức tạp Tuy nhiên, vấn đề này có thể nhờ sự hỗ trợ của các phần mềm máy tính để giải quyết một cách nhanh chóng và dễ dàng

Từ các ưu nhược điểm trên, trong đề tài này chúng tôi chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm cho quá trình nghiên cứu và phương trình hồi quy có dạng tổng quát như sau :

2 1 1

0 j

n

j jj j

i n

j i ij j

n

j j

j

x : các yếu tố đầu vào

b0, bij, bjj : các hệ số cần xác định n: số yếu tố đầu vào

Bố trí thí nghiệm gồm 3 loại thí nghiệm :

+ Loại 1: Gồm N1 = 2n thí nghiệm toàn phần Yêu cầu phải đảm bảo tính được các hệ số hồi quy tuyến tính b j và tương tác cặp đôi b ij Tác động của chúng không bị trộn lẫn với nhau

+ Loại 2: Gồm No (No >= 1) thí nghiệm ở tâm miền quy hoạch, tại đó giá trị mã của các thông số bằng 0

+ Loại 3: Nα = 2n thí nghiệm bố trí trên các trục tọa độ, cách gốc tọa độ một đoạn α > 0 sao cho ma trận x trực giao, tức là ta lấy xj = ± α

Tổng số thí nghiệm cần tiến hành: N = N1 + Nα + no = 2n + 2n + no

Với n = 2 ta có:

+ N1= 2n = 4: số thí nghiệm tuyến tính

+ Nα = 2n = 4: số thí nghiệm tại điểm sao ± α

+ no= 1: số thí nghiệm tại tâm

Số thí nghiệm cần tiến hành: N = 4 + 4 + 1 = 9 (thí nghiệm)

Mức và bước thay đổi các thông số thí nghiệm trình bày ở Bảng 1.1

Bảng 1.1 Mức, bước thay đổi các thông số thí nghiệm

Các mức Giá trị mã

Giá trị thực

X 1 (Lượng keo tráng g/m2) – C

X 2 (Lượng chất chống cháy %) – N

Có thể diễn tả mô hình khối bài toán tối ưu trong nghiên cứu thực nghiệm tạo ván dán theo sơ đồ ở hình 1.3

Phương pháp thực nghiệm tiến hành theo hoạch định quay bậc hai với

hai yếu tố đầu vào Số thí nghiệm cần tiến hành là 9 thí nghiệm và mỗi thí nghiệm được lặp lại 15 lần Chúng tôi tiến hành thí nghiệm theo bảng 1.2 và các thí nghiệm được thực hiện một cách ngẫu nhiên [5]

X1 – Lượng keo tráng (g/m 2 )

X2 – Lượng chất chống cháy (%)

Y1-Tỷ lệ trương nở chiều dày (%)

Y2-Độ bền uốn tĩnh (KG/cm 2 )

Y3-Độ bền kéo trượt màng keo (KG/cm 2 )

Hình 1.6 Mô hình bài toán xác định các thông số tối ưu tạo ván LVL

Y4- Tỷ lệ tổn thất khối lượng (%)

HỘP ĐEN

Bảng 1.2: Ma trận thí nghiệm dạng mã hóa

1.7.3.2 Phương pháp xử lý số liệu

Các số liệu được xử lý bằng phần mềm Stat Graphic Áp dụng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) để đánh giá mức độ ảnh hưởng của thông số nghiên cứu đến quá trình nghiên cứu chỉ là ngẫu nhiên hay thực sự

có ảnh hưởng Phương pháp này giúp loại bỏ các yếu tố ít làm ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu cũng như mức độ tương quan Ngoài ra, còn giúp kiểm tra các giả thiết đồng nhất phương sai, độ tin cậy các hệ số hồi quy và mức độ phù hợp của mô hình lựa chọn theo tiêu chuẩn Fisher khi thực nghiệm

Nội dung xử lý số liệu bao gồm các bước sau:

+ Bước 1: Xây dựng phương trình hồi quy

+ Bước 2: Phân tích phương sai để loại bỏ các hệ số hồi quy không đảm bảo đủ độ tin cậy ở mức ý nghĩa  = 0,05

+ Bước 3: Xác định các hệ số hồi quy theo hàm toán mới, sau khi đã loại

bỏ các hệ số hồi quy không đảm bảo độ tin cậy

+ Bước 4: Kiểm tra sự phù hợp của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher

Kiểm tra tính tương thích mô hình: Ft  Fb = F (0,05; k1; k2)

Nếu Ft < Fb thì mô hình đảm bảo tính tương thích Ngược lại, nếu Ft > Fb

thì mô hình không đảm bảo tính tương thích, lúc này cần loại bỏ các hệ số không đảm bảo tính tương thích khỏi mô hình và tiến hành chạy lại phương trình tương quan

+ Bước 5: Chuyển mô hình về dạng thực theo công thức sau:

xj0 lần lượt là các giá trị tại mức cơ sở (điểm 0)

l là cánh tay đòn của các yếu tố công nghệ tính toán (khoảng biến thiên)

Sau khi lập được phương trình hồi qui Y = f(xj), tiến hành tính toán các giá trị tối ưu của các thông số mục tiêu bằng phần mềm Excel

