Bước đầu nghiên cứu sử dụng phương pháp xẻ hình sao trong sản xuất ván ghép thanh từ gỗ keo tai tượng (acacia mangium willd)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ***** VŨ TẤT ĐẠT BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP XẺ HÌNH SAO TRONG SẢN XUẤT VÁN GHÉP THANH TỪ GỖ KEO TAI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

*****

VŨ TẤT ĐẠT

BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP XẺ HÌNH SAO TRONG SẢN XUẤT VÁN GHÉP THANH

TỪ GỖ KEO TAI TƯỢNG (ACACIA MANGIUM WILLD)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Tây, 2006

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

*****

VŨ TẤT ĐẠT

BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP XẺ HÌNH SAO TRONG SẢN XUẤT VÁN GHÉP THANH

TỪ GỖ KEO TAI TƯỢNG (ACACIA MANGIUM WILLD)

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy

Mã số: 60-52-24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM VĂN CHƯƠNG

Hà Tây, 2006

1.7 Khả năng sử dụng gô Keo tai tượng trong công nghiệp chế

biến gỗ

10

2.1 Sự ảnh hưởng của tính chất gỗ keo tai tượng trong quá trình

gia công chế biến

11

CHƯƠNG III GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP

XẺ HÌNH SAO VÀ VÁN GHÉP THANH VỚI THANH

GHÉP DẠNG TAM GIÁC

30

3.2 Một số đặc điểm khác của phưong pháp xẻ hình sao và ván

ghép thanh với thanh ghép dạng tam giác

34 3.2.1 Một số đặc điểm nổi bật của phương pháp xẻ hình sao 34

3.2.2 Một số đặc điểm quan trọng trong công nghệ sản xuất

ván ghép thanh với thanh ghép dạng tam giác

37

3.3 Những nghiên cứu về khuyết tật của thanh cơ sở sau quá

trình gia công và sấy

40

3.4 so sánh về các giá trị mà phương pháp xẻ hình sao đem lại

được so với các phương pháp xẻ thông thường khác

47

3.5 Một số giá trị mà ván ghép thanh với thanh ghép thanh ghép

dạng tam giác đem lại so với ván ghép thanh thông thường

5.1 Nhũng kết quả nghiên cứu về tỷ lệ thành khí của phương

5.3.2 Kiểm tra tỷ lệ biến dạng (cong, vênh) của ván 64

5.3.4 Kiểm tra độ bền kéo trượt màng keo của ván 70

CHƯƠNG VI - KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 73

6.3 Một số đề xuất và phương hướng phát triển tiếp theo 74

PHỤ LỤC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài thạc sỹ khoa học mang tên “Bước đầu nghiên cứu

sử dụng phương pháp xẻ hình sao trong sản xuất ván ghép thanh từ gỗ Keo tai

tượng (Acacia mangium Willd)" mã số: 60-52-24 là công trình nghiên cứu

khoa học của bản thân tôi Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả trong đề tài này là hoàn toàn trung thực và chưa sử dụng cho bảo vệ một học vị nào Các thông tin, tài liệu trong đề tài đã được ghi rõ nguồn gốc

Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng khoa học về lời cam đoan của mình

Hà Tây, ngày tháng 8 năm 2006

Học viên

Vũ Tất Đạt

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, tiến sĩ Phạm Văn Chương đã hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ trong quá trình hoàn thành bản luận văn này Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Lâm nghiệp, Khoa đào tạo sau đại học, Khoa chế biến lâm sản, Trung tâm Nghiên cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng, Trung tâm thí nghiệm thuộc trường Đại học Lâm nghiệp, Viện Lâm Nghiệp Việt Nam, các

cô giáo, thầy giáo, các bạn bè đồng nghiệp, các cơ quan bạn đã quan tâm, giúp đỡ tác giả hoàn thành công việc của mình

ĐẶT VẤN ĐỀ

Những năm gần đây, ở nước ta, do sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế,

sự gia tăng không ngừng của dân số và mức độ đô thị hóa ngày càng cao Vì vậy nhu cầu tiêu dùng của người dân cũng tăng lên trong đó có nhu cầu rất lớn về gỗ, đặc biệt là trong xây dựng và sản xuất đồ mộc Trong khi đó rừng

tự nhiên đang ngày càng bị thu hẹp, trữ lượng gỗ ngày càng giảm xuống Ngành công nghiệp chế biến gỗ đang đứng trước nguy cơ thiếu hụt nguyên liệu trầm trọng Trong tình hình như vậy thì việc chuyển hướng sang sử dụng

gỗ rừng trồng làm nguyên liệu cho sản xuất là một hướng đi đúng đắn

Nước ta là một nước nhiệt đới, có khí hậu nóng ẩm rất thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của nhiều loại cây, đặc biệt là các loài keo (Acacia), các loài bạch đàn (Eucalyptus) Chúng có sức tăng trưởng rất nhanh rất thích hợp cho việc phủ xanh đất trống, đồi núi trọc và đang là những cây trồng chính trong dự án 5 triệu ha rừng của Chính phủ

Tuy nhiên đặc điểm chung của gỗ rừng trồng mọc nhanh là gỗ mềm, có khối lượng thể tích từ thấp đến trung bình, độ co rút khá lớn, tính chất cơ lý không ổn định, độ bền cơ học thấp, ứng suất sinh trưởng tương đối lớn Vì vậy trong công nghệ gia công thường gây cong vênh nứt nẻ Hơn nữa chúng

có một đặc điểm là hầu hết gỗ rừng trồng mọc nhanh đều có đường kính nhỏ, đây là một điểm rất bất lợi đối với quá trình gia công chế biến đồ mộc dân dụng Làm cho khả năng sử dụng của gỗ bị hạn chế, tính linh hoạt không cao, thường chỉ được sử dụng làm ván xẻ cốt pha, xà gồ, hoặc đồ mộc có giá trị sử dụng thấp, làm giảm hiệu quả kinh tế đi rất nhiều

Ra đời từ rất sớm, tuy nhiên phải đến sau năm 1970 ván ghép thanh mới phát triển mạnh trên thế giới Ván ghép thanh bắt đầu phổ biến ở nước ta vào khoảng những năm 1990 và phát triển với tốc độ rất nhanh, được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: xây dựng, đóng tàu, đồ mộc, hàng không Sản phẩm này có những ưu điểm là đa dạng về kích thước, không kén chọn nguyên liệu, công nghệ sản xuất đơn giản Mặt khác do sản phẩm có tính đa dạng về kích thước, đồng đều về độ ẩm, có thể sử dụng với

nhiều loại liên kết khác nhau, gần với gỗ tự nhiên nên rất được ưa chuộng và được sử dụng rộng rãi Chính vì tính không kén chọn nguyên liệu như vậy nên hiện nay các loại gỗ rừng trồng mọc nhanh đường kính nhỏ đang là những đối tượng nguyên liệu chính trong công nghệ sản xuất ván ghép thanh của nhiều

cơ sở sản xuất

Trong thực tế sản xuất hiện nay, đa số các xưởng xẻ, khi xẻ thanh cơ sở từ

gỗ rừng trồng đều áp dụng phương pháp xẻ suốt Là phương pháp xẻ cho tỷ lệ lợi dụng gỗ khá cao (30-40%) Tuy nhiên việc áp dụng phương pháp này đã không thể làm giảm hoặc triệt tiêu ứng suất sinh trưởng trong gỗ, vì vậy ván ghép thanh sau khi sản suất sẽ có chất lượng không đồng đều dẫn tới các khuyết tật của ván như: cong, vênh, nứt, hở mạch keo, vặn xoắn Làm giảm chất lượng sản phẩm, hiệu quả sử dụng gỗ không cao

