Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ sản xuất ván dăm từ vỏ xe phế liệu và dăm gỗ cao su sử dụng làm ván cốt pha

Với suy nghĩ đó, chúng tôi đề xuất đề tài: “Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo ván từ vỏ bánh xe máy phế liệu và dăm gỗ Cao su sử dụng làm ván Copha xây dựng”... Ván dăm bã mía Trun

LÊ CÔNG HUẤN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ VỎ XE PHẾ LIỆU VÀ DĂM GỖ CAO SU SỬ

DỤNG LÀM VÁN CỐT PHA

KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ GỖ, GIẤY

60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS LÊ XUÂN PHƯƠNG

Hà Nội - 2012

ĐẶT VẤN ĐỀ

Rác thải, chất thải từ công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt… ngày càng chất chồng Dù có bao nhiêu bãi rác đi nữa thì đến lúc nào đó không thể chứa nổi, cùng với nó là sự ô nhiễm môi trường sống, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người Với sự vượt tải về rác như hiện nay, thì các loại rác khó phân hủy cần phải có một hướng giải quyết mới để hạn chế mức thấp nhất xuất hiện và tồn tại của nó trong môi trường Vỏ xe phế liệu là một loại rác khó phân hủy

Mỗi năm trung bình khoảng 1 tỷ vỏ xe các loại thải ra trên toàn thế giới Đây thực sự là thách thức lớn cho môi trường sống của con người Hầu hết chất thải từ cao su rất khó phân hủy, phải mất hàng trăm năm nó mới có khả năng phân hủy vào đất Và trong quá trình phân hủy nó cũng làm ô nhiễm đất

Dù không mong muốn, nhưng lượng vỏ xe phế thải vẫn tăng lên một cách đáng kể theo thời gian Vì hiện nay và trong một tương lai xa sự đi lại của con người vẫn là các loại xe Cuộc sống càng hiện đại thì nhu cầu cho sự di chuyển ngày càng tăng thì vỏ xe bị vứt đi ngày càng nhiều

Với tình hình vỏ xe phế thải như vậy, không thể không tìm cách tái chế

vỏ xe Có nhiều cách khác nhau để tái chế vỏ xe phế liệu nhằm mang lại lợi ích về kinh tế, đồng thời ngăn ngừa sự thải bỏ những vỏ xe phế liệu ra môi trường Những phương pháp tái chế vỏ xe hiện nay hầu hết công nghệ phức tạp và đầu tư ban đầu lớn để tách lấy cao su tự nhiên, dầu DO và những phụ phẩm khác Nhưng vỏ xe phế liệu còn có những tính chất đặc biệt như độ bền cao, chịu nước tốt… Nếu tận dụng những ưu điểm sẵn nói trên của vỏ xe, sử dụng công nghệ hiện có, với mức đầu tư ban đầu thấp để tạo ra nhữngvật liệu

có tính mới, đáp ứng nhu cầu của nhiều ngành kinh tế xã hội là một hướng cần được nghiên cứu cần được tiến hành Với suy nghĩ đó, chúng tôi đề xuất

đề tài: “Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo ván từ vỏ bánh xe máy phế liệu và dăm gỗ Cao su sử dụng làm ván Copha xây dựng”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ VÁN DĂM

1.1.1 Lịch sử phát triển công nghiệp ván dăm

Ván dăm được tạo ra từ ý tưởng tận dụng phế liệu mạt cưa, gỗ vụn trong cưa xẻ gỗ, trộn với keo để tạo ra tấm ván lớn đã được hình thành vào khoảng cuối thế kỷ XIX Đến đầu thế kỷ XX, các nhà khoa học Anh, Đức đã

đề xuất công nghệ sản xuất ván dăm và tạo ra được sản phẩm dạng tấm với lớp lõi là gỗ vụn, mạt cưa, lớp ngoài là ván bóc Tuy nhiên, sản phẩm này lúc đầu không được chú ý lắm Và phải đến gần giữa thế kỷ XX mới được giới nghiên cứu quan tâm trở lại Khoảng năm 1935 – Sansonow nghiên cứu ván dăm có kích thước dăm dài xếp lớp như ván dán, là cơ sở ban đầu cho ván dăm định hướng sau này Năm 1936 – E.C Loetscher đã tiến hành nghiên cứu các thông số sản xuất ván dăm và hệ thống thiết bị đồng bộ Năm 1936 –

37 xưởng ván dăm đầu tiên trên thế giới mới được xây dựng tại Đức, có tên là Torfit Nguyên liệu sản xuất là mùn cưa gỗ vụn và keo phenol Năm 1938 Tiệp Khắc xây dựng xưởng ván dăm Dias Năm 1941 Thụy Ñiển, Pháp… cũng phát triển loại hình sản phẩm này Năm 1942 – Công ty Farley – Loetscher xây dựng nhà máy ván dăm đầu tiên ở Mỹ Sản phẩm của công ty này có tên Loctex (ván không phủ mặt) Và Faloctex (ván có phủ mặt) Khối lượng thể tích của ván từ 0,7 – 1,8 g/cm3

Nhưng ngành công nghiệp ván dăm trên thế giới chỉ thực sự phát triển sau khi chiến tranh thế giới thứ 2 kết thúc Trong vòng 5 năm, từ 1952 đến

1957 sản lượng ván dăm trên thế giới tăng hơn 10 lần Và phát triển liên tục

từ đó đến nay

Tại Liên Xô, sản phẩm ván dăm phát triển chậm Mãi đến năm 1955 – một xưởng sản xuất ván dăm nhỏ lần đầu tiên được đưa vào hoạt động tại nhà

máy gỗ dán xây dựng UFA Sản phẩm ván dăm có khối lượng thể tích thấp (400 kg/m3), không đáp ứng các yêu cầu về độ bền Sản xuất công nghiệp ván dăm của Nga chỉ thực sự bắt đầu vào năm 1957 khi hai dây chuyền ép ván kiểu liên tục BARTREV đặt mua của Anh bắt đầu hoạt động Từ năm 1959 đến 1990, có 40 dây chuyền công suất 25.000 m3/năm, thiết bị nội địa đã được chế tạo Nhưng mãi đến năm 1965, dây chuyền đầu tiên ở Подрезково (quận Химкински) Москвa, mới đạt công suất thiết kế Sau thời gian đó, công nghiệp ván dăm tại Nga được tổ chức sản xuất trên 51 dây chuyền Tuy nhiên, do kỹ thuật lỗi thời, thiết bị dư thừa cũng như tình hình kinh tế Nga làm cho một vài nhà máy sản xuất không hiệu quả, nên mức sản xuất ván dăm giảm nhiều và chỉ đạt 2 triệu m3 năm 1998

Nhưng hiện nay sản xuất ván dăm ở Nga đã khác do kỹ thuật mới được áp dụng Năm 2003: có 38 dây chuyền với công suất thiết kế: 3.868.000 m3, công suất thực tế: 3.176.000 m3 Năm 2004: 38 dây chuyềnvới công suất thiết kế: 4.011.000 m3, công suất thực tế: 3.626.000 m3; Năm 2005: lắp đặt 39 dây chuyền, công suất thiết kế: 4.098.000 m3, công suất thực tế: 3930.000 m3 Năm 2006: lắp 44 dây chuyền, công suất thiết kế: 5.275.000 m3, công suất thực tế: 4.717.000 m3 Năm 2007: 45 dây chuyền, công suất thiết kế: 6.209.000 m3; công suất thực tế: 5.170.000 m3 (Tóm tắt theo Wood- Based

and Their Future – A.LEONOVICH & A.VOROPAEV)

Năm 2007 nước Nga đã sản xuất 7,2 triệu m3 gỗ ván nhân tạo, không

kể gỗ dán Riêng ván dăm sản lượng lên tới 5.170.000 m3, trong khi công suất thiết kế là 6.209.000 m3 Sở dĩ như vậy vì ván dăm là loại ván nhân tạo hàng đầu ở Nga Trong khi trên thế giới sản phẩm ván nhân tạo lại chủ yếu tập trung vào loại ván OSB và MDF

