Nghiên cứu một số tính chất vật lý tính chất cơ học thành phần hóa học của vỏ quả jatropha và định hướng sử dụng sản xuất ván dăm

TRẦN MINH SƠN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ, TÍNH CHẤT CƠ HỌC, THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA VỎ QUẢ JATROPHA VÀ ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG SẢN XUẤT VÁN DĂM Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị

TRẦN MINH SƠN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ, TÍNH CHẤT

CƠ HỌC, THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA VỎ QUẢ JATROPHA

VÀ ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG SẢN XUẤT VÁN DĂM

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 PGS.TS NGUYỄN VĂN THIẾT

Hà Nội, 2012

ĐẶT VẤN ĐỀ

Cùng với việc phát triển kinh tế xã hội, nguồn năng lượng hoá thạch tự nhiên đã và đang được khai thác, sử dụng ngày càng cạn kiệt Con người cũng nhận thấy việc sử dụng nhiên liệu hoá thạch đang làm ô nhiễm môi trường trầm trọng, làm cho trái đất nóng dần lên do đã thải ra một lượng ôxitcacbon rất lớn Việc nghiên cứu tìm kiếm nguồn nguyên liệu mới thay thế đóng vai trò quan trọng cho sự tồn tại và phát triển, trong đó dầu diesel sinh học là một phương án rất hiện thực và tiềm năng

Cây Jatropha là cây hoang dại Gần đây được nhiều nước như Ấn độ, Trung quốc, Indonexia, Thái lan, Braxin, Mehyco,… trồng trên diện tích lớn với mục đích điều chế dầu diesel sinh học thay thế một phần dầu mỏ hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt Bước đầu đã có những thành công đáng khích lệ Tại Việt Nam, Thủ tướng chính phủ đã ra quyết định số 177/2007/QĐ – TTg – ngày 20 tháng 11 năm 2007, phê duyệt “ Đề án phát triển nhiên liệu

sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” với nội dung chủ yếu “ Xây

dựng và phát triển các cơ sở sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học trên phạm vi cả nước Đến năm 2015, sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn (pha được 5 triệu tấn E5, B5), đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước” Theo tinh thần của quyết định trên, ngày 19 tháng 6 năm 2008 Bộ trưởng Bộ Nông Nghiệp và PTNT có Quyết định số 1842/QĐ-BNN-LN, phê duyệt đề án “Nghiên cứu, phát triển và sử dụng sản phẩm cây cọc rào (Jatropha) ở Việt Nam giai đoạn 2008-2015 và tầm nhìn đến 2025”, đặt mục tiêu trong giai đoạn 2008-2010 trồng thử nghiệm, khảo nghiệm và sản xuất ở các vùng sinh thái khác nhau Dự tính quy mô diện tích Jatropha khoảng 30.000ha, năm 2015 mở rộng khoảng 300.000ha và năm 2025 đạt tới 500.000ha

Khi dự án theo quyết định của Thủ tướng được triển khai thực hiện thì quá trình sản xuất dầu nhiên liệu sinh học từ cây Jatropha sẽ để lại một lượng

vỏ quả dạng phế liệu sau chế biến rất lớn Nếu không có giải pháp sử dụng thì dạng phế liệu này cũng có những ảnh hưởng xấu đến môi trường như những phế liệu nông nghiệp khác Ngoài vỏ quả Jatropha những loại cây nông nghiệp khác trong quá trình thu họach và chế biến cũng để lại những lượng phế liệu đáng kể Nghiên cứu sử dụng những loại phế liệu này để sản xuất ra các loại sản phẩm hữu ích là cần thiết

Vì vậy, chúng tôi đề xuất tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu tính

chất vật lý, cơ học và hóa học của vỏ quả cây Jatropha và định hướng sản xuất ván dăm” nhằm bổ sung nguồn nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất

ván nhân tạo

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Nguyên liệu sản xuất ván dăm