1.7.4 Kiểm tra chất lượng ván dán chậm cháy

1.7.4.1 Kiểm tra chất lượng keo

Độ pH của hỗn hợp keo, thời gian gel hoá của hỗn hợp keo được đo bằng

máy đo độ pH HI 9224 Microprocessor printing pH meter (Hình 1.7) Độ

chính xác của máy đo độ pH là 0,1

Máy đo độ pH HI 9224 Microprocessor printing pH meter Máy đo độ nhớt DV-I + Viscometer

Hình 1.7 Máy kiểm tra chất lượng của keo

Độ nhớt của dung dịch keo đo bằng máy đo độ nhớt (DV-I + Viscometer)

Trong đó: m

1 - khối lượng gỗ ban đầu (có nước) (g);

m0 - khối lượng gỗ khô kiệt (g)

Sử dụng máy đo độ ẩm kiểu cảm ứng để xác định độ ẩm ván mỏng

1.7.4.3 Kiểm tra sai số chiều dày ván mỏng

+ Dụng cụ kiểm tra thước panme điện tử, độ chính xác 10-2 mm

+ Kích thước mẫu kiểm tra: 100 x 100 (mm), số lượng 10 mẫu

+ Phương pháp kiểm tra

Kẻ 4 điểm t1, t2, t3, t4 trên mẫu như Hình 1.8:

Hình 1.8 Mẫu kích thước kiểm tra sai số chiều dày ván mỏng

Dùng thước panme lần lượt đo chiều dày tại 4 điểm t1, t2, t3 và t4 cho 10 mẫu thử rồi tính giá trị trung bình

Kết quả: Sai số chiều dày của ván mỏng được tính theo công thức :

S =

Tdn

Ttb Tdn 

x 100 (%)

Trong đó: Tdn - chiều dày ván mỏng danh nghĩa;

Ttb - chiều dày ván mỏng trung bình

1.7.4.4 Kiểm tra tần số vết nứt và chiều sâu vết nứt

 Dụng cụ kiểm tra: mực tàu, chổi quét, kéo cắt, cốc đựng và kính lúp

 Phương pháp kiểm tra: kẻ mẫu thành các ô có kích thước 100 x 100 (mm), dùng mực tàu quét vào các ô xen kẽ như Hình 1.9

Hình 1.9 Kiểm tra tần số vết nứt và chiều sâu vết nứt

Để ván khô khoảng 30 phút rồi dùng kéo cắt các ô đã quét mực tàu Dùng kính lúp đếm số vết nứt và chiều sâu vết nứt lần lượt trên 10 mẫu Kết quả được tính như sau:

Tần số vết nứt được xác định theo công thức

Ts = 10

N

, Vết/cm

Trong đó: Ts - Tần số vết nứt (vết/cm);

N - Số lượng vết nứt đo được trên mẫu

Chiều sâu vết nứt được tính theo công thức

Cs =

t N

t - Chiều dày trung bình của ván (mm)

N - Số lượng vết nứt đo được trên mẫu

1.7.4.5 Độ bền uốn tĩnh của ván LVL

Độ bền uốn tĩnh ván dán chậm cháy kiểm tra theo tiêu chuẩn GB

9846.8-88 [21] Phương pháp xác định các số liệu trên máy thử tính chất cơ lý của Trường Đại học Nông Lâm – Thành phố Hồ Chí Minh

Dụng cụ: Máy kéo vạn năng, độ chính xác đến 10N Thước kẹp độ chính xác 0,1mm Thước panme có độ chính xác 0,01mm Đồng hồ bấm giây

Hình 1.10 Sơ đồ kiểm tra độ bền uốn tĩnh

Phương pháp kiểm tra như sau:

Mẫu đặt trong điều kiện chuẩn cho đến khi khối lượng không đổi Chiều rộng được xác định ở điểm giữa cạnh dài mẫu, độ chính xác đến 0,1mm Chiều dày được xác định ở điểm giữa cạnh dài mẫu, cách mép cạnh 10mm, mỗi cạnh xác định một điểm, độ chính xác đến 0,1mm, khi tính dùng giá trị bình quân toán học của hai điểm, chính xác đến 0,1mm

Khi chiều dày mẫu thử ≤ 7mm thì đường kính đặt tải và gối đỡ 10±0,5mm Khi chiều dày mẫu thử > 7mm thì đường kính đặt tải và gối đỡ 30

± 0,5mm Chiều rộng bộ phận đặt tải và gối đỡ nên lớn hơn chiều rộng mẫu thử Khoảng cách giữa hai gối đỡ bằng 10 lần chiều dày danh nghĩa ván nhưng không nhỏ hơn 150mm

Giao tuyến giữa mặt trục gia tải và mặt ván phải vuông góc với trục dài mẫu thử Khi xác định, căn cứ vào sự khác nhau giữa hướng trải thảm và bề

Tải trọng

mặt phải trái mỗi loại xác định ba mẫu Khi xác định tải trọng tăng đều (trong vòng 30– 90 giây mẫu phải bị phá hủy) Ghi tải trọng lớn nhất chính xác 10N