Nếu thanh được xẻ theo phương pháp xuyên tâm sẽ hạn chế được rất nhiều

sự co rút và dãn nở của gỗ, làm tăng chất lượng của mối ghép Nhược diểm chính của phương pháp xẻ xuyên tâm chính là tỷ lệ thành khí thu được rất thấp (20-30%) Vì vậy mà rất ít hoặc hầu như không có cơ sở sản xuất nào áp dụng phương pháp xẻ này

Bài toán ở đây đặt ra là cách giải quyết cho hai vấn đề cùng tồn tại song song đó là:

+ Sử dụng phương pháp xẻ để làm giảm hoặc cân bằng nội ứng suất trong

gỗ, từ đó nâng câo được chất lượng của ván, tăng hiệu quả kinh tế

+ Đồng thời phải đảm bảo được tỷ lệ thành khí và tỷ lệ lợi dụng thu được nhằm năng cao khả năng sử dụng của gỗ

Đứng trước yêu cầu thực tế đó thì đề tài "Bước đầu nghiên cứu sử dụng

phương pháp xẻ hình sao trong sản xuất ván ghép thanh từ gỗ Keo tai

tượng (Acacia mangium Willd)" nhằm mục đích thử nghiệm một loại hình

sản phẩm mới của ván ghép thanh để có thể thỏa mãn được những yêu cầu đặt

ra là: nâng cao được tỷ lệ thành khí của gỗ xẻ, đồng thời đảm bảo được chất lượng của sản phẩm và phù hợp với trình độ khoa học hiện tại

Lý do lựa chọn đề tài

Bao gồm có 3 lý do chính:

- Trong thực tế ván ghép thanh từ gỗ rừng trồng đường kính nhỏ có tỷ lệ lợi dụng gỗ thấp khi sử dụng các phương pháp xẻ thông thường Hiện nay do nguyên liệu tự nhiên ngày càng khan hiếm, hầu hết các loại ván nhân tạo được sản xuất từ gỗ rừng trồng nên kích thước của nguyên liệu lại rất hạn chế, chính vì vậy nếu không có phương pháp xẻ thích hợp thì tỷ lệ thành khí sẽ giảm xuống rất thấp Việc tìm hiểu những phương pháp xẻ mới, thích hợp cho loại hình nguyên liệu này nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế là rất cần thiết

- Khi thay đổi nhằm nâng cao tỷ lệ lợi dụng gỗ, đồng thời phải đảm bảo được chất lượng của sản phẩm Đây cũng là một trong những yếu tố quan trọng nhằm đánh giá tính hiệu quả của phương pháp xẻ Vì nếu cải tiến được phương pháp xẻ, nâng cao được tỷ lệ thành khí, nhưng khả năng sử dụng gỗ không cao do có những hạn chế về mặt chất lượng, đồng thời cũng làm giảm hoặc mất đi hiệu quả kinh tế Đây cũng chính là nhược điểm của một số phương pháp xẻ trước đây

- Với những nghiên cứu sơ bộ về phương pháp xẻ hình sao chúng tôi thấy rằng đây là một phương pháp mới, có rất nhiều ưu điểm như: Lượng rọc rìa nhỏ; các thanh gỗ là ván xuyên tâm nên tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu cao, thanh ghép rất ổn định khi sử dụng để sản xuất ván ghép thanh mặt khác khi tạo ra sản phẩm sẽ có độ bền cơ học cao (độ bền uốn, độ bền kéo trượt) Vì các bề mặt liên kết keo là bề mặt xuyên tâm Khi chịu uốn, màng keo chịu lực nhỏ hơn so với sản phẩm được tạo ra từ thanh xẻ có thiết diện hình chữ nhật

Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu tổng quát

Sử dụng phương pháp xẻ hình sao trong quá trình sản xuất ván ghép thanh từ gỗ rừng trồng nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế Đồng thời, thiết lập phương pháp xẻ thanh cơ sở mới trong công nghiệp sản xuất ván ghép thanh

Mục tiêu cụ thể

Thiết lập quy trình xẻ ván xuyên tâm và mối quan hệ giữa các thông số của sơ đồ xẻ trong phương pháp xẻ hình sao

Xác định được những thông số kỹ thuật cơ bản của ván ghép thanh sử dụng thanh ghép từ phương pháp xẻ hình sao

Đối Tượng khảo sát

Đề tài sử dụng loại gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium Willd) là đối tượng

để thử nghiệm

Cấp tuổi từ 10 - 12 năm

Vùng phân bố tại Ba Vì - Hà Tây

Địa điểm tiến hành thử nghiệm

Toàn bộ quá trình thử nghiệm tiến hành tại xưởng sản xuất của Trung tâm nghiên cứu, thực nghiệm và chuyển giao công nghệ Công nghiệp rừng - Trường Đại học Lâm nghiệp

Mẫu thí nghiệm được tiến hành đo và kiểm tra tại Trung tâm thí nghiệm khoa Chế biến lâm sản - trường Đại học Lâm nghiệp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 NGHIÊN CỨU CHUNG VỀ KEO TAI TƯỢNG

Hiện nay Keo tai tượng là một trong số những loại gỗ rừng trồng mọc nhanh được sử dụng chủ yếu để sản xuất đồ mộc, ván dăm, và làm dăm giấy Keo tai tượng là một trong hơn 1300 loài keo Acacia, được trồng trên một diện tích rộng lớn ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: Australia, NewGuinea, Malaysia Indonesia, Phillipin Chúng mới được nhập vào nước

ta vào khoảng những năm 1980 Keo tai tượng là một trong những loài cây mọc nhanh, tăng trưởng về đường kính có thể đạt tới 5cm/năm và chiều cao

có thể đạt tới 5m/năm trong thời kỳ từ 1-5 năm tuổi Keo tai tượngphát triển rất nhanh trong khoảng từ 7-8 năm tuổi, sau đó tốc độ tăng trưởng về thể tích giảm dần Keo tai tượng có thể trồng và phát triển tốt ở nhiều điều kiện lập địa, kể cả ở những vùng đất khô bạc mầu Điều kiện thích hợp nhất để loài cây này phát triển tốt là ở những vùng đất có độ pH từ 4-6 và lượng mưa trung bình một năm từ 1400-2000mm [7]

Gỗ Keo tai tượng khi được sử dụng để sản xuất đồ mộc thường có đường kính từ 17-18cm trở lên sẽ đem lại giá trị kinh tế cao hơn so với khi sử dụng

để sản xuất dăm giấy Ở nước ta Keo tai tượngđược trồng chủ yếu tại các vùng rừng thuộc Ba Vì (Hà Tây); Mê linh (Vĩnh Phúc); Cầu Hai (Phú Thọ); Hòa Bình; Đông Hà; Quảng Trị; Tây nguyên Với độ tuổi trung bình để khai thác là từ 10-12 năm tuổi Tuy nhiên khi quá tuổi này Keo bắt đầu xuất hiện hiện tượng rỗng ruột, đây chính là một trong số những nhược điểm chính của

gỗ là giảm tỷ lệ sử dụng gỗ trong quá trình sản xuất đồ mộc [17]

1.2 CẤU TẠO CỦA GỖ KEO TAI TƯỢNG

Keo tai tượng là loài cây mọc nhanh, tăng trưởng đường kính từ 2,6 -3,4 cm/ năm Trong mỗi vòng năm phần gỗ sớm và gỗ muộn không phân biệt rõ ràng, tuy nhiên phần gỗ giác và gỗ lõi của cây lại phân biệt khá rõ ràng Gỗ

lõi có mầu xám đen, gỗ giác có mầu vàng nhạt Ở độ tuổi từ 5 - 10 năm (tùy từng điều kiện lập địa) tỷ lệ trung bình phần gỗ lõi khoảng 75% [17]