1.1.1 Nguyên liệu gỗ sử dụng cho sản xuất ván dăm [7]; [8]

Ván dăm lúc đầu được sản xuất từ mùn cưa, phoi bào, gỗ vụn Sau đó,

do yêu cầu vế chất lượng nên gỗ nguyên cây được đưa vào sản xuất ván dăm

Vì thế, trong sản xuất ván dăm, gỗ là vật liệu truyền thống và chủ yếu Tuy nhiên trên thực tế khả năng cung cấp gỗ từ rừng ngày càng khó khăn so với nhu cầu sử dụng gỗ nên nguyên liệu sản xuất ván dăm được sử dụng chủ yếu

là phế liệu gỗ các loại gồm gỗ nhỏ, cành ngọn, củi và phế liệu sau khai thác rừng và phế liệu sau chế biến gỗ

1.1.1.1 Phế liệu gỗ nhỏ

Gỗ nhỏ bao gồm gỗ tỉa thưa rừng trồng, củi, cành ngọn, gỗ sâu bệnh,

cây nhỏ gãy đổ… Phế liệu dạng này có đường kính từ 2cm trở lên Tuy nhiên với kích thước đường kính như vậy, tỷ lệ dăm công nghệ thấp và chất lượng không cao nên sản xuất ván dăm không hiệu quả Trong thực tế, gỗ nhỏ có đường kính từ 6 - 8 cm có thể băm dăm có chất lượng cao (Hình 1.1)

a) Gỗ nhỏ đường kinh 2-3cm b) Gỗ nhỏ đường kinh > 5cm

Hình 1.1 Phế liệu gỗ nhỏ

1.1.1.2 Phế liệu sau chế biến gỗ

+ Phế liệu trong sản xuất ván dán

Phế liệu trong sản xuất ván dán gồm những dạng sau : ván mỏng bóc trước khi khúc gỗ tròn đều Phế liệu ván mỏng khi bóc ván Lõi gỗ sau khi bóc ván mỏng (sử dụng máy có chấu kẹp, bóc gỗ quy cách lớn, lõi gỗ bóc chiếm khoảng 10 - 12% , sử dụng máy bóc không chấu kẹp (vô tâm), lõi bóc khoảng 3-5%) Phế liệu sau khâu xén cạnh ván dán 3,5 - 4,5% (mạt cưa và cạnh rìa ván đã ép), ván mỏng không sử dụng được từ 30-35%, phế liệu khác khoảng 3-4% Nhìn chung, đây là nguồn phế liệu có chất lượng tốt Ngoài ra, một lượng vỏ cây cũng được sử dụng (Hình 1.2)

Hình 1.2 Phế liệu khi bóc ván: Lõi và ván vụn

+ Phế liệu cưa xẻ gỗ

Trong cưa xẻ gỗ phế liệu gồm có vỏ cây, bìa bắp, gỗ vụn, gỗ thanh nhỏ,

gỗ đầu cây, gỗ không sử dụng được trong cưa xẻ, mạt cưa, gỗ có đinh và kim loại, gỗ mục biến màu… Phế liệu trong cưa xẻ có thể chỉ một loại gỗ, nhưng cũng có thể là hỗn hợp nhiều loại gỗ do loại hình Phế liệu trong cưa xẻ cưa

xẻ có độ ẩm cao, sự khác biệt rất lớn về dạng hình học và kích thước : bìa mỏng nhiều vỏ, lượng gỗ ít bìa dày thường là bạnh, vè, u, bướu… có hình dạng, kích thước rất khác nhau Mạt cưa trong cưa xẻ cũng có nhiều loại khác nhau và không phải loại nào cũng có thể sử dụng vào sản xuất ván dăm ngay

được

Phế liệu trong khâu xẻ gỗ tròn có chất lượng không đồng đều nhau, khi

sử dụng để băm dăm cần gia công lại cho phù hợp với cấu tạo của máy hoặc lựa chọn máy phù hợp với dạng phế liệu (Hình 1.3)