Độ bền uốn tĩnh

t b

L P

2

3

 (N/mm2)(KG/cm2) Trong đó: P – lực cực đại (N)/(KG/cm2)

L – khoảng cách giữa 2 gối đỡ (mm)/(cm)

b – chiều rộng mẫu kiểm tra (mm)/(cm)

t – chiều dày mẫu kiểm tra (mm)/(cm)

Khi tính tìm ra giá trị bình quân của các mẫu thử cường độ bề mặt của

ván và công bố giá trị đó

1.7.4.6 Độ bền kéo trượt màng keo

 Tiêu chuẩn kiểm tra: Tiêu chuẩn Nhật Bản JAS S – 11 15.2 (1993)

 Kích thước mẫu thử: L x W x t = 35 x 25 x t, mm

Cắt mẫu theo Hình 1.11

Hình 1.11 Mẫu kiểm tra độ bền kéo trượt màng keo

 Số lượng mẫu: Mỗi mức tỷ lệ hỗn hợp keo là 10 mẫu

Mẫu kiểm tra độ bền kéo trượt màng keo được kiểm tra trên máy thử tính chất cơ lý Amsler 5 tấn 11/2612 thuộc phòng thí nghiệm Khoa lâm nghiệp – Đại học Nông Lâm TP HCM Công thức xác định:

MPa w

a

P

; 10

+ Dùng thước kẹp đo (a,w) để xác định diện tích kéo trượt

+ Gá mẫu vào bộ gá trên máy thử cơ lý

+ Tiến hành tăng lực đến khi màng keo lớp giữa bị phá hủy thì dừng lại + Đọc trị số lực phá hủy trên đồng hồ đo lực

1.7.4.7 Kiểm tra tính chậm cháy của ván

Chỉ tiêu đánh giá khả năng chống cháy của ván LVL được đánh giá qua chỉ tiêu tổn thất khối lượng và được kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM – E69-

70 Dụng cụ kiểm tra là “ống lửa”

Số lượng mẫu kiểm tra: 03 mẫu

Kích thước mẫu (dài x rộng x dày ): 150 x 35 x 24 (mm)

Dụng cụ kiểm tra khả năng chậm cháy của ván gồm có:

 Cân điện tử có độ chính xác đến 0.01g

 Ống lửa

 Đèn cồn, gương phản chiếu, đồng hồ bấm giây

Phương pháp kiểm tra: Phương pháp “ống lửa” được mô tả như sau: mẫu ván dán được đặt vào trong ống sắt tây (kích thước ống sắt: đường kính 50mm, chiều dài 165mm) Mẫu ván thò ra ngoài ống sắt về phía dưới 5mm

Phía sát đáy ống sắt có đặt gương quan sát quá trình cháy của ván LVL Mẫu ván LVL treo vào dây nối với cân điện tử

Đèn dùng để đốt cháy mẫu thử là đèn cồn hoặc đèn hơi Khi đốt cháy mẫu tim ngọn lửa phải đúng vào đoạn cuối của mẫu thử (cách 10mm) Nếu dùng đèn cồn thời gian đốt là 2.5 phút, đèn hơi thời gian đốt là 2 phút Khi hết thời gian đốt, chuyển đèn đi ngay Qua cân điện tử, có thể đo được tổn thất khối lượng trong quá trình cháy của ván và khối lượng mẫu trước và sau khi thử cháy

1.8 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

1.8.1 Ý nghĩa khoa học

Luận văn nêu ra các vấn đề cốt yếu về lý thuyết nghiên cứu tạo ván LVL,

đã được trình bày rõ như:

 Quá trình công nghệ về tạo ván LVL chậm cháy

 Các vấn đề về kỹ thuật khi tạo ván LVL, như: sự ảnh hưởng của lượng keo tráng, lượng chất chống cháy đến các chỉ tiêu chất lượng ván LVL

1.8.2 Ý nghĩa thực tiễn

Tạo ván LVL từ các gỗ mọc nhanh rừng trồng trong điều kiện công nghệ

và sản xuất của Việt Nam là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn lớn Những kết quả nghiên cứu và kết luận của luận án hoàn toàn có thể áp dụng vào thực tiễn sản xuất của Việt Nam Điều này chẳng những giúp cho ván LVL của Việt Nam nâng cao chất lượng, tăng khả năng cạnh tranh, hạ giá thành sản phẩm và mở

ra hướng sự dụng vật liệu mới

Chương 2

CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN LVL

2.1.1 Nguyên tắc hình thành ván LVL

LVL (Laminated Veneer Lumber) là một loại sản phẩm ván dán nhân tạo

được tạo bởi việc ép các lớp ván mỏng lại với nhau với sự tham gia của chất kết dính trong điều kiện dán ép nhất định, tất cả các lớp ván mỏng được xếp song song với nhau theo chiều thớ gỗ và theo chiều dài ván