Khi quan sát cấu tạo thô đại chúng ta thấy: Keo tai tượng có thớ gỗ tương đối thẳng và thô, mạch gỗ đơn và kép xen kẽ, số lượng lỗ mạch nhiều 4-6/mm2, mạch đơn chiếm 40% Kích thước lỗ mạch trung bình (d = 120-160 µm) Sợi gỗ có chiều dài từ 0,9 - 1,1 mm và không có vách ngăn ngang Tổ chức tế bào mô mềm nối tiếp nhau thành từng dãy dọc theo thân cây, hình thức phân bố trên mặt cắt ngang vây quanh mạch theo hình tròn [14,15,22,23]

Ở độ tuổi từ 9 - 10 năm Keo bắt đầu có hiện tượng rỗng ruột, theo một số nghiên cứu của TS Nguyễn Trọng Nhân (Viện lâm Nghiệp Việt Nam) tại vùng Đông Hà Quảng Trị thì Keo ở đây có tỷ lệ rỗng ruột vào khoảng 35 - 40% Khi Nghiên cứu Keo tai tượng được tiến hành tại Vĩnh Phúc thì thấy

c)

Hình 1.1 Cấu tạo hiển vi của gỗ Keo tai tượng:

a) Mặt cắt ngang; b) Mặt cắt tiếp tuyến; c) Mặt cắt xuyên tâm

cây bị rỗng ruột với đường kính trung bình là 3cm Đây cũng là một trong những đặc điểm rất quan trọng mà ta có thể căn cứ vào đó để quyết định độ tuổi khai thác của cây

1.3 MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ VẬT LÝ CHỦ YẾU CỦA GỖ KEO TAI TƯỢNG

Qua tham khảo một số tài liệu và kế thừa những nghiên cứu trước đây [1,14,15] chúng tôi thấy rằng Keo tai tượng có một số tính chất vật lý, tính chất cơ học và thành phần hoá học như sau:

Độ ẩm tuyệt đối: Được tính theo phần trăm giữa khối lượng nước có trong

gỗ và khối lượng gỗ khô kiệt

- Gỗ giác: MC0 = 88 %

- Gỗ lõi: MC0 = 103 %

Biểu 1.1 Tỷ lệ dãn nở của gỗ Keo tai tượng

Biểu 1.2 Tỷ lệ co rút của gỗ Keo tai tượng

Biểu 1.3 Khối lượng thể tích của gỗ Keo tai tượng

1.4 MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ HỌC CHỦ YẾU CỦA GỖ KEO TAI TƯỢNG

Độ bền uốn tĩnh của gỗ giác 94,60 (MPa)

Độ bền uốn tĩnh của gỗ lõi 87,10 (MPa)

Mô đun đàn hồi

Mô đun đàn hồi của gỗ giác 9,35 103 (MPa)

Mô đun đàn hồi của gỗ lõi 8,24 103 (MPa)

Độ cứng tĩnh của gỗ

Biểu 1.5 Độ cứng tĩnh của gỗ Keo tai tượng

Độ axit - bazơ (pH) = 6.2 -6.4

1.6 MỘT SỐ KẾT LUẬN CHUNG VỀ GỖ KEO TAI TƯỢNG

Keo tai tượng là một loài cây mọc nhanh tán lá rộng và dày đặc có khả năng cải tạo đất và chống sói mòn

Về mặt cấu tạo gỗ chúng ta thấy đây là loại cây có giác lõi phân biệt, những cây từ độ tuổi 10 năm bắt đầu xuất hiện một vùng “gỗ già” vùng gỗ này sẽ gây nên hiện tượng rỗng ruột của gỗ sau này

Phần gỗ giác có khối lượng thể tích và các chỉ tiêu về độ bên cơ học cao hơn phần gỗ lõi (trừ độ cứng tĩnh của gỗ), điều này khác hẳn với các loại gỗ thông thường Nguyên nhân chính của hiện tượng này là phần gỗ lõi bị ảnh hưởng bởi phần “gỗ già” Đồng thời, theo Kohji Murata (1994), đây là hiện tượng xảy ra khi trồng Keo ở những vùng có khí hậu hai mùa nóng, lạnh rõ rệt [11,17] Căn cứ vào những tính chất vật lý, cơ học chủ yếu của gỗ Keo tai tượng có thể kết luận rằng đây là loại gỗ có độ cứng trung bình, thích hợp cho công nghệ làm ván ghép thanh

1.7 KHẢ NĂNG SỬ DỤNG GỖ KEO TAI TƯỢNG TRONG CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN GỖ

Để khả năng sử dụng gỗ trong công nghiệp chế biến gỗ đạt được hiệu quả cao nhất người ta thường chia các phần của thân cây theo mục đích sử dụng

và khả năng đáp ứng cho công nghệ Theo Hikaru Sasaki và Shuichi Kawai [1] đã đưa ra mô hình sử dụng cả cây như sau:

Trong đó:

LVL (Laminated Veneer Lumber): Ván dán đặc biệt được tạo nên từ

nhữnh lớp ván bóc có chiều dày lớn hơn 3.5 mm

BB (Block Board): Ván ghép thanh có hoặc không phủ bề mặt

VSL (Veneer Spaced Lumber): Ván ghép thanh khung rỗng

HDF (Hard Density Fibre Board): Ván sợi có khối lượng thể tích lớn MDF(Medium Density Fibre Board): Ván sợi có khối lượng thể tích

trung bình

CFB (Cement Fibre Board): Ván sợi xi măng

OSB (Oriented Strand Board): Ván dăm định hướng

Hình 1.2 Mô hình sử dụng cả cây của Keo tai tượng

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA TÍNH CHẤT GỖ KEO TAI TƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CHẾ BIẾN

Ảnh hưởng của tuổi cây:

Theo những nghiên cứu về Keo tai tượng thì vào độ tuổi từ 9 -10 năm Keo bắt đầu xuất hiện hiện tượng rỗng ruột (giảm đột ngột khối lượng thể tích tại tâm gỗ), tỷ lệ rỗng ruột có thể chiếm tới 35% Chính vì vậy nên tỷ lệ thành khí khi xẻ sẽ giảm đi rất nhiều

Ảnh hưởng của các thông số hình học:

Theo PGS-TS Nguyễn Trọng Nhân, Keo tai tượng được điều tra tại một số vùng như Ba Vì, Vĩnh Phúc, Hoà Bình có tỷ số độ tròn thân cây tại chiều cao ngang ngực là 0,096 – 0,166 [11]

Cũng theo TS Nguyễn Trọng Nhân chiều cao phân cành của Keo đạt khoảng 8,45m và chiều cao vút ngọn là 13,85m (số liệu điều tra tại Đông Hà Quảng Trị) Cho thấy rằng Keo tai tượng là một loại gỗ tương đối tròn, thân thẳng, ít các khuyết tật tự nhiên (mấu, mắt), rất thuận lợi cho quá trình chế biến

Ảnh hưởng của tính chất cơ lý:

Keo tai tượng có khối lượng thể tích cơ bản vào khoảng 0,45 g/cm3 Là một loại gỗ mềm nên quá trình gia công cũng như sấy gỗ có nhiều thuận lợi

Ảnh hưởng của các chất hoá học có trong cây:

Các chất hoá học có trong thân cây không ảnh hưởng nhiều đến quá trình gia công chế biến Tuy nhiên do tại vùng gỗ lõi tập trung nhiều lignin nên gây nên hiện tượng biến mầu gỗ sau khi chặt hạ (mầu nâu xẫm) khác biệt với mầu vàng nhạt của gỗ giác Nên mầu sắc của ván ghép sẽ không được đồng đều làm giảm tính thẩm mỹ của ván