Hình 1.3 Phế liệu trong cưa xẻ gỗ

+ Phế liệu từ sản xuất ván lạng

Phế liệu trong sản xuất ván lạng gồm những lớp ván lạng mỏng bị loại

bỏ khi lạng phần bề mặt hộp gỗ, ván mỏng bị vết do thước nén ép không đều, xước do vết dao, bị rách do mẻ dao hoặc gặp vật lạ, kim loại cứng và khuyết

tật khác của cây Phế liệu sau khâu xén dọc và xén ngang ván mỏng Phế liệu

ván lạng đa phần có chiều dày từ 0,3 – 0,6mm, bề mặt có độ nhẵn cao, phẳng,

là dạng tốt nhất trong các loại phế liệu để sản xuất dăm phẳng, nhẵn, có kích thước hình học đúng tiêu chuẩn dăm để sản xuất ván dăm chất lượng cao

+ Phế liệu trong gia công chế biến sản phẩm gỗ:

Phế liệu trong gia công chế biến sản phẩm gỗ rất khác nhau về kích thước, hình dạng, được hình thành từ các công đoạn gia công chi tiết, bao gồm: thanh mỏng, gỗ cắt đầu phôi, gỗ cắt đầu ván, mạt cưa, phoi bào, phế liệu dạng cong, dạng hình nấm, chi tiết và sản phẩm hỏng, ván nhân tạo dư thừa trong gia phôi…Phế liệu sau gia công chế biến sản phẩm gỗ có thể có lẫn keo, nhựa, đinh kim loại, giấy và vật liệu khác gây ảnh hưởng đến sản xuất ván dăm Độ ẩm của phế liệu trong gia công chế biến sản phẩm gỗ khá thấp (10 -16%) Điều này tuy có lợi cho sấy dăm nhưng lại bất lợi cho việc sản xuất dăm đúng kích thước tiêu chuẩn Đồng thời tạo ra bột bụi và gỗ vụn không

mong muốn Phế liệu gia công sản phẩm gỗ dạng phoi bào, phoi tiện và phay lẫn với mạt cưa thường có độ ẩm từ 10 – 14% Sử dụng dạng phoi dăm bào, phoi phay tiện, mạt cưa rút gọn được một số công đoạn trong sản xuất ván dăm, nhưng chất lượng ván thấp Để có dăm công nghệ đạt yêu cầu cần phân loại và nghiền lại dạng phế liệu này (Hình 1.4)

Hình 1.4 Phoi bào và đầu mẩu

+ Phế liệu từ sản xuất ván dăm

Phế liệu trong sản xuất ván dăm chủ yếu là mạt cưa và rìa cạnh ván trong khâu xén ván theo quy cách Ngoài ra, phế liệu còn có ván dăm không đạt yêu cầu, ván thừa trong khâu xén ván theo quy cách nhỏ… Phế liệu dạng này thường chứa độ ẩm thấp (6 – 8%) và keo đã đóng rắn, dễ dàng bị nghiền nhỏ thành dăm lớp ngoài và dăm lớp trong Quá trình tạo lại dăm từ phế liệu ván dăm thường phải loại bỏ nhiều bột bụi, cục nhỏ không đạt yêu cầu (Hình 1.5)

Hình 1.5 Ván dăm phế liệu

1.1.2 Nguyên liệu ngoài gỗ sử dụng cho sản xuất ván dăm

Trong luận văn này, thuật ngữ “Nguyên liệu ngoài gỗ” là bao gồm thực vật có sợi và phế liệu nông nghiệp Tiêu chuẩn để xem xét nguyên liệu ngoài

gỗ sử dụng trong sản xuất ván dăm vẫn dựa trên cơ sở nguyên liệu gỗ Nếu nguyên liệu ngoài gỗ có chất lượng sẽ tạo ra ván dăm có tính năng tốt và có thể giảm được một số công đoạn công nghệ, nhưng một số công đoạn phải cần đến thiết bị chuyên dùng để điều chế dăm Tuy nhiên, sử dụng nguyên liệu ngoài gỗ và phế liệu nông nghiệp cũng có những điểm không thuận lợi cần lưu ý trong vận chuyển, lưu trữ, bảo quản Nguyên liệu ngoài gỗ để sản xuất ván dăm có thể tạm phân thành hai loại : loại đang được sử dụng để sản xuất ván dăm thương mại và loại đã được nghiên cứu nhưng chưa được triển khai ứng dụng