Đóng gói Cắt theo chiều rộng

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất ván LVL

Có 3 loại ván LVL phổ biến được sản xuất trên thế giới: Microlam, Parallam và Kertopuu [17] Mỗi loại sản phẩm có một kết cấu, công nghệ sản xuất và tính chất cũng như khả năng sử dụng khác nhau Với ván LVL dạng Microlam cần phải có thiết bị chuyên dùng (Microwave) để xử lý ván mỏng trước khi nhúng keo và ép ván [17] Ván LVL dạng Parallam sử dụng các mảnh ván mỏng dài và hẹp để sản xuất [17] Ván LVL dạng Kertopuu được sản xuất phổ biến ở Phần Lan có công nghệ sản xuất đơn giản hơn, có thể sử dụng các máy móc thiết bị của dây chuyền sản xuất ván dán thông thường để sản xuất ván LVL [17] Do đó, trong đề tài này chúng tôi tiến hành nghiên cứu khả năng sử dụng gỗ Keo tai tượng để sản xuất ván LVL dạng Kertopuu Với sản phẩm ván LVL dạng tấm phẳng được thiết kế có khối lượng thể tích 0.65g/cm3, có chiều dày 30mm, chiều rộng và chiều dài tương ứng 1220 x 2440mm (trong thực nghiệm chúng tôi sử dụng kích thước 700 x 700mm để phù hợp với máy ép nhiệt) Mục đích sử dụng loại sản phẩm này dùng trong xây dựng như: khung các dạng, ván sàn, bậc cầu thang, dầm chịu lực có kích thước phù hợp với chiều dày

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ván LVL

2.1.2.1 Các yếu tố thuộc về nguyên liệu gỗ

* Loại gỗ: Đối với mỗi loại gỗ đều có đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lý,

cơ học và hoá học khác nhau [10] Do đó, nó đòi hỏi một công nghệ sản xuất phù hợp và sẽ tạo ra sản phẩm có các tính chất khác nhau Loại gỗ mềm sẽ thuận lợi cho quá trình gia công cắt gọt hơn gỗ cứng, đặc biệt trong quá trình bóc ván mỏng, để đảm bảo chất lượng các loại gỗ cứng nhất thiết phải được

xử lý hoá dẻo trước khi bóc Ngoài ra, loại gỗ mềm sẽ dễ sấy, khả năng thẩm thấu keo cao, và được nén ép nhiều hơn khi ép nhiệt cho nên chất lượng mối dán tốt hơn gỗ cứng với cùng một áp suất ép Tuy nhiên, gỗ mềm thường có cường độ thấp, do đó tạo ra sản phẩm có cường độ thấp hơn so với khi sử

dụng nguyên liệu là gỗ cứng hay gỗ có khối lượng thể tích cao hơn Chính vì vậy, khi sản xuất ván dán nói chung và ván LVL nói riêng người ta thường sử dụng các loại gỗ có khối lượng thể tích trung bình từ 0,45 - 0,55g/cm3 Gỗ Keo tai tượng cũng thuộc nhóm các loại gỗ có khối lượng thể tích trung bình cho nên có thể tạo ra được ván mỏng có chất lượng nếu được xử lý hoá dẻo hợp lý

* Chiều dày và các khuyết tật của ván mỏng: Chiều dày ván mỏng có

ảnh hưởng rất lớn đến các khuyết tật của ván Chiều dày ván mỏng càng lớn thì chiều sâu vết nứt, tần số vết nứt, sai số chiều dày ván càng lớn Những khuyết tật này càng lớn thì lượng keo dùng cho một đơn vị diện tích ván càng lớn, nếu lượng keo dùng ít, màng keo khó có thể mỏng đều liên tục, do đó chất lượng mối dán sẽ giảm xuống rõ rệt Đối với ván LVL chiều dày ván mỏng thường lớn (2,5 mm) cho nên khuyết tật của ván mỏng là khó tránh khỏi Để hạn chế khuyết tật của ván người ta thường sử dụng các giải pháp như xử lý hoá dẻo cho gỗ trước khi bóc, dùng thước nén trong quá trình bóc ván mỏng

* Độ ẩm ván mỏng: Độ ẩm của ván mỏng trước khi tráng keo là một

trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của ván Độ ẩm của ván mỏng quá lớn, khó có thể đưa được một lượng keo cần thiết lên bề mặt ván mỏng, đồng thời khi ép nhiệt sẽ tạo ra các túi khí làm cho khả năng nổ ván cao, cường độ dán dính thấp Nếu độ ẩm ván mỏng quá thấp lượng keo thấm vào ván nhiều làm cho lượng keo trên bề mặt giảm cũng dẫn đến cường độ liên kết của màng keo giảm Vì vậy, độ ẩm của ván sau khi sấy phải đảm bảo nằm trong khoảng 6-8% Đối với ván LVL có số lớp ván và chiều dày sản phẩm lớn Do đó, đòi hỏi độ ẩm của ván mỏng trước khi tráng keo phải nhỏ hơn 12%