2.2 LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ XẺ

Trong sản xuất ván ghép thanh, khâu xẻ thanh cơ sở đóng vai trò rất quan trọng tới chất lượng của ván, tỷ lệ lợi dụng gỗ và giá thành của sản phẩm Sản phẩm gỗ xẻ thu được từ nguồn nguyên liệu trong cùng một điều kiện nhiều hay ít, tốt hay xấu hoàn toàn phụ thuộc vào quá trình cưa xẻ gỗ

Để có được một phương pháp xẻ hợp lý cần phải xây dựng được một bản

đồ xẻ phù hợp Việc xây dựng một bản đồ xẻ như thế nào để tạo được những thanh gỗ xẻ đáp ứng được yêu cầu công nghệ, sản xuất là một trong những yếu tố quan trọng hàng đầu, quyết định tới hiệu quả sản xuất

Các phương pháp xẻ thông dụng [6,13]:

Dựa vào thiết bị

Có thể chia các phương pháp xẻ như sau:

+ Phương pháp xẻ đơn: là các phương pháp xẻ được thự hiện trên thiết bị

có một lưỡi cắt như cưa vòng đơn, cưa đĩa đơn, cưa sọc

+ Phương pháp xẻ nhóm: được thực hiện trên thiết bị có nhiều lưỡi cắt cùng đồng thời tham gia vào quá trình xẻ như cưa vòng kép, cưa sọc đứng và cưa đĩa nhiều lưỡi Gỗ xẻ theo phương pháp này có kích thước đảm bảo và ổn định Tuy nhiên với phương pháp này độ linh động không cao, nguyên liệu phải đồng nhất

+ Phương pháp xẻ tổ hợp: được thực hiện trên các tổ hợp máy như dạng cưa - phay hoặc phay - phay Phương pháp xẻ này thích hợp với các loại gỗ nhỏ và tương đối đồng nhất

Dựa theo quy cách xẻ

+ Phương pháp xẻ suốt: đây là phương pháp xẻ mà sản phẩm thu được đều

là những ván không sạch rìa, xẻ theo phương pháp này có tính linh động trong sản xuất nhất là với nguyên liệu có nhiều khuyết tật, có điều kiện nâng cao được tỷ lệ thành khí của gỗ Tuy nhiên công việc rọc rìa cho ván quá nhiều hơn nữa quy cách chiều rộng ván không thống nhất nên khó khăn cho các khâu công nghệ về sau

+ Phương pháp xẻ hộp: là phương pháp xẻ mà đa số sản phẩm thu được là các tấm ván đã sạch rìa Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong các

xưởng xẻ độc lập, sản lượng lớn bởi quy cách sản phẩm thu được tương đối đồng đều

+ Phương pháp xẻ xoay tròn:

Với phương pháp xẻ này gỗ trong quá trình xẻ được bóc tròn xung quanh tâm tuỳ theo quy cách và yêu cầu đối với chất lượng sản phẩm Sản phẩm xẻ ở đây chủ yếu là ván đã sạch rìa một phía Phương pháp này có thể tránh được khuyết tật trong gỗ Có khả năng nâng cao được tỷ lệ thành khí và tỷ lệ lợi dụng tuy nhiên năng suất lao động không cao do phải xoay lật gỗ nhiều lần

và gỗ có nhiều quy cách khác nhau

- Trước đây, do hạn chế về thiết bị hoặc lý do kinh tế nên ở nước ta thường chỉ áp dụng một số phương pháp xẻ chủ yếu trong sản xuất như xẻ suốt, xẻ hộp hoặc xẻ kết hợp, xẻ không đứt thở Những phương pháp xẻ này có ưu điểm là tính toán không phức tạp, dễ thao tác và chi phí thấp, nhưng nhược điểm chính của những phương pháp xẻ này là sản phẩm sau quá trình xẻ này

có tính ổn định không cao, dễ bị cong vênh nứt nẻ sau khi sấy, điều này là hạn chế rất lớn khi sử dụng ván xẻ để sản xuất ván ghép thanh

Một số phương pháp xẻ gỗ đặc biệt

+ Phương pháp xẻ gỗ tiếp tuyến:

Là phương pháp xẻ mà gỗ thu được là gỗ xẻ tiếp tuyến Theo định nghĩa thì ván tiếp tuyến có đường tiếp tuyến hợp với vòng năm gỗ tại các điểm trên đường trung tâm ván hợp với bề dài của tiết diện gỗ xẻ một góc β ≤ [β] quy định Thông thường [β] = 30 - 550 Trong tấm ván ta phải lấy góc β lớn nhất của thiết diện: βmax < [β]

Hình 2.1 Góc β trong ván xẻ tiếp tuyến

Gỗ xẻ tiếp tuyến có khả năng chịu được va đập, đặc biệt là va đập cục bộ Tuy nhiên do độ co rút theo chiều tiếp tuyến lớn nên chi tiết dễ bị biến dạng trong quá trình phơi sấy hoặc sử dụng làm giảm khả năng sử dụng của gỗ và chất lượng sử dụng

+ Phương pháp xẻ gỗ xuyên tâm:

Là phương pháp xẻ mà gỗ xẻ thu được là gỗ xuyên tâm Có đường tiếp tuyến với vòng năm tại điểm trung tâm của thiết diện ván hợp với chiều dài của thiết diện một góc α ≥ [α] Thông thường [α] = 600

Gỗ xẻ xuyên tâm có những đặc điểm rất tốt, ít bị cong vênh biến dạng ngay

cả sau khi sấy, có tính ổn định cao do khả năng co rút theo chiều xuyên tâm là rất nhỏ, nên nó được sử dụng để gia công một số chi tiết quan trọng trong các ngành: hàng không, nhạc cụ, quốc phòng

Hiện nay có hai cách xẻ gỗ xuyên tâm đang được dùng phổ biến là: xẻ theo hình quạt và xẻ theo hình cung.Tuy nhiên do phương pháp xẻ khá phức tạp và

Hình 2.2 Góc α trong ván xẻ xuyên tâm

Hình 2.3 Sơ đồ xẻ gỗ xuyên tâm:

a) sơ đồ xẻ ván xuyên tâm theo hình quạt; b- sơ đồ xẻ ván xuyên tâm theo hình cung

khả năng tận dụng thấp nên tỷ lệ thành khí của hai phương pháp xẻ này không cao

Trong phương pháp xẻ hình quạt miền xẻ Z được xác định dựa trên công

thức sau:

Z = AB + a (a là chiều dày tối thiểu của ván cho trước) (2-1)

và Z0 = 2r1sin([α] – 450) - 2b' (2-2) Trong công thức này r1 = OA ; b’ = AF = ½ EF

Bằng cách xẻ hình cung chúng ta cũng thu được ván xuyên tâm, cách xẻ hình cung được thực hiện trên nửa thiết diện hình tròn của cây gỗ Trong phương pháp xẻ hình cung miền xẻ Z được xác định dựa trên công thức sau:

  a

tg

d a

4 1

(2-3)

Trong đó (a) là chiều dầy của ván cho trước ; (d) là đường kính gỗ Cách

xẻ hình quạt khó cố định gỗ trong khi xẻ hơn cách xẻ hình cung, nhưng khả năng tận dụng gỗ xẻ ra ván xuyên tâm cao hơn Hơn nữa các phương pháp xẻ này đòi hỏi đường kính gỗ tương đối lớn Việc áp dụng phương pháp xẻ này cho gỗ rừng trồng đường kính nhỏ là không thích hợp

Hầu hết ở các phương pháp xẻ thông thường đối với gỗ rừng trồng đường kính nhỏ, số liệu khảo sát thấy, tỷ lệ thành khí khi xẻ vào khoảng 50 – 52%; phần còn lại là bìa bắp 16-24%; phế liệu, mùn cưa 4-10% Theo PGS- TS