1.1.2.1 Nguyên liệu ngoài gỗ đang được sử dụng để sản xuất ván dăm [9];[10]

+ Bã mía: Bã mía là phế liệu của các nhà máy đường Lượng bã mía

thường chiếm 30% sản lượng mía ép Sau khi sử dụng để đốt lò lượng bã mía còn lại nhiều trên 60 %, gây ùn tắc, trở ngại cho sản xuất và gây ô nhiễm môi trường Vì vậy sử dụng bã mía làm ván dăm là một trong những giải pháp tốt của các nhà máy đường Bã mía có hàm lượng xenlulo 75,1 – 79,2%; Lignin 19,3 – 20,2%; Pentosen 1,5 – 1,7% Bã mía sau khi ép đường còn lại một lượng đường khá lớn, đồng thời chứa tủy nên ảnh hưởng đến chất lượng ván dăm bã mía Do đó, để sản xuất ván dăm cẩn phải ủ bã mía bằng cách đóng bành 25 – 30 kg cất trữ trong kho khoảng 3 thảng cho lượng đường phân giải hết sau đó khử tủy, làm sạch bã, sấy khô và điều chế dăm công nghệ Ván dăm thương phẩm sản xuất từ bã mía có các đặc điểm: quy cách sản phẩm 1220 x

2440 x 6mm – 18mm Các tính chất của ván kiểm tra theo tiêu chuẩn quốc gia Trung quốc GB/4897 – 92 có độ bền uốn tĩnh lớn hơn 214 kG/cm2 Độ bền kéo vuông góc bề mặt : 3,05 kG/2, tỷ lệ trương nở 11 – 12% Khối lượng thể tích trung bình 0,68 g/cm3 Nhìn chung đây là loại nguyên liệu ngoài gỗ cho sản phẩm ván dăm thương mại có chất lượng tốt được thị trường ưa chuộng

+ Xơ dừa: Dừa là cây nông nghiệp được trồng nhiều ở Nam Bộ và

Duyên hải miền trung, miền Tây nam bộ, diện tích trồng dừa khoảng 135 – 145.000ha Duyên hải miền Trung gần 25 – 27.000ha Năng xuất cây dừa khoảng 560 – 750 trái/ha/năm Thời gian cho trái khoảng 30 – 40 năm Vỏ dừa là phế liệu sau khi thu hoạch gáo dừa(chứa cơm dừa và nước dừa) Vỏ dừa gồm xơ dừa và các mô mềm Xơ dừa có 3 loại sợi : sợi nhỏ đường kính

dn = 0,15mm khối lượng thể tích 0,41 g/cm3 , ứng suất kéo 1.550.105 N/m2 ; sợi vừa đường kính dv = 0,37 mm; khối lượng thể tích 0,363 g/ cm3; ứng suất kéo 711,1.105; sợi lớn đường kính dL = 0,59 mm; khối lượng thể tích 0,455 g/

cm3; ứng suất kéo 341,03.105 Thành phần hóa học Xenlulo 38,9%; Lignin 32,5%; Tro 1,67% Xơ dừa có kích thước phù hợp với kích thước dăm tiêu chuẩn và độ bền kéo cao Ván dăm xơ dừa kiểm tra theo tiêu chuẩn 04TCN2 –

1999 có kết quả như sau :Độ bền uốn tĩnh 167 kG/cm2, độ bền kéo vuông góc 3,8 kG/cm2; tỷ lệ trương nở chiều dày 9,47%, khối lượng thể tích 0, 702 g/cm3

1.1.2.2 Nguyên liệu ngoài gỗ đã được nghiên cứu để sản xuất ván dăm

+ Vỏ lạc: Vỏ lạc có cấu tạo từ các sợi nối lại thành mạng lưới tự nhiên

không theo một quy luật nào và nhờ các mô mềm liên kết lại thành mảng cứng Sợi trong vỏ lạc có đường kính và chiều dài khác nhau, chiếm tỷ lệ 37,7% trong tổng trọng lượng vỏ Khối lượng thể tích nguyên vỏ là 123 kg/m³ – 142 kg/m3 Thành phần hoá học chủ yếu của vỏ lạc Xenlulo 35-41%; Lignin 30-32%; Tro 3,5%