1.1.2 Sản xuất ván dăm ở Việt Nam

Ván dăm xuất hiện ở Việt Nam vào những năm đầu thập kỷ 70 của thế

kỷ trước, nhưng không phát triển Năm 1972 một dây chuyền sản xuất ván dăm có công suất 1000m3/năm của Cộng Hòa Dân Chủ Đức viện trợ được lắp đặt tại Quảng Ninh Năm 1974 dây chuyền ván dăm do Thụy Điển viện trợ cũng có công suất 1000m3/năm lắp đặt tại Việt Trì Cả hai dây chuyền này đều có chung một đặc điểm là không đưa được sản phẩm ra thị trường Cũng vào thời điểm này, ở Miền Nam, tại Tân Mai, Biên Hòa một dây chuyền sản xuất ván dăm theo phương pháp ép đẩy đã lắp đặt nhưng chưa đưa vào hoạt động Trên thực tế, đến những năm 80 của thế kỷ 20 ngành sản xuất ván dăm của Việt Nam vẫn ở mức không Chỉ từ những năm 1990, ván dăm ở Việt Nam mới được chú ý sản xuất và liên tục phát triển cho đến nay Năm 1994, Nhà máy đường Hiệp Hòa – Long An lắp đặt phân xưởng sản xuất ván dăm với máy và thiết bị nhập toàn bộ từ Trung quốc Năm 1995 tổ chức sản xuất sản phẩm ván dăm từ phế liệu bã mía, sản lượng 5000m3, và đến năm 1998 sản lượng được nâng lên 8500 m3/năm sử dụng thêm nguyên liệu gỗ điều và bạch đàn Đến năm 2005 nhà máy đường La Ngà – Đồng Nai, tổ chức lắp đặt dây chuyền máy thiết bị sản xuất ván dăm từ bã mía nhập đồng bộ từ Trung Quốc có công suất 5000 m3/năm và tiến hành sản xuất vào năm 2007 Cũng năm 2007, Tổng Công Ty Lâm Nghiệp Việt Nam đưa dây chuyền ván dăm

gỗ nhập từ Trung Quốc, lắp đặt tại Phú Xá, Thành Phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên đi vào sản xuất Những nhà máy nêu trên đều hoạt động có hiệu quả, chất lượng sản phẩm có sức cạnh tranh trên thị trường Ngoài ra các công

ty ở nhiều địa phương trong cả nước cũng lắp đặt các dây chuyền sản xuất ván dăm với quy mô nhỏ từ 1000 – 3500 m3/ năm như: công ty Chế Biến Lâm Sản Đắc Lắc, công ty Chế Biến Gỗ Hòa Bình (Kon Tum), nhà máy ván dăm Hương Quỳnh (Bình Dương), công ty Hiệp Nguyên (Bình Dương), công ty

Lâm Nghiệp U Minh Thượng (Cà Mau), công ty ván dăm Tân Phú (Đồng Nai), công ty Chỉ Xơ Dừa 25/8 (Bến Tre)… đưa tổng sản lượng ván dăm Việt Nam tử 20.000 m3 năm 1995 tăng lên 200.000 m3 năm 2010

1.1.3 Sản lượng và nhu cầu sử dụng ván dăm trên thế giới (dự báo của

BIS Shrapnel)

Sản lượng ván dăm toàn thế giới dự báo tăng từ 69,9 triệu m3 trong năm

2009 lên 84,1 triệu m3 vào năm 2013 Năm 2009 sản lượng ván dăm sản xuất tại các khu vực trên thế giới như sau: Châu Âu 62%; Bắc Á 14%; Bắc Mỹ 9%; Nam Á 8%; Nam Mỹ 6%; Úc 1%

Sản lượng ván dăm của Châu Âu được dự báo giảm nhẹ vào năm 2013 còn khoảng 60% sản lượng ván dăm thế giới Trong khi đó dự báo tại khu vực Bắc Mỹ và Nam Á sản lượng ván dăm tăng nhẹ khoảng 9%, còn Nam Mỹ là 7% Sản lượng ván dăm tại Bắc Á và Úc được dự báo là không thay đổi vào năm 2013

Do cuộc khủng hoảng tài chính năm 2009, lượng tiêu thụ ván dăm giảm 5%; nhưng tăng nhẹ 3% vào năm 2010; dự báo lượng tiêu thụ tăng 8% năm 2011 và giảm nhẹ xuống còn 5% vào năm 2013 Mức tiêu thụ trung bình mỗi năm sẽ tăng trưởng 6% trong giai đoạn 2010 – 2013

Hình 1.1 Sản lượng ván dăm trên toàn thế giới năm 2009

1.1.4 Nguyên liệu sản xuất ván dăm

Nguyên liệu sản xuất ván dăm truyền thống và chủ yếu là gỗ Nhưng nhu cầu sử dụng gỗ ngày càng tăng trong khi khả năng cung cấp gỗ từ rừng ngày càng hạn chế nên từ những năm đầu thế kỷ XX các nhà khoa học đã thực hiện những nghiên cứu sử dụng thực vật ngoài gỗ để sản xuất ván nhân tạo.Tổng khối lượng thực vật ngoài gỗ và phế liệu nông nghiệp được sử dụng

để sản xuất ván nhân tạo và giấy trên thế giới năm 2006 khoảng hơn 2281,4 triệu tấn Trong đó chủ yếu là nguyên liệu sản xuất giấy và ván sợi Công nghệ sử dụng nguyên liệu từ thực vật có sợi và phế liệu nông nghiệp để sản xuất ván nhân tạo được nhiều nước nghiên cứu, triển khai ứng dụng Một số loại ván dăm sản xuất từ các nguyên liệu thực vật khác nhau của các nước như sau:

Ván dăm bã mía ( Trung Quốc, Brazil, Malaysia, Thái Lan ): Công nghệ sản xuất ván dăm bã mía của các nước hầu hết đều giống nhau, nhưng so với công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ có một số công đoạn khác biệt: Ván dăm bã mía sử dụng bã mía không cần công đoạn cắt ngắn và xử lý nguyên liệu thô Nhưng lại thêm công đoạn khử tủy và ủ cho đường còn trong bã mía

tự phân hủy Thông thường sau giai đoạn ủ, bã mía biến màu hơi sẫm, nhưng

sự biến màu này làm cho ván dăm có ngoại quan đẹp hơn Sau khi ủ bã từ 1 –

3 tháng chất lượng sợi trong bã mía có giảm, nhưng lượng đường dư không còn nên thuận lợi cho quá trình ép ván

Ván vỏ lạc (Trung Quốc, Bắc Mỹ, Nhật ): Vỏ lạc được nghiền trên các máy nghiền dăm gỗ với kích thước lưới thoát dăm được điều chỉnh thích hợp với kích thước dăm cần sử dụng Một phần vỏ lạc được tách các sợi thô và xe lại thành sợi dài, đan lưới để tạo lớp lõi sản xuất vật liệu composit Trong trường hợp sản xuất ván dăm thông dụng, công nghệ tiến hành giống như sản xuất ván dăm gỗ nhưng khi nghiền dăm cần sử dụng lưới thoát dăm hình chữ nhật để tạo dăm có chiều dài và không cần máy băm dăm

Ván dăm từ trấu: Được các nước Hàn Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc nghiên cứu, nhưng chưa thấy sản phẩm xuất hiện trên thị trường Việt Nam