2.1.2.2 Các yếu tố thuộc về chất kết dính

* Loại chất kết dính: Đối với ván dán nói chung và ván LVL nói riêng

có thể sử dụng các loại chất kết dính khác nhau Hiện nay thường sử dụng các loại chất kết dính có nguồn gốc từ nhựa nhiệt rắn để sản xuất ván LVL như: U-F, P-F, U-M-F Mỗi một loại chất kết dính sẽ tạo ra một loại ván có tính chất và công dụng khác nhau như: ván dùng trong đồ mộc, ván chịu nước, ván chống chịu thời tiết Trong các loại chất kết dính trên thì nhựa P-F được dùng phổ biến nhất trong công nghiệp sản xuất ván LVL, bởi đây là loại chất kết dính có cường độ dán dính lớn, khả năng chịu nước, chống chịu môi trường cao Mặc dù màu sắc không đẹp, song các đường chỉ keo có thể tạo thành các đường trang trí có tính thẩm mỹ (trừ trường hợp sử dụng phương pháp nhúng keo) Bản thân keo P-F không độc hại với con người và môi trường, nó chỉ độc hại khi trong thành phần có chứa các hợp chất dioxin tạo thành quá trình tổng hợp keo Tuy nhiên, điều này được hạn chế bởi công nghệ sản xuất hiện đại với các yêu cầu nghiêm ngặt về các thành phần độc hại có trong chất kết dính Keo P-F khi sử dụng trong sản xuất ván LVL sẽ cho ta cơ hội ép nhiệt ở nhiệt độ cao hơn so với keo U-F hay U-M-F Do đó, có thể rút ngắn được thời gian ép mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm Chính vì vậy, trong đề tài này tôi sử dụng chất kết dính P-F dạng lỏng do hãng hãng Giai Hân - Đài Loan cung cấp

* Lượng chất kết dính: là yếu tố ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng

ván LVL Lượng chất kết dính quá lớn hoặc quá nhỏ đều ảnh hưởng xấu đến tính chất của ván Lượng chất kết dính nhỏ làm cho màng keo bị nghèo, nếu chất lượng ván mỏng và độ ẩm ván mỏng thấp thì lượng keo có thực trên bề mặt liên kết là rất ít, thậm chí có những diện tích không có keo, cường độ dán dính của ván giảm xuống Nếu lượng keo tráng quá nhiều, sau khi keo đã được trải đều trên bề mặt và thấm vào trong ván mỏng lượng keo còn lại quá

nhiều, khi ép nhiệt keo sẽ tràn ra ngoài gây lãng phí keo, đồng thời màng keo càng dày khả năng đàn hồi càng kém và rất dễ bị rạn nứt làm cho chất lượng mối dán giảm Lượng keo tráng phải được tính toán lựa chọn trên cơ sở thông

số kỹ thuật và tính chất của keo, chất lượng bề mặt ván mỏng, độ ẩm ván mỏng và yêu cầu về chất lượng sản phẩm Căn cứ vào kết cấu sản phẩm, loại

gỗ, loại keo, thông số ván mỏng mà đề tài thực hiện, cũng như dựa trên các kết quả nghiên cứu đã có, tôi chọn lượng keo tráng là 200g/m2 bề mặt tráng keo

2.1.2.3 Các yếu tố thuộc về công nghệ

* Xử lý nhiệt

Trong quá trình bóc, ván mỏng bị kéo thành các tấm phẳng, thẳng nên trong gỗ xuất hiện nội ứng suất Mặt trong của các tấm ván mỏng (phía tiếp xúc với mắt trước của dao bóc) xuất hiện ứng suất kéo ngang thớ, ứng suất này tỷ lệ nghịch với đường kính của khúc gỗ và tỷ lệ thuận với chiều dày của ván mỏng Khi nội ứng suất này vượt quá giới hạn độ bền kéo ngang thớ của

gỗ sẽ làm xuất hiện các vết nứt và rách ván Khi gỗ càng cứng, độ bền kéo ngang thớ nhỏ, chiều dày ván mỏng lớn thì hiện tượng này xảy ra càng trầm trọng Người ta nhận thấy rằng ở nhiệt độ cao và độ ẩm thích hợp gỗ sẽ chuyển sang trạng thái biến dạng dẻo, khi đó giới hạn bền sẽ tăng và công cắt gọt sẽ giảm xuống Vì vậy, người ta tiến hành xử lý nhiệt cho gỗ trước khi bóc nhằm hạn chế khuyết tật và nâng cao chất lượng của ván mỏng

Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo, tính chất cơ học, vật lý, hoá học và các phân tích trên cơ sở các tiêu chuẩn phân hạng gỗ tròn làm nguyên liệu sản xuất ván bóc, chúng ta thấy rằng khi sử dụng gỗ Keo tai tượng làm nguyên liệu sản xuất ván dán nói chung và ván LVL nói riêng nhất thiết phải tiến hành xử lý hoá dẻo cho gỗ trước khi bóc Có 2 phương pháp hoá dẻo gỗ:

 Phương pháp hoá học: Là phương pháp hoá dẻo gỗ qua việc sử dụng hoá chất như: dung dịch NH4OH, hơi NH3, Urea, dung dịch bazơ NaOH, KOH

 Phương pháp vật lý: Là phương pháp hoá dẻo dựa trên cơ sở gia nhiệt: phương pháp gia nhiệt bằng nước nóng, bằng bức xạ nhiệt, bằng cao tần, bằng vi sóng