+ Trấu: Trấu có một số đặc điểm vật lý: chiều dài khoảng từ 7 – 9 mm,

rộng 4- 5 mm, chiều dày trung bình khoảng 0,18 – 0,22mm Tùy theo giống lúa mà vỏ trấu có kích thước khác nhau Độ ẩm của trấu khoảng 10-12% Tỷ

lệ tro cao hơn hẳn phế liệu gỗ và phế liệu nông nghiệp khác Sự có mặt của Silic trong trấu với hàm lượng cao gây ra hư hỏng nhanh các thiết bị nghiền

Thành phần hoá học chủ yếu của vỏ lạc Xenlulo 35-41%; Lignin 30-32%; Tro

3,5%

+ Thân cây ngô: Có khối lượng thể tích trung bình : 0,182g/cm³ Độ ẩm

bão hòa thân cây ngô: 7,8% ; trong môi trường tự nhiên 85 – 87% là 17,34% Thành phần hoá học chủ yếu của thân ngô Xenlulo 34,51%; Lignin 6,61; heemicellulose 23,86% ; Tro 5,92%

+ Thân cây sắn: Thân cây có khối lượng thể tích trung bình của các

đoạn thân cây sắn là: 0,202g/cm³; của cành sắn là 0,132 g/cm³ Độ ẩm trung bình của thân cây sắn đặt trong môi trường tự nhiên 83% – 87%, nhiệt độ không khí trong bóng râm 33 ºC – 37ºC là 18,64% Thành phần hoá học của thân Xenlulo 34%; Tro 2,5%; tỷ lệ chất khô 40%; cành cây sắn Xenlulo 23%; Tro

10%; tỷ lệ chất khô 30%

+ Thân cây chuối: Trọng lượng 1m gốc thân chuối khoảng 25 – 30 kg,

đoạn thân 18 – 23 kg , đoạn ngọn 15 – 20 kg Tỷ lệ sợi khoảng 18 – 20% Khối lượng riêng thể tích sợi thân chuối (g/cm³): 0,263

a) Xơ dừa b) Vỏ lạc c) Vỏ trấu

Hình 1.6 Một số loại dăm nguyên liệu ngoài gỗ 1.2 Sản xuất ván dăm từ nguyên liệu ngoài gỗ

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới [6];[7];[8]

Sản phẩm ván dăm được tạo thành từ những phần tử dăm công nghệ được điều chế từ gỗ hoặc thực vật ngoài gỗ trộn đều với chất kết dính phù hợp, dưới tác động của áp lực, nhiệt độ, thời gian tạo thành

Nghiên cứu công nghệ sử dụng nguyên liệu từ thực vật ngoài gỗ, phế liệu

nông nghiệp để sản xuất ván dăm được nhiều nước nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế có hiệu quả Nhưng chủng loại và đặc tính công nghệ của nguyên liệu ở mỗi nước đều có sự khác nhau, nên ở mỗi công đoạn sản xuất vấn đề xử lý kỹ thuật cũng có những sự khác biệt Chính vì thế, với từng loại nguyên liệu khác nhau cần tiến hành những nghiên cứu cụ thể để có cơ sở khoa học ứng dụng vào trong thực thế sản xuất sản phẩm Từ một số nguyên liệu thực vật ngoài gỗ khác nhau của các nước đã sản xuất ván dăm thương phẩm như sau:

+ Từ phế liệu bã mía: Công nghệ sản xuất ván dăm bã mía của các nước trên thế giới (Brazil, Malaysia, Trung quốc, Thái lan ) đều tương tự nhau Tuy nhiên so với công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ có một số khác biệt: ván dăm từ bã mía sử dụng bã mía sau khi ép lấy nước tại các nhà máy sản xuất đường nên có chiều dài đều nhau (khoảng 5 – 7 cm) Do đó, không cần công đoạn cắt ngắn và xử lý nguyên liệu thô Nhưng trong mía có chứa tủy, đây là thành phần không có tính chất cơ học và bám dính kém nên trong sản xuất ván dăm bã mía cần thêm công đoạn khử tủy Trong bã mía còn tồn tại một lượng đường nhỏ không lợi cho tạo ván cần phải loại bỏ Cách tốt nhất là ủ cho đường còn trong bã tự phân hủy Thời gian ủ nguyên liệu kéo dài khoảng 3 tháng Thông thường, sau giai đoạn ủ bã mía có màu hơi sẫm, chất lượng sợi nhìn chung có giảm chút ít, nhưng lượng đường dư không còn trong bã mía nữa nên thuận lợi cho quá trình ép ván