Nhìn chung, công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ thực vật có sợi và phế liệu nông nghiệp dựa trên cơ sở công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu gỗ Nhưng xử lý kỹ thuật ở từng công đoạn và thông số công nghệ tạo ván đối với mỗi loại nguyên liệu cụ thể đều có sự khác biệt Ở các nước có công nghệ ván nhân tạo phát triển như Liên Xô, Mỹ, Nhật, Đức, Pháp, Hàn Quốc, Trung Quốc… đều đã có nghiên cứu hoàn chỉnh công nghệ sản xuất đối với sản phẩm sản xuất từ mỗi loại nguyên liệu cụ thể Đối với những nguyên liệu dạng sợi mềm, máy và thiết bị phải có cấu tạo và đặc tính kỹ

thuật phù hợp Khi phối hợp những nguyên liệu có đặc tính công nghệ không giống nhau cần có sự nghiên cứu đầy đủ các yếu tố công nghệ, cũng như máy

và thiết bị đáp ứng những yêu cầu xử lý kỹ thuật và công nghệ tạo sản phẩm

từ nhóm nguyên liệu cụ thể

Ở Việt Nam nghiên cứu nguyên liệu ngoài gỗ và phế liệu nông nghiệp

để sản xuất ván dăm được nhiều người nghiên cứu Nghiên cứu sản xuất ván dăm từ cọng dừa nước (Nguyễn Trọng Nhân – 1993); Nghiên cứu một số yếu

tố công nghệ sản xuất ván dăm từ xơ dừa (Hoàng xuân Niên – 2003); Nghiên cứu khả năng tạo ván từ một số phế liệu nông nghiệp (Hoàng Xuân Niên – 2007); Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm phối trộn từ trấu và rơm rạ (Phạm Ngọc Nam – 2009), Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm từ trấu

và mụn chỉ xơ dừa (Lâm Trần Vũ – 2009) …Nhưng trên thực tế chỉ có ván dăm từ bã mía (công ty Đường Hiệp Hòa, công ty Đường La Ngà) và ván dăm

xơ dừa (công ty Chỉ Xơ Dừa 25/8 – Bến Tre) đưa ra sản phẩm thương mại tiêu thụ ngoài thị trường Nguyên nhân là ở chỗ những loài thực vật ngoài gỗ

và phế liệu nông nghiệp khác được nghiên cứu sử dụng làm nguyên liệu sản xuất ván dăm, hoặc không đủ trữ lượng để sản xuất ở mức quy mô công nghiệp, hoặc chưa nghiên cứu hòan thiện công nghệ, nên đều chưa thể sản xuất ván dăm thương phẩm Tuy nhiên những nghiên cứu đều cho thấy khả năng tạo được sản phẩm ván dăm của khá nhiều dạng nguyên liệu ngoài gỗ và phế liệu nông nghiệp có chất lượng đạt yêu cầu sử dụng Vì vậy nghiên cứu những nguyên liệu ngoài gỗ để bổ xung cho nguồn nguyên liệu sản xuất ván ván nhân tạo nói chung và sản phẩm ván dăm nói riêng luôn là hướng nghiên cứu cần được quan tâm

1.1.5 Lịch sử ngành công nghiệp tái chế cao su

Tuy nhiên, những ngày tái sử dụng cao su đơn giản rất ngắn Quá trình lưu hóa để tạo ra những sản phẩm cao su chịu được thời tiết, được áp dụng nhiều hiện nay đã làm khó khăn trong việc tái sử dụng lại cao su Vì sự lưu hóa nên cao su không thể nóng chảy được và rất khó trong việc tạo ra những sản phẩm có chất lượng, bởi bản chất của sự lưu hóa chính là sự tạo mạng liên kết ngang trong các phân tử của cao su, tạo thành một khối vững chắc Mơ ước một ngày nào đó các đống lốp xe thải chất cao như núi sẽ được đưa ra tái chế, tạo ra cao su ở trạng thái cao su tự nhiên, rất mềm và dính có thể trở thành hiện thực nhờ công nghệ mới của các nhà khoa học Mỹ… Trong sản xuất lốp xe, cao su tự nhiên phải được lưu hóa - trộn với lưu huỳnh - rồi luyện (theo công nghệ của Charles Goodyear 160 năm trước) nên cao su lưu hóa trở nên rất bền chắc

Vấn đề là làm thế nào mà tách được cao su tự nhiên từ lốp thải để tái sử dụng Ở đây các nhà khoa học chỉ mới đạt được thành công chút ít, mặc dù đã

áp dụng các phương pháp xử lý khác nhau như vi sóng, nhiệt phân, hạ thấp nhiệt độ hay dùng các dung môi Hàng năm, lượng lốp thải khổng lồ chôn tại các bãi thải đã gây ô nhiễm mạch nước ngầm, còn nếu như bị đốt cháy thì chúng lại gây ô nhiêm bầu không khí Vừa qua công ty mang tên nhà phát minh ra phương pháp lưu hóa cao su Goodyear đã đăng ký sáng chế về công nghệ khử lưu hóa cao su (mới ở phạm vi thí nghiệm) Các nhà khoa học đang

cố gắng tìm ra loại dung môi nhẹ có khả năng hòa tan các phân tử cao su mà vẫn giữ được mạch polyme nguyên vẹn Họ nhận thấy chất butanol - 2 siêu tới hạn (tại nhiệt độ 150 - 300oC và áp suất 1000- 1500 psi) đúng là loại dung môi thích hợp để chiết cao su tự nhiên từ sản phẩm đã qua lưu hóa Công nghệ mới có khả năng phá vỡ các liên kết ngang giữa C - S và S - S hình thành trong quá trình lưu hóa, tách riêng các phân tử cao su khỏi muội than (cacbon đen) dầu và lưu huỳnh trong thành phần lốp xe Theo giám đốc của Goodyear, cao su tái chế giống hệt như cao su tự nhiên về trọng lượng phân tử

và cấu trúc, vì thế có thể dùng để sản xuất ra sản phẩm mới Với công nghệ này tỷ lệ tái thu hồi đạt 80%, nếu triển khai ở quy mô lớn mà thành công thì giải pháp tái chế lốp thải sẽ trở nên hiện thực

Tái sử dụng lại cao su cũng được tiến hành hết sức mạnh mẽ vào đầu thế kỷ XX, vì lúc đó giá của cao su nguyên liệu (thiên nhiên và tổng hợp) trở nên đắt đỏ Năm 1910 giá của 28.35g (1 ounce) cao su tương đương với giá của 28.35 gam bạc Đó là lý do cho dự án phát triển tới 50% sự tái sử dụng lại cao su phế liệu thế kỷ XX

Nhưng vào năm 1960 thì tốc độ tái sử dụng giảm xuống còn 20%, lý do

là giá dầu mỏ rẻ và ngành công nghiệp sản xuất cao su tổng hợp phát triển mạnh mẽ làm giá thành của cao su giảm xuống Vào cuối những năm 1960, sự phát triển của những vỏ xe radial đã làm cho ngành công nghiệp tái sử dụng gặp nhiều khó khăn Năm 1995 chỉ có 2% cao su tái sinh được sử dụng cho

toàn ngành công nghiệp cao su Những lợi nhuận mang lại cho nền kinh tế trong thời gian ngắn nhưng đồng thời nó mang lại những rủi ro về lâu dài đối với cuộc sống của con người Một bằng chứng là ngày qua ngày có càng nhiều những vỏ xe phế thải bị vứt đầy trên mặt đất và những đống rác vỏ xe bất hợp pháp mọc lên nhiều nơi

Những cuộn khói màu đen mang đầy chất độc hại bốc lên bầu trời khi đốt những vỏ xe phế liệu hay đầy raãy những mầm bệnh quanh những đống rác này Như vậy tình trạng ô nhiễm môi trường sống và nguy cơ bệnh tật cho con người là không thể tránh khỏi Lượng vỏ xe phế liệu được tái sử dụng chỉ khoảng 10%, đốt 40%, còn chất đống và vương vãi trên mặt đất 50% Với lượng vỏ xe phế thải như hiện nay mà tỷ lệ tái sử dụng lại chỉ chiếm 10%, thì thực sự là một con số rất nhỏ so với lượng vỏ xe phải đem đi đốt hoặc vứt bỏ trên những bãi rác Chỉ riêng ở California mỗi năm thải ra 42 triệu lốp xe đã qua sử dụng Ban quản lý chất thải tổng hợp California (California Integrated Waste Management Board -CIWMB-) đang cố gắng làm giảm số lượng vỏ xe phế liệu này bằng việc gom các lốp xe đã thải ra và sử dụng chúng trong việc làm nên các con đường mới, chuyển đổi các sản phẩm phế thải này vào đường

bê tông nhựa cao su hóa Sáng kiến trị giá 325.000 USD sẽ sử dụng 21.000 lốp xe thải để lát 10,5 dặm đường thay vì để chúng nằm ngổn ngang trên mặt đất Đường bê tông nhựa cao su hóa có nhiều lợi thế hơn các đường nhựa thông thường, bao gồm cả việc sử dụng các vật liệu tái chế, êm hơn và bền bỉ hơn dưới các tác động làm rạn nứt và đổi màu Thêm vào đó, chúng tiết kiệm 50.000 USD / dặm đường Ngoài ra, vỏ xe phế thải còn được sử dụng để làm sân cỏ nhân tạo và một số công việc khác, nhưng nhìn chung số lượng không nhiều.Một hướng nghiên cứu khác là sử dụng vỏ xe phế liệu để sản xuất ra dầu đốt có chất lượng ngang với dầu FO, đó là những sản phẩm có ích cho xã

hội nhất là hiện nay khi giá nhiên liệu lên rất cao Tuy nhiên, đây vẫn là sản phẩm của tương lai