Hình 2.4 Sơ đồ tính toán miền xẻ Z của hai phương pháp xẻ:

a) Phương pháp xẻ hình quạt; b) Phương pháp xẻ hình cung

Phạm Văn Chương tỷ lệ thành khí khi xẻ gỗ Keo tai tượng làm ván ghép thanh thì: khi xẻ theo phương pháp tiếp tuyến là 34%; còn theo phương pháp xuyên tâm là 21% [1,2]

Năm 1989, Rachman (Indonesia) đã nghiên cứu và lập bản đồ xẻ theo phương pháp xuyên tâm đối với gỗ cao su đường kính từ 16-26cm, kết quả thu được tỷ lệ thành khí vào khoảng 35,9 - 40,9%

Theo kết quả nghiên cứu của TS Nguyễn Ngọc Nam và PGS-TS Nguyễn Trọng Nhân [17] khi xẻ thanh cơ sở cho ván ghép thanh trên gỗ cao su, theo phương pháp xẻ hỗn hợp ra ván xuyên tâm, xẻ thử nghiệm 30 mẫu trên mỗi cấp đường kính, tỷ lệ thành khí thu được như sau:

Cấp đường kính từ 16-20cm thu được: 29,72%

Cấp đường kính từ 21-25cm thu được: 32,61%

Cấp đường kính từ 26-30cm thu được: 39,23%

Cấp đường kính từ 31-35cm thu được: 45,25%

Ngoài các phương pháp xẻ thông thường, trong một số trường hợp đặc biệt ván xuyên tâm vẫn được sử dụng tuy nhiên một số phương pháp xẻ xuyên tâm đang được áp dụng cho sản xuất hiện nay đòi hỏi kích thước nguyên liệu phải đồng đều và tương đối lớn, hơn nữa quy trình xẻ rất phức tạp, năng suất không cao, thường chỉ áp dụng cho một số yêu cầu nhất định về mặt kỹ thuật Theo một số nghiên cứu gần đây của TS Trần Tuấn Nghĩa về phương pháp

xẻ cho gỗ rừng trồng, ông đã đề ra được một phương pháp xác định miền xẻ Z trên thiết diện ngang của cây gỗ nhằm đảm bảo góc α = 600 Những nghiên cứu này dựa trên những kết quả nghiên cứu trước đây của bộ môn rừng và các sản phẩm rừng thuộc tổ chức CSIRO (Australia)

Hình 2.5 Sơ đồ xẻ nhằm triệt tiêu ứng suất sinh trưởng gỗ rừng trồng

Miền xẻ Z được xác định theo công thức: Z = D.cos

Trong đó D: đường kính khúc gỗ

Góc EMF = góc FMN = 

MN là tiếp tuyến với đường tròn đường kính D, tức là MN vuông góc với

EM tại M Góc  là góc được hợp thành đường tiếp tuyến với các vòng năm của khúc gỗ với cạnh MF

Tác giả đã chọn góc  bằng 600 và đã xác định được miền xẻ Z = 0,5 D Theo tác giả kết luận thì đã áp dụng sơ đồ xẻ này trên các khúc gỗ có đường kính D ≥ 20 cm, chiều dài L ≥ 2 m Thí nghiệm được tiến hành trên một số loại gỗ như Bạch Đàn, Keo lá tràm, Keo lai, Keo tai tượng tại vùng Lương Sơn - Hòa Bình, cây có độ tuổi từ 9 - 12 năm Kết quả thu được: ván

có chất lượng tốt (hầu như khắc phục được khuyết tật nứt vỡ trên các tấm gỗ xẻ) đồng thời thu được tỷ lệ lợi dụng gỗ cao [8] Tuy nhiên những số liệu chính xác của phương pháp xẻ này cũng như những nghiên cứu về các khuyết tật và biến dạng của thanh sau quá trình sấy thì hiện nay vẫn chưa được công

bố chính thức

Vào giữa những năm 1990 giáo sư Martin Wiklund, người đứng đầu học viện công nghệ gỗ của Thuỵ Điển đẫ giới thiệu một phương pháp xẻ xuyên

Hình 2.6 Sơ đồ xẻ xác định miền xẻ Z

tâm mới trong chương trình R&D program Trong những năm tiếp theo ý tưởng về phương pháp xẻ của ông đã được tiếp tục nghiên cứu và phát triển tại KTH-Tra (Học viện công nghệ gỗ ỏ STOCKHOLM Thuỵ Điển) Đến năm

1998 TS Dick U.W Sandberg thuộc học viện này đã tiến hành thử nghiệm phương pháp xẻ hình sao cho công nghệ sản xuất ván ghép thanh, với các thanh ghép dạng tam giác Phương pháp này bước đầu chỉ nghiên cứu trên hai loại gỗ Pinus silvestris và Picea abies Karst Nhưng kết quả cho thấy rất khả quan, tỷ lệ thành khí có thể đạt tới 90% (chưa bỏ tâm) và tỷ lệ lợi dụng gỗ lên

rất cao 58-60 % [21,24] Phương pháp xẻ này có thể được thực hiện trên cưa vòng đứng hoặc cưa vòng nằm nên rất thuận tiện và dễ dàng, tuy nhiên bộ phận ghá kẹp phôi gỗ đóng vai trò rất quan trọng, nó giúp cho quá trình thao tác được thuận tiện dễ dàng, tăng năng suất và độ chính xác khi xẻ chính vì vậy mà tỷ lệ thành khí khi xẻ và tỷ lệ lợi dụng gỗ được nâng lên đáng kể Hầu hết các nghiên cứu trước đây đều phát triển theo hướng cải tiến thiết bị hoặc đưa ra sơ đồ xẻ hợp lý cũng như phương pháp tính toán nhằm tăng tỷ lệ lợi dụng thành khí, tuy nhiên vấn đề khuyết tật của sản phẩm sau khi xẻ vẫn chưa được giải quyết một cách triệt để Phương pháp xẻ mà TS Dick U.W Sandberg đưa ra cũng là một trong số những phương pháp nhằm khắc phục những hiện tượng biến dạng của ván sau khi chế tạo Ngoài ra trong phương pháp này thì một phần tâm gỗ bị loại bỏ, đây chính là một đặc điểm của phương pháp rất thích hợp đối với quá trình xẻ gỗ Keo tai tượng

Hình 2.7 Một số sơ đồ xẻ kết hợp của giáo sư Martin Wiklund

2.3 LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ SẤY

Trong công nghệ sản xuất ván ghép thanh sấy gỗ là một khâu rất quan trọng, nó có ảnh hưởng rất lớn đến độ ẩm của ván sau này cũng như mọi tính chất cơ lý của ván Ngoài ra nếu quá trình này không được thực hiện tốt sẽ dẫn tới một số khuyết tật của ván như: bong tách màng keo, tách đầu ván, cong vênh biến dạng của ván khi sử dụng Vì bản chất của quá trình sấy gỗ là

sự thiết lập chế độ cân bằng ẩm của môi trường và gỗ Vậy nên tầm quan trọng của công đoạn sấy là rất lớn

Trong sấy gỗ quá trình vận chuyển ẩm đóng vai trò hết sức quan trọng do vậy mọi chế độ sấy phải thúc đẩy quá trình vận chuyển ẩm từ trong ra ngoài

bề mặt gỗ Nhiệt độ càng cao dẫn ẩm càng tốt Xuất phát từ nguyên lý này người ta càng coi trọng giai đoạn làm nóng gỗ ở độ ẩm môi trường () cao Đối với nhiều loại gỗ ở nước ta việc tăng độ ẩm môi trường làm nóng gỗ ban đầu và ở giai doạn sấy đều có ý nghĩa hết sức quan trọng còn do sự phụ thuộc vào hệ số quán tính nhiệt (a), vào độ ẩm (W)