Phương pháp hoá học mặc dù có khả năng hoá dẻo cao hơn phương pháp vật lý song tốn hoá chất, gây ô nhiễm môi trường, đồng thời cũng ảnh hưởng không nhỏ đến cường độ và độ bền của ván Phương pháp vật lý (xử lý nhiệt)

là phương pháp được sử dụng rộng rãi từ trước đến nay, nó bao gồm hai phương pháp phổ biến nhất là: phương pháp trực tiếp (luộc gỗ - gỗ được ngập chìm trong nước nóng) và phương pháp gián tiếp (hấp gỗ - gỗ được làm nóng bằng hơi nước bão hoà) Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng nhà máy mà người ta lựa chọn phương pháp xử lý nhiệt tối ưu nhất

Với phương pháp gián tiếp gỗ được dẻo hoá đồng đều hơn, quá trình xử

lý tiến hành tương đối mềm dẻo hạn chế được biến màu, khuyết tật sinh ra ở giai đoạn đầu của quá trình xử lý như: Nứt đầu, nứt ngầm, nứt bề mặt Tuy nhiên, thời gian tương đối dài, tiêu hao năng lượng lớn, thiết bị phức tạp, không loại bỏ được các chất chiết xuất ảnh hưởng xấu đến quá trình dán dính Phương pháp trực tiếp dùng nước nóng có nhiệt độ nhỏ hơn 1000C để làm nóng và hoá dẻo gỗ Phương pháp này mặc dù làm cho gỗ bị biến màu, làm tăng độ ẩm của gỗ và gây ô nhiễm môi trường nước, song có thời gian xử

lý tương đối ngắn, năng suất cao, tiết kiệm năng lượng, thiết bị đơn giản, loại

bỏ được phần lớn các chất chiết xuất tan trong nước nóng, thuận lợi cho quá trình dán dính Vì vậy, trong đề tài phương pháp này được chọn để xử lý nhiệt cho gỗ trước khi bóc

Trong xử lý hoá dẻo (bằng phương pháp xử lý nhiệt) có 3 yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng xử lý là: nhiệt độ môi trường xử lý, tốc độ tăng nhiệt, thời gian xử lý

 Nhiệt độ của môi trường xử lý ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng ván mỏng Nếu nhiệt độ quá thấp sẽ không đạt được nhiệt độ hoá dẻo gỗ và làm cho việc xử lý nhiệt không hiệu quả Nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm chất lượng ván mỏng giảm xuống Theo các kết quả nghiên cứu và thực tế sản xuất cho thấy nhiệt độ của môi trường xử lý tốt nhất trong khoảng 50-900C tùy thuộc vào chế độ xử lý; nhiệt độ khúc gỗ bóc đạt 40-500C với độ ẩm duy trì lớn hơn 40% sẽ cho ta chất lượng ván mỏng khi bóc là tốt nhất

 Thời gian xử lý: Thông số quan trọng của xử lý nhiệt là xác định thời gian xử lý Thời gian xử lý phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Loại gỗ, đường kính khúc gỗ, nhiệt độ môi trường xử lý, độ ẩm gỗ, mùa chặt hạ Theo GS-TSV.A Kilicov, thời gian xử lý được xác định bằng phương pháp dẫn nhiệt áp dụng cho vật thể hình trụ tròn trong môi trường nước nóng:

)

1 ( 2

2

x

T x x

T a d

Trong đó: T - nhiệt độ của gỗ tại toạ độ x, 0C

- thời gian xử lý, giờ

a - hệ số quán tính nhiệt của gỗ, m2/s

x - toạ độ tại điểm cần xét

Trong tổ chức vách tế bào gỗ có hai vùng rõ rệt là vùng định hình - vùng kết tinh (do cellulose và hemicellulose tạo thành) và vùng vô định hình - vùng không kết tinh (do lignin tạo thành) Mục đích hoá dẻo là làm cho vùng vô định hình biến đổi trạng thái (dẻo hoá), sợi gỗ có tính dẻo dai cao song thành phần lignin trở nên lỏng lẻo làm cho gỗ dễ cắt gọt mà vẫn đảm bảo được cường độ của nó sau khi bóc Vùng định hình rất bền vững, nếu vùng này bị

tác động mạnh gỗ sẽ mềm hoá, sợi gỗ dễ bị đứt Do đó, việc xác định thời gian xử lý là hết sức phức tạp, bởi rất khó có thể biết được khi nào thì gỗ được hoá dẻo Để đánh giá trực tiếp gỗ đã được hoá dẻo hay chưa cần phải có thiết bị kiểm tra đo đếm và hiển thị trạng thái của vật liệu

 Tốc độ tăng nhiệt: khi tăng nhiệt độ môi trường quá nhanh sẽ làm cho chênh lệch nhiệt độ giữa gỗ và môi trường lớn, dẫn tới gỗ dễ bị nứt đầu – làm ảnh hưởng xấu tới chất lượng ván mỏng Nếu tăng nhiệt độ môi trường chậm, mặc dù chất lượng xử lý tốt hơn song mất nhiều thời gian và hiệu quả kinh tế thấp Theo các kết quả nghiên cứu về tốc độ tăng nhiệt cho các loài gỗ lá rộng thì tốc độ tăng nhiệt phù hợp đối với từng loại gỗ như sau:

Gỗ dễ nứt gia nhiệt với tốc độ 2 – 40C/h;

Gỗ trung bình tốc độ tăng nhiệt 5 – 60C/h;

Gỗ khó nứt tốc độ tăng nhiệt 7 – 80C/h

Keo tai tượng thuộc loại cây mọc nhanh rừng trồng nên có ứng suất sinh trưởng lớn, do đó gỗ dễ bị nứt đầu Vì vậy, cần có tốc độ tăng nhiệt chậm đến trung bình (4-60C/h)

Mặc dù nghiên cứu chế độ xử lý hoá dẻo cho gỗ tròn trước khi bóc là một vấn đề cần thiết và có ý nghĩa, đây cũng là một lĩnh vực chưa được nghiên cứu triệt để ở Việt Nam Song để có thể đánh giá một cách chính xác thông qua đo đếm trực tiếp trạng thái dẻo hoá của gỗ còn rất hạn chế Do thiếu trang thiết bị và phương tiện cần thiết, nên chúng tôi không đi sâu vào nghiên cứu vấn đề này, mà chỉ đánh giá, lựa chọn chế độ xử lý nhiệt một cách gián tiếp qua chất lượng ván mỏng Việc nghiên cứu chế độ xử lý nhiệt đã được thực hiện trong công trình nghiên cứu trước, kết quả nghiên cứu sẽ được

áp dụng cho đề tài này

* Bóc ván mỏng

Bóc gỗ là dạng cắt gọt chuyên dùng, phôi là khúc gỗ tròn, chuyển động quay tròn tại chỗ quanh tâm của nó, tạo ra tốc độ cắt Dao bóc chuyển động tịnh tiến theo hướng vuông góc với trục tâm quay của phôi trong mặt phẳng nằm ngang Phoi là thành phẩm được tạo ra liên tiếp Tổng chiều dài phoi bằng chiều dài của quĩ đạo của dao trên phôi, chiều rộng phoi bằng chiều dài khúc gỗ

Chất lượng ván bóc phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như : Vận tốc cắt (V), vận tốc chuyển động của dao (U), vị trí đặt dao (h), góc mài dao (), góc sau (), mức độ nén (), loại gỗ, đường kính gỗ, tính chất của gỗ khi bóc, Nhìn chung trong bóc gỗ, góc mài của dao bóc  thường từ 18-220, góc sau  = 0,5-30, vị trí đặt dao và tốc độ cắt gọt phụ thuộc vào loại gỗ, đường kính gỗ cũng như chiều dày ván mỏng ([10], tr 85-98) Trong quá trình bóc gỗ, để hạn chế ván mỏng bị nứt và rách, phoi phải được tạo ra ở trạng thái biến dạng dẻo, tức là: k.ng<[k.gỗ], ng<[gỗ], u.ng<[u.gỗ], [10]

Ngoài việc xử lý nhiệt cho gỗ, người ta phải tạo ra một số thành phần lực

có tác dụng triệt tiêu hoặc giảm tác dụng của ngoại lực sinh ra trong quá trình cắt gọt, làm cho các ứng suất sinh ra trong quá trình cắt gọt nhỏ hơn giới hạn ứng suất phá huỷ của gỗ, để thực hiện điều này người ta tiến hành nén gỗ trong quá trình bóc Khi nén ván, nếu lực nén tăng sẽ làm giảm chiều sâu vết nứt nhưng sẽ làm tăng tần số vết nứt Thực tế cho thấy mức độ nén tối ưu là:

 = 7.t + (9-14) , %; (2.2) Đối với ván mỏng dùng để sản xuất LVL có chiều dày lớn, cho nên nhất thiết phải tiến hành nén ván trong quá trình bóc, nhằm nâng cao chất lượng ván mỏng cũng như chất lượng ván LVL

* Sấy ván mỏng

Mục đích sấy ván mỏng là làm giảm độ ẩm của ván mỏng đến độ ẩm theo yêu cầu công nghệ Quá trình sấy phải đảm bảo đạt độ ẩm yêu cầu, đồng đều về độ ẩm giữa các tấm ván mỏng và trên các vị trí khác nhau trên cùng một tấm ván mỏng, hạn chế hiện tượng ván cong vênh, vặn xoắn, rách và nứt ván Thời gian sấy phải phù hợp với năng suất của máy ép nhiệt

Sấy ván mỏng thường sử dụng chế độ sấy cứng: nhiệt độ môi trường sấy cao, lượng thoát ẩm trên một đơn vị diện tích ván mỏng trong một đơn vị thời gian lớn Quá trình sấy ván mỏng gồm 2 giai đoạn: Giai đoạn sấy đẳng tốc và giai đoạn sấy vận tốc giảm dần [10]

Thông thường đối với sấy ván mỏng có chiều dày từ 0,83,5mm người ta

sử dụng kiểu sấy con lăn không khí tuần hoàn dọc hoặc tuần hoàn ngang Ở đây chiều dày ván mỏng là 3mm, cho nên tốt nhất dùng lò sấy con lăn tuần hoàn ngang để hạn chế hiện tượng nứt đầu và rách ván