Vì vậy, việc tái sử dụng là vấn đề hiển nhiên và thực sự cần thiết đối với mỗi quốc gia, chỉ có tái sử dụng lại mới có thể giải quyết được vấn đề vỏ

xe phế thải như hiện nay Nhiều quốc gia đã ý thức được những tác hại có thể gây ra từ những vỏ xe bị vứt một cách bừa bãi Họ đã bắt đầu quan tâm đến việc tái sử dụng lại những vỏ xe một phần để giải quyết tình trạng quá tải phế liệu vỏ xe tại các bãi rác như hiện nay và một phần cũng do những lợi nhuận

mà nó có thể mang lại cho nhiều nhà đầu tư nên ngành công nghiệp này đang từng bước thu hút sự đầu tư Ngày càng nhiều sản phẩm đã được làm ra từ nguồn nguyên liệu là nguồn cao su tái sử dụng

Ở Việt Nam

Vỏ xe phế liệu được tái sử dụng vào vào những công việc khác nhau từ những năm 70 của thế kỷ trước, nhưng tái sử dụng vỏ xe tại Việt Nam chủ yếu là các sản phẩm thủ công phục vụ tiêu dùng hàng ngày và chủ yếu do các làng nghề tự phát thực hiện

Lốp phế thải sau khi được thu gom về sẽ được phân loại, các loại lốp xe xúc, xe ủi, xe tải, xe khách và cả lốp xe máy mòn vẹt chất đống trong sân nhà, trong vườn cây, trên bãi đất trống và hai bên đường Nếu vỏ xe còn sử dụng được sẽ để dành bán cho các xe tải công trường, còn không sử dụng được sẽ đem “xẻ thịt, làm dây su, làm bố chỉ bán cho các cơ sở sản xuất lốp xe Những mảnh lốp còn lại được xay nhỏ thành hạt bán sang Trung Quốc Ngoài ra, người dân còn tái chế thành những thùng cho thợ hồ đổ bê tông hay máng cho heo ăn Với cách làm này, chẳng có gì từ những phế phẩm này là thứ bỏ đi cả Tuy nhiên, người làm công việc tái chế vỏ xe phế thải rất nhọc nhằn: đi thu gom phải chịu cảnh nắng mưa, ăn ngủ vô định, còn khâu “xẻ thịt” vỏ xe lại vô cùng nặng nhọc, thân thể luôn đen nhẻm vì dính bụi cao su, chưa kể hít phải

thức bụi này thường xuyên dễ sinh ra các bệnh đường hơ hấp Tiền cơng tái chế

5 – 7 vỏ xe/ngày, khoảng 100 - 150 ngàn đồng Tước bố chỉ gia cơng, tiền cơng mỗi người khoảng 100 ngàn đồng/ngày Dưới đây là những hình ảnh lao động hàng ngày của làng tái chế vỏ xe và sản phẩm của họ:

Vỏ xe phế liệu

Tái chế vỏ xe phế liệu thủ công

Một số sản phẩm làm từ vỏ xe phế liệu

1.2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

1.2.1.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo ván từ vỏ xe phế liệu và dăm gỗ

sử dụng trong điều kiện máy thiết bị và công nghệ hiện có tại Việt Nam và

đóng góp những cơ sở khoa học cho việc sản xuất sản phẩm

1.2.1.2 Mục tiêu cụ thể

Tìm ra các thông số công nghệ (nhiệt độ ép, thời gian ép, lượng keo) hợp

lý, các giải pháp công nghệ tạo ván dăm từ hỗn hợp dăm vỏ xe phế liệu và dăm gỗ, sử dụng trong điều kiện ẩm của Việt Nam

1.2.2 Đối tượng nghiên cứu

Các thông số công nghệ tạo ván dăm từ hỗn hợp vỏ xe phế liệu, dăm gỗ

và keo PF (nhiệt độ ép, thời gian ép, tỷ lệ hỗn hợp dăm gỗ/vỏ xe phế liệu)

1.2.3 Nội dung nghiên cứu

- Xác định tính chất của dăm từ vỏ lốp xe phế liệu: gồm khối lượng thể tích và độ hút nước

- Đánh giá khả năng dán dính của vỏ xe phế liệu với nhau bằng keo PF

- Đánh giá khả năng dán dính vỏ xe phế liệu với gỗ cao su bằng keo PF

- Xác định tỷ lệ hỗn hợp dăm gỗ cao su-vỏ xe phế liệu hợp lý

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép, thời gian ép đến chất lượng ván dăm từ hỗn hợp vỏ xe phế liệu, dăm gỗ và keo PF

1.2.4.2.Thông số công nghệ

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến chất lượng ván dăm

từ hỗn hợp vỏ xe phế liệu, dăm cao su và keo PF

1.2.5.1 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 dăm, khi tạo ván dăm từ hỗn hợp vỏ xe

phế liệu, dăm cao su và keo PF 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…

1.2.5.2 Phương pháp kế thừa

- Kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ sản

xuất ván dăm thông dụng và ván dăm từ hỗn hợp vỏ xe phế liệu, dăm cao su

và keo PF

- Ngoài ra phương pháp này còn tìm hiểu và lựa chọn để kế thừa những

yếu tố công nghệ thích hợp phù hợp với mục đích nghiên cứu của đề tài nhằm

rút ngắn được thời gian và kinh phí nghiên cứu

1.2.5.3 Phương pháp thực nghiệm

Căn cứ vào nội dung luận văn, điều kiện tiến hành luận văn, chúng tôi

chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm theo lý thuyết quy hoạch thực

nghiệm Phương pháp thực nghiệm trong luận văn gồm: kế hoạch thực

nghiệm đơn yếu tố và kế hoạch thực nghiệm đa yếu tố

Trong kế hoạch thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố, các số liệu đo đếm

theo mô hình bố trí thí nghiệm sẽ được xử lý theo phương trình toán học bậc

nhất trước Khi xử lý số liệu, nếu các số liệu tính toán đảm bảo tính tương

thích của mô hình toán học thì mô hình toán bậc nhất được chấp nhận Nếu

không tương thích thì phải nâng bậc của mô hình toán lên bậc hai

Quá trình kiểm tra theo thống kê toán học nếu đảm bảo độ tin cậy của các yếu tố và tính tương thích của mô hình thì các phương trình tương quan sẽ

ở dạng bậc 2

 Kế hoạch thực nghiệm đơn yếu tố

Chúng tôi tiến hành các thí nghiệm theo kế hoạch thực nghiệm đơn yếu

tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố riêng lẻ: Thời gian ép, nhiệt độ

ép đến chất lượng ván dăm từ hỗn hợp vỏ xe phế liệu, dăm cao su và keo PF

Thực nghiệm đơn yếu tố được tiến hành theo các bước sau:

- Thực hiện thí nghiệm với thông số thay đổi với số mức không nhỏ hơn

4, khoảng thay đổi lớn hơn 2 lần sai số bình phương trung bình của phép đo giá trị thông số đó Số thí nghiệm lặp lại n = 3 (theo tính toán)

- Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởng của một số yếu tố đến chất lượng ván dăm từ hỗn hợp dăm phế liệu vỏ xe

- Đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong quá trình thí nghiệm, để chứng tỏ ảnh hưởng khác đối với thông số cần xét là không có hoặc không đáng kể

- Kiểm tra độ tương thích của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher

- Quan hệ giữ các hàm chỉ tiêu Y và các thông số ảnh hưởng xi:

Y = bo + bi xi + bii xi2 (1.1) Trong công thức: Y - các hàm chỉ tiêu (tỷ lệ co rút, tỷ lệ giãn nở ); xi- giá trị mã hóa của các biến số; bo – hệ số tự do; bi – các hệ số tuyến tính; bii : - các hệ số bậc hai

 Kế hoạch thực nghiệm đa yếu tố

Mục đích của kế hoạch đa yếu tố là nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt

độ ép, thời gian ép, đến các tính chất vật lý, cơ học của ván dăm từ hỗn hợp

vỏ xe phế liệu, dăm cao su và keo PF 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 của các yếu tố, chúng tơi lựa chọn các yếu tố nghiên cứu như sau:

- Nhiệt độ ép T (0C): mã hĩa (X1)

- Thời gian ép  (phút): ký hiệu (X2)

Các trị số của 2 thơng số này lựa chọn trên cơ sở các trị số đã được chọn trong các nghiên cứu về phế liệu nơng nghiệp, thực vật cĩ sợi như: cọng dừa nước, thân cây chuối, xơ dừa, bã mía, rơm rạ [8]; [9] Trong đĩ, nhiệt độ cĩ các trị số trong khoảng 1800C – 2000C Thời gian cĩ các trị số từ 60 giây đến

90 giây/1mm chiều dày Áp suất ép chọn theo khối lượng thể tích ván 0,7 g/cm3 – 0,85g/cm3 là 1.8 – 2,2MPa [20]

Các chỉ tiêu chất lượng đầu ra của ván dăm chọn trên cơ sở ván dăm cấp

3 loại A sử dụng ở điều kiện ẩm: độ bền uốn tĩnh u=Y114 Mpa, tỷ lệ trương nở chiều dày TN = Y3 14%.[TCVN 7754: 2007 trang 41 bảng 4]

Cĩ thể diễn tả mơ hình khối mơ hình nghiên cứu thực nghiệm tạo ván theo sơ đồ ở hình 1.2

Nhiệt độ ép (0C) Độ bền uốn tĩnh MPa

Thời gian ép(phút) Tỷ lệ trương nở chiều dày (%)

Hình 1.2 Sơ đồ mơ hình tốn học nghiên cứu chế độ cơng nghệ

Như đã chọn và từ kết quả nghiên cứu cho thấy mơ hình bài tốn tối ưu ở hình 1.2 thuộc dạng bậc hai

Quan hệ giữa hàm Y và các thơng số x1, x2…xn được mơ tả bằng phương trình hồi quy đa thức bậc hai [17, tr.46]:

Hộp đen

2 1

1

k i k i ij i

k i

b b

- Các thí nghiệm của luận văn tiến hành theo kế hoạch thực nghiệm các yếu tố rút gọn (TYR) [14], [17]

- Tổng số thí nghiệm: N= k(2m + 2m + 1) = 3(22 + 2.2 + 1) = 3.9 = 27 (1.3)

yt – phương sai do sự thay đổi của các thông số vào gây nên; S2

tn – phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra

Để kiểm nghiệm “giả định không” so sánh F với Fb, nếu F > Fb thì ảnh hưởng của các yếu tố là đáng tin cậy Fb - chuẩn Fisher tra bảng với mức ý nghĩa α = 0,05 và 2 bậc tự do (k-1), k(m-1)

+ Tính đồng nhất của phương sai đánh giá qua tiêu chuẩn Kohren [17]:



 N

u u S

S G

1 2

2 max (1.5)

S

1

2- tổng tất cả các ước lượng phương sai; N- số điểm thí nghiệm

Nếu giá trị G trong công thức (1.5) nhỏ hơn hoặc bằng Gb thì các phương sai được coi là đồng nhất Gb – giá trị Kohren tra trong bảng với xác suất ấn định α = 0,05 và 2 bậc tự do (m-1), k Nếu giá trị tính toán: G > Gb thì giả thuyết bị bác bỏ

 Phân tích đánh giá mô hình hồi quy bậc 2

Phần này, chúng tôi sử dụng chương trình phần mềm (OPT) trên máy vi tính của Viện Cơ Điện Nông Nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn để xử lý kết quả thực nghiệm bậc hai

(1) Kiểm tra độ tương thích của mô hình hồi quy

Độ tương thích của mô hình hồi quy kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher Giá trị tính toán của tiêu chuẩn Fisher là:

2 2

b

a tt

do nhiễu tạo ra

Bậc tự do ở đây bao gồm: ka = N – k*; kb = N(m-1); m - số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm

Nếu Ftt nhỏ hơn giá trị Fisher tra bảng với bậc tự do ka, kb với mức ý nghĩa α = 0,05 thì mô hình tương thích

(2) Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy

Mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy kiểm tra theo tiêu chuẩn Student Chuẩn Student của từng hệ số hồi quy tính theo cơng thức:

b

t  ;

bij

ij ij S

b

t  ;

bii

ii ii S

(3) Chuyển phương trình hồi quy sang dạng chính tắc

Để phương trình hồi quy ở dạng đơn giản hơn và phản ánh rõ tính chất hình học của nĩ, cần chuyển phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng chính tắc bằng cách rời gốc toạ độ O(x1 = 0, x2 = 0, …xk = 0) về điểm đặc biệt: S(xs

1, xs

2, …xs

k) Ở dạng chính tắc phương trình hồi quy sẽ là:

2 i k

B y

Trong cơng thức (1.8): ys - cực trị của hàm tối ưu; Xi – các thơng số đầu vào theo giá trị mới; Bii - hệ số của phương trình chính tắc; k - số thơng số

 Giải bài tốn tối ưu theo phương pháp trao đổi giá trị phụ

Haimes là người đề xướng phương pháp trao đổi giá trị phụ để giải bài tốn tối ưu đa mục tiêu

Theo Haimes, bài tốn tối ưu đa mục tiêu được chuyển về bài tốn một mục tiêu như sau:

Y1 -→ min

Với điều kiện: Yj(xi) < εj ; j ≠ 1; j = 1, 2, …, m

Hàm mục tiêu được biểu diễn theo phiếm hàm Lagrăngiơ dạng tổng:

F(x, λ) = Y1(x) + ∑ λji[Yj (x) - εj]; j ≠ 1 (1.9)

Trong công thức (1.9): λji: nhân tử Lagrăngiơ, có ý nghĩa như hàm trao đổi

1.2.5.4 Kiểm tra chất lượng dăm vỏ xe phế liệu và ván dăm hỗn hợp vỏ xe

và dăm gỗ cao su

a Kiểm tra kích thước dăm

Để kiểm tra kích thước dăm, chúng tôi dùng thước kẹp

b Khối lượng thể tích ván dăm

Hình 1.3 Vị trí kiểm tra chiều dày mẫu thử

Mẫu thử để trong điều kiện cho đến khi khối lượng không thay đổi Xác định chiều dày ván ở 4 điểm khoanh tròn (hình 1.3), chính xác đến 0,01mm Tính giá trị bình quân chiều dày ván ở 4 điểm, chính xác đến 0,01mm Chiều dày, chiều rộng mẫu thử đo ở điểm giữa cạnh mẫu, chính xác đến 0,01mm

Khối lượng thể tích mẫu thử được tính theo công thức sau, chính xác đến 0,01g/cm3:

V

m



Trong đó: γ - khối lượng thể tích mẫu thử (g/cm3)

m - khối lượng mẫu thử (g)

V - thể tích mẫu thử (cm3) Khối lượng thể tích của một tấm ván là trị số bình quân toán học của khối lượng thể tích toàn bộ mẫu thử trong cùng tấm ván đó, chính xác đến 0,01g Biểu thị chênh lệch % của khối lượng thể tích 1 tấm ván được tính theo công thức sau, chính xác đến 0,1%:

100x

Trong đó: Δγ - chênh lệch khối lượng thể tích (%)

γmax - khối lượng thể tích lớn nhất (g/cm3)

γmin - khối lượng thể tích nhỏ nhất (g/cm3)

 - khối lượng thể tích bình quân (g/cm3)

c Tỷ lệ trương nở theo chiều dày

Dụng cụ: Tủ bảo ôn, phạm vi điều khiển nhiệt độ 20 ± 20C Thước panme, độ chính xác 0,01mm