Ván càng mỏng càng dễ khô hơn nên có thể tăng nhiệt độ và giảm độ ẩm môi trường sấy Ván càng dày độ ẩm ban đầu càng lớn thì cần phải thay đổi T

- Thay đổi T và  (T) theo độ ẩm tức thời của gỗ sấy Đây là phương pháp đang được áp dụng rộng rãi nhất hiện nay do nó linh hoạt, dẽ điều chỉnh, tuy nhiên nó đò hỏi phải thuờng xuyên kiểm tra độ ẩm của gỗ trong lò sấy

- Thay đổi T và  (T) theo đặc tính phát triển của nội ứng suất trong gỗ sấy Đây là phương pháp có khả năng cho chất lượng sấy cao nhất Tuy nhiên đến nay đây chỉ là một ý tưởng vì thiết bị để xác định nội ứng suất của gỗ sinh

ra trong quá trình sấy vẫn chưa xuất hiện

Thông thường thanh cơ sở sau khi được xẻ với quy cách chuẩn, được chuyển đến công đoạn sấy Vì kích thước nhỏ nên khả năng thoát ẩm trong thanh là rất lớn Qui trình sấy có thể áp dụng không quá phức tạp, có thể áp dụng chế độ sấy cứng trên lò hơi nước hoặc hơi đốt có không khí tuần hoàn Theo những nghiên cứu của TS Trần Tuấn Nghĩa về chế độ sấy ván tiếp tuyến (với chiều dày trung bình 5cm) được xẻ từ gỗ Keo tai tượng [8], ông đã chia ra các giai đoạn sấy như sau:

Biểu 2.1 Các thông số kỹ thuật trong phương pháp sấy gỗ Keo tai tượng [8]

Giai đoạn sấy Nhiệt độ sấy

(0C)

Độ ẩm môi trường (%)

Thời gian sấy (h)

lò sấy nên sẽ ảnh hưởng tới hiệu quả và chất lượng của mẻ sấy Chính vì vậy

mà TS Dick U.W Sandberg đã đặc biệt quan tâm đến cách thức xếp thanh cơ

sở trong quá trình sấy Ông đã đưa ra một số mô hình xếp gỗ với những lý giải như sau

Ông đã đưa ra 4 dạng xếp đống trong lò sấy [21], đó là:

- Xếp theo các thanh đơn (simple stacking)

- Xếp theo khối (in blocks)

- Xếp theo nhóm ba thanh một (in groups of three)

- Xếp theo nhóm ba thanh một chưa rọc cạnh (unedged triangles in groups

of thre)

Xếp theo các thanh đơn (simple stacking) nghĩa là các thanh tam giác được

xếp lần lượt từng thanh một theo từng lớp chồng lên nhau, khoảng cách giữa các thanh khoảng 2cm Không cần quan tâm đến chiều hướng của vòng năm Tuy nhiên phương pháp này đã cho thấy một số những bất lợi đó là nếu xếp đống quá lớn thì áp lực của toàn bộ đống gỗ sẽ phá hủy các góc tại đỉnh của thanh (Brask 1994; Holmberg and Sandberg 1995a) Nhưng trong các phương pháp xếp thanh thì đây là phương pháp làm cho độ ẩm giữa các thanh đồng đều nhất

Xếp theo khối (in blocks) nghĩa là các thanh tam giác được xếp liên tục sát

nhau để tạo thành một khối Tuy nhiên theo tác giả phân tích thì bề mặt tiếp tuyến của từng thanh phải được quay ra ngoài, tức là phải tiếp xúc trực tiếp với môi trường sấy Vì đây là mặt có khả năng thoát ẩm nhanh hơn mặt xuyên tâm Phương pháp này có ưu điểm là tiết kiệm được không gian trong lò sấy Nhưng do xếp thanh theo từng khối như vậy nên sự thoát ẩm của các thanh nằm phía trong khối là rất chậm, điều này cũng gây ra một hiện tượng nữa là

Hình 2.8.Bốn dạng xếp gỗ trong lò sấy của TS Dick U.W Sandberg :

a)xếp gỗ theo các thanh đơn; b) xếp gỗ theo khối; c) xếp gỗ theo nhóm ba thanh một; d) xếp gỗ theo nhóm ba thanh gỗ xẻ chưa rọc cạnh

sự biến mầu trên các bề mặt tiếp tuyến của thanh, đây cũng là một hạn chế lớn của phương pháp này

Xếp theo nhóm ba thanh một (in groups of three) là cách xếp thanh theo

từng nhóm, mỗi nhóm bao gồm ba thanh, nhưng khác với phương pháp trên là

bề mặt tiếp tuyến của từng thanh lại quay vào phía trong Điều này sẽ làm giảm sự thoát ẩm của thanh, vì thế mà làm cho quá trình sấy bị chậm lại, nhưng sẽ giảm được những rủi ro trong quá trình sấy đồng thời cũng hạn chế được sự biến mầu của gỗ Trong phương pháp này tác giả cũng cho biết sẽ xuất hiện một số vết nứt nhỏ và ứng suất tập trung gây phá hủy thanh Đây là phương pháp được dùng phổ biến nhất để sấy các thanh tam giác

Xếp theo nhóm ba thanh một chưa rọc cạnh (unedged triangles in groups of

three) Đây cũng như là một phương pháp mới, nó cũng giống như cách tìm ra

phương pháp xẻ hình sao Ý tưởng của phương pháp này xuất phát từ hai vấn

đề

+ Thứ nhất là khi để nguyên một mặt chưa xẻ trong khi sấy sẽ làm tăng được tỷ lệ thành khí của thanh sau quá trình sấy Vì sau quá trình sấy các góc tại đỉnh của tam giác sẽ bị lệch đi, điều này sẽ làm cho hao hụt nguyên liệu ở các khâu gia công tiếp theo tăng lên Theo tác giả thì phương pháp này sẽ làm lợi hơn 1,5% tỷ lệ thành khí so với phương pháp xẻ thanh hoàn thiện trước khi sấy

+ Thứ hai là việc không loại bỏ phần này sẽ làm cho cá vết nứt trên bề mặt tiếp tuyến giảm đi đáng kể, cũng như hoàn toàn tránh được hiện tượng biến mầu gỗ

Tuy nhiên phương pháp này lại làm cho thể tích một mẻ sấy tăng lên 15% /mẻ Tiêu hao nguyên liệu sẽ lớn hơn và phần bỏ đi do xẻ lại sau khi sấy sẽ không dùng được cho công nghệ chế biến dăm vì phần này gần vỏ có tính chất cơ học rất thấp

2.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VÁN GHÉP THANH

Qua phân tích đặc điểm và một số tính chất cơ học, vật lý của Keo tai tượng, chúng tôi nhận thấy rằng Keo tai tượng rất thích hợp làm nguyên liệu cho sản xuất ván ghép thanh

Tuy nhiên, do đặc điểm cấu tạo nên gỗ có màu sắc và vân thớ không đẹp Trong tài liệu [1] TS Phạm Văn Chương đã đề xuất chỉ sử dụng Keo tai tượng để sản xuất ván lõi cho sản phẩm ván ghép thanh có phủ mặt

Trong công nghệ sản xuất ván ghép thanh lõi đặc có phủ mặt thì yếu tố độ cong vênh của ván được chú ý hơn cả Hiện nay nó được khắc phục bằng một

Ghép đối xứng vòng năm theo phương tiếp tuyến

Nếu mặt tiếp tuyến với đường vòng năm của các thanh ghép thành phần được xếp đối xứng với nhau theo phưong chiều dày ván hoặc theo phương chiều rộng ván, thì ván ghép tạo ra ít cong vênh hơn nhưng có nhược điểm là

bề mặt ván có dạng sóng do sự co rút theo phương tiếp tuyến và phương xuyên tâm là rất khác nhau