Một trong những thông số quan trọng của chế độ sấy cần xác định là thời gian sấy Thời gian sấy có thể xác định theo công thức thực nghiệm sau:



c W K s

V d

K  hệ số giai đoạn sấy 2, 1/phút;

K hệ số kể đến sự ảnh hưởng của loại gỗ, nằm trong khoảng 1,05-1,3

Với lò sấy con lăn tuần hoàn ngang:

a t

V T

s

3,1.150

4,0.55,1

 (%/phút) (2.4);

3,0.75,1

t

V T

K  (1/phút) (2.5) Trong đó: a  hệ số kể đến sự ảnh hưởng của môi trường sấy;

T  nhiệt độ trung bình môi trường sấy, 0C;

V  vận tốc tuần hoàn không khí trong môi trường sấy, thường là 2-4m/s;

t  chiều dày ván mỏng cần sấy

* Các phương pháp ép nhiệt

Trong sản xuất ván LVL có rất nhiều phương pháp ép khác nhau, mỗi phương pháp sẽ có các thông số công nghệ khác nhau và từ đó tạo ra các sản phẩm có các đặc tính khác nhau Theo quá trình sản xuất có thể phân loại thành phương pháp ép liên tục và phương pháp ép gián đoạn Theo hình dạng sản phẩm có thể chia thành phương pháp ép phẳng và ép định hình Trên cơ

sở nguồn cung cấp nhiệt để màng keo đóng rắn có 3 phương pháp chính được

sử dụng là: Phương pháp ép một công đoạn, phương pháp ép nhiều công đoạn, ép cao tần

+ Phương pháp ép một công đoạn (Single step hot-pressing)

Phương pháp này có nguyên tắc dán ép giống như đối với ván dán thông thường Tất cả các lớp ván mỏng sau khi tráng keo, xếp ván theo đúng kết cấu

và ép sơ bộ sẽ được đưa vào ép nhiệt Chỉ sau một lần ép nhiệt sẽ tạo ra sản phẩm theo thiết kế Phương pháp này đòi hỏi thời gian ép dài, nhiệt độ ép thấp, độ ẩm ván mỏng sau khi sấy phải thấp ( 6%), khả năng xảy ra nổ ván hoặc ván phồng rộp là rất cao, ngoài ra cường độ dán dính của màng keo trong cùng và ngoài cùng có sự chênh lệch đáng kể

+ Phương pháp ép nhiều công đoạn (Step by step hot-pressing)

Phương pháp này phải thực hiện nhiều lần ép nhiệt để tạo ra một sản phẩm Gọi số lớp ván là n thì số lần ép là N= (n1)/2 với n là số lẻ, và N= n/2

với n là số chẵn Chẳng hạn ván LVL có 11 lớp cần phải ép 5 lần, sau khi tráng keo người ta đưa 3 lớp trong cùng vào ép dưới áp suất, nhiệt độ trong một thời gian nhất định, sau khi keo đóng rắn gần như hoàn toàn tiến hành mở bàn ép đưa ván ra và xếp 2 lớp kế tiếp vào hai bên rồi tiếp tục ép Cứ như thế

ép cho đến lớp ván cuối cùng Ngoại trừ 3 lớp đầu tiên cần thời gian ép dài, các lớp tiếp theo có thời gian ép rất ngắn do tận dụng được lượng nhiệt dư của tấm trước đó Phương pháp này có thời gian rất ngắn, khả năng nổ ván thấp, yêu cầu về độ ẩm ván mỏng sau khi sấy không quá khắt khe Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thao tác phức tạp, tốn nhiều nhân công, đặc biệt rất khó áp dụng phương pháp này khi sử dụng máy ép nhiều tầng

+ Phương pháp ép cao tần (High frequency pressing)

Phương pháp này sử dụng điện trường có tần số cao (tần số f = 4MHz), hiệu điện thế V= 375v, công suất dòng điện P= 8kw) để đóng rắn màng keo, thường dùng đối với keo nhiệt rắn Thời gian ép ván khi sử dụng phương pháp ép nhiệt cao tần cũng rất ngắn 30 giây đến 3 phút, với áp suất ép từ 12,4MPa Tuy nhiên, đòi hỏi cần có thiết bị ép chuyên dùng Đây cũng là một phương pháp ép phổ biến trên thế giới, song trong điều kiện Việt Nam việc áp dụng phương pháp này còn rất hạn chế

Việc nghiên cứu sử dụng gỗ Keo tai tượng để sản xuất ván LVL với chất

kết dính là keo P-F bằng phương pháp nhiều công đoạn (Step by step) đã được

chúng tôi thực hiện và cho thấy rằng: phương pháp này mặc dù có nhiều ưu điểm như thời gian ép ngắn, không đòi hỏi độ ẩm ván mỏng sau khi sấy quá thấp (68%) song phương pháp này khó áp dụng vào thực tế sản xuất khi phần lớn các dây chuyền sản xuất ván dán hiện nay đều sử dụng máy ép nhiều tầng Vì vậy, trong đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp ép nhiệt một

công đoạn (Single step) để tiến hành nghiên cứu sản xuất thử ván LVL

* Các thông số chế độ ép nhiệt