Phương pháp đo: mẫu đặt trong điều kiện chuẩn cho đến khi khối lượng không thay đổi Xác định chiều dày ở trung tâm của điểm đo, chính xác đến 0,01mm Mẫu được ngâm trong bình nước ở nhiệt độ 20 ± 20C, ngập trong nước khoảng 20mm Mặt dưới mẫu và đáy bình cách nhau một khoảng nhất định, giữa các mẫu có khe hở nhất định để đảm bảo mẫu trương nở tự do Sau

khi ngâm 2h ± 5 phút, lấy mẫu ra, lau nước bám trên bề mặt mẫu Đo chiều dày ở điểm đo, việc đo phải tiến hành trong 30 phút

Kết quả được xác định theo công thức sau:

100x

1

1 2

t

t t

d Độ bền uốn tĩnh của ván dăm

Độ bền uốn tĩnh, độ bền kéo vuông góc, tỷ lệ trương nở chiều dày, khối lượng thể tích của ván dăm kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 7750 - 7755: 2007[18] 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 1.4 Hình Sơ đồ kiểm tra độ bền uốn tĩnh

Phương pháp kiểm tra như sau:

Tải trọng

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 15 ± 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 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 đến 10N

Độ bền uốn tĩnh

t b

L P

xx2

xx3

 (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 thì tính giá trị bình quân toán học Tìm ra giá trị bình quân của các mẫu thử cường độ bề mặt của ván và công bố giá trị đó

Thước kẹp điện tử hiện số Cân điện tử

Các số liệu thí nghiệm đo đếm được xử lý theo chương trình xử lý số liệu Quy hoạch thực nghiệm (OPT) của viện Cơ điện nông nghiệp Việt nam

1.2.6 Ý nghĩa khoa học

1.2.6.1 Ý nghĩa khoa học

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

từ các nguồn phế liệu với các trang thiết bị và điều kiện sản xuất của Việt Nam Các vấn đề cốt yếu về lý thuyết tạo ván dăm đã được trình bày rõ như:

- Xác định các thông số công nghệ tạo ván từ hỗn hợp vỏ xe phế liệu, dăm gỗ cao su và keo PF

.- Các vấn đề về kỹ thuật khi tạo ván dăm từ hỗn hợp vỏ xe phế liệu, dăm

gỗ cao su và keo PF như: sự ảnh hưởng của nhiệt độ ép, thời gian ép đến các chỉ tiêu chất lượng ván dăm

1.2.6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Tạo ván dăm từ các nguồn phế liệu vỏ xe là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn lớn Những kết quả nghiên cứu và kết luận của luận văn là bước khởi đầu để nghiên cứu áp dụng vào thực tiễn sản xuất ván dăm của Việt Nam Điều này

mở ra hướng sự dụng vật liệu mới

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Ván dăm được hình thành bằng cách trộn dăm với keo và phụ gia rồi ép dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ [18, trang 12] Như vậy, ván dăm có ít nhất hai thành tố tham gia vào trong kết cấu sản phẩm là dăm và keo Keo là chất kết dính được lựa chọn phù hợp với loại nguyên liệu điều chế dăm Thông thường trong sản xuất ván dăm chất kết dính là keo UF Dăm được điều chế

từ nguyên liệu truyền thống sử dụng trong công nghiệp sản xuất ván dăm là

gỗ Nhưng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và mức độ khan hiếm nguyên liệu gỗ tăng dần nên nhiều thực vật ngoài gỗ và phế liệu nông nghiệp

có chứa xenlulo được nghiên cứu sử dụng làm nguyên liệu sản xuất ván dăm

Vì thế, dăm là những phần tử nhỏ có hình dạng khác nhau được tách ra từ gỗ hoặc thực vật có xenlulo khác [18, trang 11] Tuy nhiên, các nhà khoa học nghiên cứu về ván dăm coi một dăm cơ bản là dăm phẳng có dạng hình học là hình hộp chữ nhật, đặc trưng bằng 3 kích thước : Chiều dài (l), chiều rộng (W), và chiều dày (t) [9, volume 1, trang 125] Ảnh hưởng của dăm công nghệ, các yếu tố công nghệ, biến đổi hóa lý trong quá trình ép ván để hình thành ván dăm là cơ sở lý thuyết của vấn đề nghiên cứu

2.1 ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA VÁN DĂM

Tính chất cơ lý của ván dăm được quyết định phần lớn từ quá trình công nghệ sản xuất Một thay đổi nhỏ của yếu tố công nghệ, có thể đưa tới những tính chất xác định của sản phẩm Điều đó cho phép tính toán phạm vi

sử dụng ván dăm, đồng thời có thể hạ giá thành Để tổ chức sản xuất ván dăm hợp lý, cần biết những nhân tố công nghệ cơ bản ảnh hưởng tới tính chất cơ lý của ván Những nhân tố đó là: khối lượng thể tích của ván, loại và lượng chất kết dính, chất phụ gia trong keo, hình dạng và kích thước dăm, loại vật liệu tạo ván, vỏ lẫn trong dăm, lượng bụi trong dăm, độ ẩm của hỗn hợp dăm keo

trước khi ép sơ bộ Nhiệt độ bàn ép và thời gian giữ ván trong máy ép, kết cấu

của nó

2.1.1 Hình dạng và kích thước dăm công nghệ

Trong sản xuất ván dăm, dăm gỗ được coi là những phần tử có mặt cắt

ngang hình chữ nhật, đặc trưng bằng 3 kích thước: Chiều dài (l), chiều rộng

(W), và chiều dày (t) Bảng 2.1 dẫn ra tên gọi, hình dạng và kích thước một số

loại dăm gỗ thường sử dụng trong sản xuất ván dăm [2]

Bảng 2.1 Hình dạng và kích thước của dăm dùng trong sản xuất ván dăm

Mỗi kích thước đều có ảnh hưởng đến chất lượng ván dăm Trong đó

chiều dày là kích thước có ảnh hưởng quan trọng nhất

Chiều dày :

Ảnh hưởng lớn nhất đến tính chất cơ học của ván dăm là chiều dày của

dăm Vì chiều dày dăm liên quan đến diện tích bề mặt và trọng lượng dăm

Trong khi đó, chi phí keo tính theo trọng lượng dăm Lượng keo phủ trên

một đơn vị diện tích bề mặt phụ thuộc vào chiều dày dăm

Tính toán tiêu hao keo trên một đơn vị diện tích bề mặt dăm gỗ có chiều dày dăm khác nhau, ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh của ván như sau:

Bảng 2.2 Ảnh hưởng của chiều dày dăm đến lượng keo sử dụng

Diện tích bề mặt tính trên 1 đơn vị trọng

Đường 1 Độ bền uốn tĩnh Đường 2 Độ bền kéo vuông góc bề mặt ván

Đường 1: lực nhổ đinh vít từ phía mặt Đường 1: là mặt trên

Đường 2 : lực nhổ đinh vít từ bên cạnh Đường 2 : là mặt dưới

Ý nghĩa các trục của đồ thị trên như sau :

+ Trục tung phía ngoài là độ bền uốn tĩnh (Mpa)

+ Trục tung phía trong là độ bền kéo vuông góc (Mpa)

+ Trục hoành là chiều dày dăm (mm)

Từ đồ thị trên cho thấy: tăng chiều dày dăm, độ bền của ván giảm nhanh, còn độ nhám bề mặt tăng Tuy nhiên nếu chiều dày dăm quá mỏng cũng làm độ bền của ván giảm xuống Vì, nếu giảm chiều dày dăm quá mức

sẽ làm cho dăm giòn, dễ gãy, tạo ra nhiều bột bụi Trong khối dăm công nghệ

có nhiều hạt bụi, mảnh nhỏ sẽ làm giảm độ bền của ván dăm Vì vậy, độ dày của dăm cần phải có giới hạn dưới Và trị số của giới hạn đó không nhỏ hơn 0,15mm đối với dăm lớp trong

Chiều dày của dăm còn ảnh hưởng đến chiều dày sản phẩm Nếu tăng chiều dày của dăm 0,1mm thì chiều dày của tấm ván tăng khoảng 0,4mm Điều này được giải thích rằng: dăm dày có độ kháng nén lớn hơn dăm mỏng,

do đó phải cần một áp lực lớn hơn để ép Mặt khác, dăm dày có độ đàn hồi lớn nên khả năng phục hồi hình dạng lớn hơn so với dăm mỏng sau khi ngưng tác động áp lực