Nếu mặt tiếp tuyến với đường vòng năm của các thanh ghép thành phần vuông góc với bề mặt ván ghép thì ván tạo thành sẽ có bề mặt phẳng và nhẵn

Hình 2.9 Phương pháp ghép đối xứng vòng năm theo phương tiếp tuyến

hơn, loại ván này chỉ có thể được tạo ra từ các thanh ghép xẻ theo phương pháp xuyên tâm

Vì vậy nên trong đề tài này chúng tôi đã sử dụng phương pháp ghép thanh đối xứng vòng năm Phương pháp này có đặc điểm là tạo được bề mặt phẳng nhẵn cho cả hai mặt ván tạo điều kiện tốt cho quá trình dán phủ sau này Hơn nữa trong ba phương: tiếp tuyến, xuyên tâm và dọc thớ, thì khả năng co rút theo chiều dọc thớ là ít nhất tiếp đến là xuyên tâm và chiều co rút mạnh nhất là phương tiếp tuyến Chính vì vậy mà với phương pháp xếp thanh như trên sẽ tạo điều kiện hạn chế sự cong vênh của ván

Để đảm bảo điều kiện chất lượng sản phẩm, trong quy trình sản xuất có một số yêu cầu bắt buộc như sau [2,6]:

- Các thanh thành phần phải gia công theo đúng quy cách

- Phải đảm bảo độ kín khít giữa các thanh ghép

- Độ ẩm thanh ghép MC = 8 ± 2%

- Xếp các thanh ghép kế tiếp nhau theo nguyên tắc đối xứng vòng năm

- Lượng keo tráng 150 -250 g/m2

Hình 2.10 Phương pháp ghép đối xứng vòng năm theo phương bề mặt ván

Hình 2.11 Một số dạng khuyết tật thường sẩy ra cho ván ghép thanh với

các thanh ghép dạng tiếp tuyến

- Áp suất ép cạnh phụ thuộc vào chất lượng bề mặt thanh song không được nhỏ hơn 1,0 MPa

Quan hệ giữa chiều dày và chiều rộng thanh ghép:

Trong quá trình sản xuất ván ghép thanh, quan hệ giữa chiều dày và chiều rộng của thanh ghép thành phần là một vấn đề rất được quan tâm nghiên cứu

Sự thay đổi quan hệ kích thước này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, giá thành sản xuất Sở dĩ như vậy vì khi thay đổi kích thước thanh cơ

sở sẽ làm cho các tính chất vật lý và cơ học của ván thay đổi

Theo TS Phạm Văn Chương:

Khi tỷ lệ chiều rộng trên chiều dày nhỏ (w/t ≤ 2)

- Hạn chế được nhưng khuyết tật tự nhiên của gỗ (đặc biệt là Keo tai tượng) như: mắt, mục, nứt

- Các thanh ghép thành phần tương đối ổn định về cấu tạo và tính chất nên

dộ bền cơ học của ván được tăng cường

- Nội ứng suất sinh ra khi co rút và dãn nở giữa hai phương xuyên tâm và tiếp tuyến nhỏ nên sản phẩm ổn định ít cong vênh biến dạng

- Nhưng hao hụt do các khâu tạo thanh lớn cộng với lượng keo dán tăng lên

do số lượng mối dán tăng dẫn tới giá thành sản phẩm tăng

Khi tỷ lệ chiều rộng trên chiều dày lớn (w/t ≥2 )

- Độ bền của các thanh ghép giảm, đặc biệt là độ bền uốn

- Nội ứng suất sinh ra khi co rút, dãn nở giữa hai phương xuyên tâm và tiếp tuyến lớn nên sản phẩm không ổn định dễ bị cong vênh, biến dạng

- Khó loại trừ được khuyết tật tự nhiên của gỗ

- Hao hụt nguyên liệu do khâu tạo các thanh cơ sở giảm, lượng keo dán giảm do số lượng mối dán ít hơn dẫn tới giá thành sản phẩm giảm

Hiện nay trong những cơ sở sản suất thì phương pháp ghép ngón (Finger Joint Sawntimber) đang được sử dụng nhiều nhất không chỉ vì chất lượng của mối ghép rất tốt, độ bền dán dính cao làm cho chất lượng sản phẩm tăng lên

mà còn bởi công nghệ này ngày nay được phổ biến rộng khắp vì việc đầu tư cho thiết bị và công nghệ không cao, dễ thay thế khi cần thiết và cho năng suất rất cao

Để sản xuất ván ghép thanh dạng ghép ngón, hiện nay có rất nhiều công nghệ khác nhau tùy thuộc vào điều kiện thiết bị cụ thể của từng cơ sở sản xuất Nhưng nói chung ván ghép thanh lõi đặc thường được sản xuất theo dây chuyền công nghệ (hình 2.3)

Hình 2.12 Một số dạng ghép ngón phổ biến đang được sử dụng hiện nay

Cưa cắt theo kích thước chuẩn

Cắt ngắn Phay mộng ngón

Ghép dọc Tráng keo

Hình 2.13 Sơ đồ công nghệ sản xuất ván ghép thanh dạng Finger Joint

Sawntimber.

Bóc vỏ

Là một trong những công đoạn bắt buộc đối với mọi loại hình chế biến Nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ của công cụ cắt, giảm tiêu hao động lực Trong một số dây chuyền hiện đại gỗ trong phải bắt buộc qua những thiết bị

dò kim loại nhằm phát hiện và loại bỏ những vật liệu lạ lẫn trong vỏ cây sau quá trình vận chuyển Trung bình tỷ lệ vỏ cây Keo tai tượng (8-10 năm) chiếm khoảng từ 10-12% thể tích

Cắt khúc

Một trong những ưu điểm nổi bật của ván ghép thanh là chúng ta có thể sử dụng các thanh ghép có chiều dài tùy ý Với công nghệ hiện nay chiều dài thanh ghép nhỏ nhất có thể sử dụng là 20 cm Tuy nhiên khi chiều dài thanh ghép càng nhỏ sẽ kéo theo những chi phí gia công, tăng luợng keo tráng trên một đơn vị sử dụng

Mục đích của việc cắt khúc là tiến hành cưa cắt gỗ tròn thành các khúc gỗ

có ít khuyết tật nhất, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho các công doạn gia công tiếp theo

Gia công thanh ghép

Một trong những yêu cầu quan trọng đối với ván ghép thanh gỗ ghép là phải có các thanh ghép có bề mặt phẳng, nhẵn, không lẹm cạnh Do vậy, các thanh gỗ ghép bắt buộc phải qua công đoạn phay các bề mặt Thông thường công việc này được thực hiện bằng máy phay 4 mặt chuyên dùng

Trong quá trình sản xuất ván ghép thanh thì chất lượng bề mặt gia công là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng của ván Nếu bề mặt gia công càng phẳng và nhẵn thì màng keo sẽ liên tục, lượng keo tráng càng mỏng, dẫn tới khả năng dán dính sẽ tăng lên Ngược lại, khi chất lượng

bề mặt thấp, độ mấp mô lớn làm chiều dày màng keo không đồng đều, màng keo sẽ không liên tục, làm chất lượng dán dính giảm xuống