Chiều rộng

Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học về ván dăm cho thấy chiều rộng của dăm tăng dẫn, đến giới hạn bền uốn tĩnh của ván giảm, bảng dưới đây là một vài số liệu chứng minh [16] Tuy nhiên chiều rộng của dăm phần lớn phụ thuộc vào phương pháp tạo dăm Nếu dăm mỏng, sản xuất theo phương pháp băm cắt thì hầu hết dăm tự vỡ sau khi đảo trộn với keo trong thùng trộn để có kích thước chiều rộng 5 – 6 mm Còn tạo dăm theo các phương pháp khác, chiều rộng dăm phụ thuộc kích thước lỗ thoát dăm của

máy nghiền lại

Bảng 2.3 ảnh hưởng của chiều rộng dăm đến độ bền uốn tĩnh của ván dăm

Như vậy, kích thước dăm có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của ván dăm Và các nhà nghiên cứu đã đưa ra kết luận: để sản xuất ván dăm có chất lượng cao, cần sử dụng dăm có tỷ lệ chiều dày/ chiều rộng/ chiều dài theo tỷ

lệ gần đúng 1/10/100 Ví dụ nếu chiều dày của dăm là 0,3mm thì chiều rộng xấp xỉ 3mm và chiều dài gần bằng hoặc bằng 30mm

Nói chung, dăm gỗ là nguyên liệu chính để sản xuất ván dăm Hình dạng và kích thước dăm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của ván dăm (độ bền, độ nhẵn bề mặt ván) Thực tế sản xuất cho thấy ván dăm sản xuất từ dăm nhẵn, phẳng có độ bền và độ nhẵn bề mặt cao nhất Nếu ván dăm sản xuất từ dăm cong, quăn, không nhẵn ván có chất lượng kém Nhược điểm của sản phẩm thể hiện rất rõ khi gia công trên các máy khoan, phay, cắt, mộng Đặc biệt ván dăm sản xuất từ dăm to, dày hoặc có lẫn cục nhỏ, khi gia công sản phẩm gỗ trên các máy chế biến gỗ dễ gây vỡ, mẻ ván

2.1.2 Lượng bột (hạt nhỏ) bụi (hạt mịn) ở trong dăm

Trong quá trình tạo dăm (nghiền, đập), sấy, vận chuyển…tạo ra một lượng bụi gỗ Nếu lượng bột gỗ khá lớn sẽ làm giảm các tính chất cơ học của ván Điều này được giải thích rằng: các hạt bụi có trọng lượng nhỏ nhưng có tổng diện tích bề mặt lớn, dẫn đến sự tiêu hao đáng kể về keo, so với dăm đúng quy cách Vì vậy, về nguyên tắc , bột bụi gỗ cần phải hạn chế

Tuy nhiên, nghiên cứu của các nhà khoa học cũng chỉ ra[16], [15]: nếu lượng bột bụi gỗ lẫn trong dăm khoảng 10%, có thể nâng cao giới hạn bền uốn tĩnh của ván lên đến 20%, độ bền kéo vuông góc bề mặt đến 7-8% Nhưng nếu tiếp tục tăng lượng bột bụi thì độ bền của ván giảm Vì vậy, sản xuất ván dăm 3 lớp, cần điều chỉnh lượng bột, bụi và hạt nhỏ (lọt qua lỗ sàng 1x 1mm), sử dụng khoảng 5-10%, cho cả lớp trong và lớp ngoài

2.1.4 Loại và lượng keo

Trong sản xuất ván dăm, loại keo sử dụng chủ yếu là keo Urê formaldyd Ngoài ra còn sử dụng keo phenol formaldehyd, keo Urê mêlamin Khi sử dụng cùng một loại và cùng một lượng keo, thì tính chất cơ lý của những tấm ván dăm sản xuất ra tương đối đồng đều nhau Nếu ván dăm sử dụng keo phenol và mêlamin formaldyd làm chất kết dính, sẽ có khả năng chịu tác động đồng thời của cả ẩm và nhiệt độ trên 65ºC tốt hơn ván dăm sử dụng keo Urê formaldehyd Tăng lượng keo sử dụng trong sản xuất ván dăm thì tính chất cơ vật lý của sản phẩm sẽ tăng Nhưng keo thường chiếm khoảng

trên 40% giá thành của một tấm ván, nên việc tăng lượng keo đồng nghĩa với việc tăng giá thành sản xuất

Lượng keo có thể giảm đựơc, nếu dăm công nghệ có kích thước đúng tiêu chuẩn, dăm phẳng nhẵn, ít bột bụi và khả năng phun keo dưới dạng sương mù, trộn đảo đều dăm keo, thời gian trộn hợp lý…

2.1.5 Trộn keo – dăm

Mục đích của quá trình trộn keo là phủ keo một cách đồng đều lên bề mặt dăm Đây là một trong những công đoạn quan trọng của qúa trình công nghệ sản xuất ván dăm Tính chất phức tạp của quá trình trộn keo là ở chỗ phải phân bố một lượng keo không lớn, lên tổng diện tích bề mặt dăm rất lớn, một cách đồng đều Nếu phân phối keo không đều trên bề mặt các dăm sẽ làm giảm tính chất cơ lý của ván và tăng mức tiêu hao keo

Quá trình trộn keo là quá trình đảo trộn những phần tử khác pha từ chỗ phân bố không đều đến gần đều nhất, nhưng không bao giờ đều tuyệt đối Sau

đó lại trở lại trạng thái không đều dần Vì vậy, cần phải lựa chọn thời gian đảo trộn chính xác để hỗn hợp dăm keo ở trạng thái gần đều nhất

2.1.6 Độ ẩm của hỗn hợp dăm keo

Nếu lượng keo đúng quy định và độ ẩm của dăm đạt yêu cầu đối với sản xuất ván dăm thì độ ẩm của hỗn hợp dăm keo trước khi ép sơ bộ vào khoảng 12% - 14% Nếu thảm dăm có độ ẩm cao, khi ép ván với nhiệt độ cao, lượng ẩm ở phía ngoài hóa hơi nhanh thoát ra ngoài và chuyển dịch vào trong lớp giữa Lượng ẩm tập trung cao ở phía trong cản trở quá trình đóng rắn của keo Trong khi đó, độ ẩm của dăm lớp mặt giảm dần, đồng thời dưới tác động của nhiệt độ, keo bắt đầu đóng rắn Mối liên kết dăm – keo hình thành vững chắc Độ ẩm ở cạnh biên của ván cũng hóa hơi rồi thóat nhanh ra ngoài Dưới tác động của nhiệt độ, keo ở bốn cạnh biên cũng đóng rắn để tạo nên liên kết dăm keo bền vững và ổn định Chính liên kết này ngăn cản quá trình thoát ẩm

từ phía trong ra ngoài Vì lượng ẩm có trong ván nhiều hơn mức cần thiết nên không kịp thoát hết ra ngoài nên sẽ hình thành những túi hơi Khi kết thúc quá trình ép, gây nổ ván hoặc tách lớp Trường hợp ép ván với nhiệt độ thấp, ẩm hóa hơi chậm, nhiệt độ trong lớp giữa ván không đạt tới nhiệt độ đóng rắn cần thiết, nên keo đóng rắn không hoàn toàn Mối liên kết dăm keo không vững bền Độ bền ván thấp hoặc ván bị tách lớp Trong trường hợp này, rất nhiều

cơ sở sản xuất ván dăm ở Việt Nam chọn giải pháp xả ẩm một hoặc nhiều lần giữa chu kỳ ép Đây là một giải pháp không nên thực hiện Vì khi xả ẩm, lượng ẩm hóa hơi ở trong lớp giữa của ván được đẩy ra ngoài với áp lực mạnh, phá vỡ mối liên kết dăm - keo mới hình thành trong quá trình ép, chưa

đủ mức độ vững chắc Sau khi xả ẩm, ván được ép lại Những mối liên kết dăm – keo mới tiếp tục hình thành, nhưng độ bền liên kết không bền vững như lần đầu Vì thế độ bền của ván dăm giảm

Nhưng độ ẩm của thảm dăm thấp quá cũng là điều bất lợi Vì khi nhiệt

độ ở giữa ván chưa đạt tới nhiệt độ đóng rắn, hoặc đã đạt tới nhưng keo chưa kịp đóng rắn hoàn toàn thì ẩm bên ngoài mặt ván đã thoát hết ra ngoài Lớp

gỗ bề mặt của ván tiến dần tới trạng thái khô tuyệt đối và trở thành lớp cách nhiệt Nguồn nhiệt từ tấm gia nhiệt không đưa được vào lớp trong của ván vì không có một lượng ẩm cần thiết làm tác nhân tải nhiệt Kết quả là lớp dăm bên trong không hình thành được mối liên kết dăm - keo tốt nhất, lớp ngoài bị khô kiệt ẩm, nên dễ giòn và mối liên kết dăm keo cũng bị yếu đi do tác động của nhiệt độ

2.1.7 Nhiệt độ của tấm gia nhiệt

Nhiệt độ trên cùng một tấm gia nhiệt và giữa các tấm khác nhau trên cùng một máy ép phải đều nhau Độ chênh lệch không nên quá 5ºC Bốn phía của tấm gia nhiệt tiếp xúc với không khí bên ngoài nên nhiệt độ thấp hơn so với bên trong tấm Vì vậy, kích thước của tấm gia nhiệt cần phải lớn hơn kích

thước của thảm dăm, đủ đảm bảo cho thảm dăm được ép trong môi trường nhiệt độ bằng nhau tại các điểm khác nhau trên bề mặt thảm Đồng thời, điều này cũng đảm bảo diện tích để bố trí những thanh cữ kim loại khi ép sản phẩm Chiều dày của tấm gia nhiệt có ý nghĩa về mặt công nghệ Tấm gia nhiệt dày, tính ổn định nhiệt trên bề mặt tốt hơn Vì khi ép ván liên tục, tấm gia nhiệt truyền nhiệt cho thảm dăm, nên nhiệt độ bề mặt giảm Tấm gia nhiệt mỏng, sau khi truyền nhiệt cho thảm dăm, nhiệt độ của tấm giảm trong khi nhiệt độ của tác nhân truyền nhiệt không kịp truyền dẫn để nâng nhiệt độ bề mặt của tấm lên nhiệt độ yêu cầu, dẫn đến nhiệt độ bề mặt của tấm gia nhiệt thấp hơn nhiệt độ ban đầu, ảnh hưởng đến chất lượng của ván Nếu tấm gia nhiệt dày, ngoài việc cứng vững, nhiệt độ từ các lớp kế bên trong của tấm nhanh chóng bù lại phần nhiệt truyền vào thảm dăm để đảm bảo cho nhiệt độ

bề mặt của tấm ổn định khi ép lâu dài Tuy nhiên, tấm gia nhiệt dày ảnh hưởng đến chi phí đầu tư ban đầu

2.1.8.Thời gian giữ sản phẩm trên máy

Thời gian giữ sản phẩm trên máy phụ thuộc vào loại keo, chất đóng rắn, nhiệt độ bàn ép, löợng ẩm trong dăm, mật độ vật chất… Nhưng thời gian

ép quá lâu làm giảm độ bền của ván

2.2 CÔNG NGHỆ ÉP VÁN DĂM

Hỗn hợp những phần tử gỗ cùng với chất kết dính đưa vào ép nhiệt tạo thành một khối vật liệu gồm ba pha: chất rắn (gỗ và chất khô trong chất kết dính), chất lỏng (nước trong các phần tử gỗ và chất kết dính), chất khí (không khí trong các phần tử gỗ và giữa chúng) Dưới ảnh hưởng của áp lực ép và

nhiệt độ, bên trong thảm dăm xảy ra một loạt các quá trình hoá lý phức tạ Kết quả là tạo ra tấm ván dăm

Hình 2.2.Đặc trưng biến đổi của quá trình ép ván dăm

1-Nhiệt độ lớp ngoài 2- Nhiệt độ lớp trong 3- Độ ẩm lớp trong 4- Độ ẩm

của thảm ép 5- Khối lượng thể tích 6- Độ bền Hình 2.2, cho thấy đặc trưng biến đổi của các quá trình hoá lý diễn ra bên trong thảm dăm theo thời gian ép Cụ thể như sau: chiều dày của thảm dăm giảm xuống cho đến giới hạn cuối cùng khi bề mặt bàn ép sát thanh cữ ở mọi vị trí Độ ẩm của thảm dăm giảm xuống, còn nhiệt độ tăng từ ngoài vào trong và tăng đến khi nhiệt độ ở tâm ván đạt đến nhiệt độ yêu cầu Độ bền của ván được tăng lên theo thời gian khi mối liên kết keo đóng rắn hoàn toàn

và ổn định theo thời gian Vì vậy, khảo sát chi tiết các quá trình hoá lý khi ép ván và tác động lên chúng bằng cách thay đổi các yếu tố công nghệ: áp lực ép, nhiệt truyền cho thảm dăm, thời gian ép liên tục và kể cả sự thay đổi đặc điểm vật lý của thảm dăm (độ ẩm, khối lượng thể tích của các phần tử gỗ, tốc độ đóng rắn của chất kết dính…) Từ đó, có cơ sở để lựa chọn đúng các điều kiện

ép sản phẩm, đạt được các thông số hoá – lý của tấm ván là tốt nhất, với thời gian ép ngắn nhất

2.2.1 Ép sơ bộ

Ép sơ bộ là một công đoạn quan trọng trong quá trình ép ván dăm, vì quá trình vận chuyển trong xưởng, vùng biên của thảm dăm dày, xốp sẽ rơi xuống làm tăng thêm hao phí khi cắt cạnh bên của sản phẩm Những dăm nhẹ,

nhỏ sẽ rơi xuống bên dưới thảm qua lỗ hổng giữ các phần tử dăm Kết quả là lớp trên của thảm cĩ nhiều dăm thơ, cịn lớp dưới nhiều dăm nhỏ mịn, dẫn đến kích thước dăm phân bố theo chiều dày của tấm khơng đều, ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng ván Mặt khác, chiều dày thảm dăm phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của dăm, loại nguyên liệu sản xuất dăm, khối lượng thể tích của sản phẩm Nhìn chung, chiều dày của thảm dăm cĩ thể bằng bội

số 3  20 lần chiều dày của ván, dẫn đến khoảng cách giữa các tấm gia nhiệt của máy ép nhiệt phải đủ lớn để đưa được thảm dăm vào khoang ép Điều này liên quan đến chiều cao của máy, bơm áp lực, xi lanh thuỷ lực… dẫn đến tăng giá thành của máy ép Đổng thời, khoảng các giữ các tấm gia nhiệt lớn làm tăng thời gian khép kín khoang ép, ảnh hưởng đến cả năng suất và chất lượng lượng sản phẩm Những khuyết điểm trên sẽ bị loại bỏ khi thực hiện ép sơ bộ

Bản chất vật lý của quá trình ép sơ bộ như sau: Dăm cĩ hình dạng, kích thước, độ ẩm khác nhau Khi trải thảm, mỗi dăm nằm theo những phương chiều tự do, khơng kiểm sốt được Giữa các dăm tạo thành những lỗ hổng chứa khơng khí ở bên trong thảm dăm.Thể tích tổng cộng của thảm dăm (Vtd) bằng thể tích của các phần từ dăm (Vd), cộng với thể tích khơng khí (Vkk)trong các lỗ hổng, xốp của thảm dăm.

Vtd = Vd + Vkk

Giai đoạn đầu của quá trình nén: những mảnh dăm, đặc biệt là dăm nhỏ, dưới tác dụng của ép lực sẽ chuyển dịch lấp đầy những lỗ hổng trong thảm dăm Những dăm này chuyển dịch chủ yếu theo phương của lực ép, cĩ một bộ phận nhỏ chuyển theo phương ngang Độ chặt khít của thảm dăm ở giai đoạn này được tăng lên, nhưng khơng cĩ sự biến dạng của dăm Sau đĩ tiếp tục nén, sẽ xảy ra đồng thời việc các dăm sít lại và sự biến dạng xuất hiện