Độ nhẵn của bề mặt gia công phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng máy móc

và thiết bị của cơ sở sản xuất Thông thường độ nhẵn bề mặt được lấy đến

G8 [6] trong quá trình phay 4 mặt

Ảnh hưởng của keo dán

Trong công nghệ sản xuất ván ghép thanh có thể sử dụng được nhiều loại keo, nhưng để phù hợp với công nghệ sản xuất, yeu cầu chất lượng và hiệu quả kinh tế Người ta thường dùng một số loại keo như: U-F; M-U-F; PVA; EPI; PVAc Tùy theo yêu cầu sử dụng và các công đoạn tiếp theo sau khi ép

mà người ta quyết định sử dụng loại keo nào cho phù hợp Nhưng đa phần hiện nay các loại keo nhiệt dẻo sử dụng nguyên lý đóng rắn nhờ bay hơi của dung môi đang được sử dụng phổ biến hơn cả Ưu điểm của loại keo này là trong quá trình ép không cần nhiệt độ nên rất tiết kiệm năng lượng, năng suất được tăng lên đáng kể

Nồng độ của keo có liên quan mật thiết tới độ nhớt của keo Nếu nồng độ keo không hợp lý sẽ không đảm bảo độ đồng đều của màng keo, làm giảm chất lượng của sản phẩm thông thường trong ván ghép thanh, nồng độ keo sử dụng thích hợp thường là: 40-60% Độ nhớt của keo phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: hàm lượng khô, độ polime, độ phức tạp của nhiều phân tử Nó

có ảnh hưởng lớn tới công nghệ và chất lượng dán dính, thông thường độ nhớt của keo ≥ 4000 mPas [6]

Độ pH của keo có ảnh hưởng rất nhiều tới thời gian ép, khả năng đóng rắn của màng keo Độ pH của keo phải phù hợp để không phá hủy gỗ, không ảnh hưởng tới chất lượng dán dính và phải đảm bảo thời gian công nghệ nhanh nhất

Lượng keo tráng ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng dán dính và giá thành sản phẩm Nếu lượng keo tráng quá nhiều, màng keo dày, dễ sinh ra nội ứng suất khi đóng rắn, đồng thời làm giá thành sản phẩm tăng lên Nếu lượng keo tráng quá ít, màng keo bị dán đoạn, không đều dẫ tới chất lượng mối dán không đảm bảo Thông thường lượng keo tráng được tính trong khoảng 150-

Nhiệt độ ép phải đảm bảo không phá hủy keo và vật dán, là tác nhân làm tăng nhanh phản ứng đóng rắn của màng keo Nhiẹt độ ép phụ thuộc vào loại keo, chiều dày sản phẩm, độ ẩm gỗ

Thời gian ép phải đảm bảo thời gian đóng rắn triệt để của màng keo nhưng không quá lâu để làm giảm cường độ mối dán và tăng năng suất lao động Thời gian ép phụ thuộc vào loại keo, độ pH của keo, nhiệt độ ép, chiều dày sản phẩm, độ ẩm gỗ

Áp lực ép trong công nghệ sản xuất ván ghép thanh bao gồm hai thành phần: lực ép cạnh nhằm tạo sự liên kết giữa các thanh với nhau theo chiều ngang tấm ván và lực ép mặt nhằm tạo ra độ phẳng cho ván Áp suất ép phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: chất lượng bề mặt của thanh ghép, loại keo,

độ ẩm gỗ

Trong thí nghiệm chế tạo ván ghép thanh từ gỗ Keo tai tượng, T.S Phạm Văn Chương đã thử nghiệm với chế độ ép như sau: thí nghiệm được thực hiện trên máy ép thủy lực 1 tầng, gia nhiệt bằng phương pháp tiếp xúc, sử dụng chất kết dính là keo U-F

CHƯƠNG III

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XẺ HÌNH SAO VÀ VÁN

GHÉP THANH VỚI THANH GHÉP DẠNG TAM GIÁC

3.1 PHƯƠNG PHÁP XẺ HÌNH SAO

Theo tính toán lý thuyết thì sản phẩm thu được theo phương pháp xẻ hình sao (trừ phần bỏ ở tâm gỗ) đều là ván xuyên tâm (α ≥ 600)

Phương pháp này được giáo sư Martin Wiklund giới thiệu vào những năm

1990 Là một phương pháp xẻ được kết hợp từ phương pháp xẻ cung (sector)

và phương pháp xẻ ¼ (quater) nên phương pháp này có những ưu điểm nhất định Đối với hai phương pháp xẻ xuyên tâm thông thường nếu đem áp dụng cho gỗ rừng trồng đường kính nhỏ (D≤ 20) thì tỷ lệ thành khí thu được rất thấp Hơn nữa việc đầu tư cho thiết bị lại rất phức tạp nhưng quan trọng nhất

là sản phẩm thu được có kích thước nhỏ, khó sử dụng hiệu quả Vì vậy là không thích hợp khi áp dụng các phương pháp xẻ xuyên tâm thông thường cho gỗ rừng trồng

Quy trình xẻ hình sao chủ yếu được thực hiện trên cưa vòng đứng hoặc cưa vòng nằm kết hợp với cưa đĩa Nhưng trong cả hai phương pháp đều cần những bộ gá kẹp để xoay lật gỗ Trong đó yêu cầu về đảm bảo góc ở tâm (600) cho các thanh tam giác là rất quan trọng

Hình 3.1 Góc α của thanh ghép sử dụng phương pháp xẻ hình sao

- Thứ nhất: đảm bảo được chỉ số của góc α trên mỗi tấm ván

- Thứ hai: đảm bảo được kích thước các tấm ván sau khi xẻ sẽ đúng với thiết kế ban đầu

Hình 3.2 Quy trình xẻ theo phương pháp xẻ hình sao

Hình 3.3 Quy trình xẻ theo phương pháp xẻ hình sao trên cưa vòng đứng

Đến năm 1998 Tiến sĩ Dick U.W Sandberg thuộc học viện KTH-Tra (Học viện công nghệ gỗ Thuỵ Điển) đã ứng dụng thành công ván ghép thanh sử dụng thanh cơ sở dạng tam giác được xẻ theo phương pháp xẻ hình sao Ban

đầu ông sử dụng hai loại gỗ Pinus silvestris và Picea abies Karst để nghiên

cứu [1,3]

Đây là một thành công rất quan trọng, nó quyết định tới khả năng sử dụng của các thanh tam giác cũng như khả năng ứng dụng của phương pháp xẻ hình sao

Trong quá trình nghiên cứu T.S Dick cũng đưa ra những phương pháp xẻ hình sao trên cưa vòng đứng và cưa vòng nằm kết hợp với hệ thống xoay tròn

Hình 3.4 Hệ thống cưa xẻ chuyên dùng có sự trợ giúp của máy tính OPTSAW - system

được Nordfors và Sandberg (1993) phát triển

Khi nghiên cứu và thử nghiệm trên hơn 1000m3 gỗ, T.S Dick đã rút ra một

số kết luận về sơ đồ xẻ và kích thước hợp lý của các thanh thành phần khi xẻ theo phương pháp hình sao như sau:

- Phương pháp thứ nhất là lấy chiều dày của tấm ván xuyên tâm chữ nhật làm chuẩn (t =50mm) sau đó các kích thước còn lại được tính toán theo chiều dày (t)

- Phương pháp thứ hai là lấy chiều dài cạnh của thiết diện tam giác làm chuẩn (a =90mm) sau đó các kích thước còn lại được tính toán theo chiều dài cạnh tam giác (a)

- Phương pháp thứ ba là phương pháp tổng hợp Nó được tính toán dựa trên nguyên lý tỷ lệ thành khí cao nhất khi đường kính gỗ thay đổi

Trong ba phương pháp trên thì phương pháp thứ nhất thể hiện được những

ưu điểm nổi bật riêng, bởi vì đối tượng quan tâm chính của phương pháp này

Hình 3.5 Sơ đồ xẻ theo phương pháp xẻ hình sao sử dụng cho các cấp đường

kính gỗ