+ Từ vỏ lạc: Ván vỏ lạc được sản xuất tại Bắc Mỹ, Canada, Nhật, Trung quốc, Vỏ lạc có thể được sử dụng để sản xuất ván dạng tấm có lớp lõi là những lớp lưới được tạo ra bằng cách tách sợi từ vỏ lạc rồi xe thành sợi dài và đan lại Trong trường hợp sản xuất ván dăm thông dụng, công nghệ tiến hành giống như sản xuất ván dăm gỗ nhưng không cần công đoạn băm dăm + Vỏ hạt hướng dương : Công nghệ sản xuất giống như sản xuất ván dăm gỗ nhưng không có công đoạn băm nghiền Tuy nhiên độ ẩm nguyên liệu

cần giữ thích hợp để vỏ không bị quá giòn Tỷ lệ keo tương đương sản xuất ván dăm gỗ

+ Rơm rạ và trấu: Được các nước Hàn quốc, Ấn độ, Thái lan, Trung quốc nghiên cứu

Ngay từ những thập niên đầu tiên của thế kỷ 20, phế liệu nông, lâm nghiệp đã được các nhà khoa học nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất ván nhân tạo Đầu năm 1948 dây chuyền sản xuất ván nhân tạo từ rơm rạ đầu tiên trên thế giới được xây dựng ở nước Bỉ, tiếp sau đó là hàng loạt các xưởng sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu phi gỗ đã được xây dựng ở các nước Châu

Âu và Mỹ

Năm 1970 tổ chức phát triển công nghiệp Liên Hiệp Quốc đã tổ chức Hội nghị về công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu phi gỗ đầu tiên trên thế giới Từ đó về sau trên thế giới đã hình thành rất nhiều xưởng sản xuất ván dăm, ván sợi cứng, ván MDF, vật liêu composite từ phế liệu nông nghiệp, đặc biệt từ rơm rạ và thân cây lúa mạch

Tại California, Mỹ, theo nghiên cứu của Kiran L.Kadam và các cộng sự (2000) rơm rạ có thể được sử dụng để sản xuất giấy Theo Alex Wilson (1995) nguyên liệu rơm rạ (từ lúa mạch, lúa gạo, lúa mạch đen) có thể là một loại nguyên liệu mới cho ngành xây dựng như tạo các vách tường trong các ngôi nhà

Từ rơm rạ đóng kiện (straw bale), sản xuất ván nhân tạo (vật liệu dạng tấm) cả loại ván dày và ván mỏng để làm vật liệu xây dựng chịu lực, cách âm, cách nhiệt Từ những năm 90, trên thế giới đã bắt đầu hình thành ngành công nghiệp sản xuất ván dăm rừ rơm Tuy nhiên, do rơm rạ có đặc điểm là phía vỏ bên ngoài có lớp sáp (wax) kỵ nước khiến cho việc sử dụng các loại keo gốc formaldehyde thông dụng trong sản xuất ván dăm trở nên khó khăn do chỉ có thể sử dụng keo MDI - là loại keo khá đắt, để sản xuất Ván dăm từ rơm rạ chỉ thực sự phát triển từ những năm 2000 trở lại đây với giải pháp xử lý rơm rạ trước khi ép bằng giải pháp hoá-cơ-nhiệt tại một số nước như Mỹ, Úc,

Philippin với sản phẩm chủ yếu sử dụng trong xây dựng Tuy nhiên, chủ yếu nguồn rơm rạ mới là lúa mì, lúa mạch, còn nguyên liệu rơm rạ từ lúa gạo rất hạn chế do sản lượng ít

Tại Hàn quốc, Han Seung Yang và các cộng sự (2003) đã tiến hành sản xuất ván dăm từ hỗn hợp rơm rạ và gỗ sử dụng keo U-F để tạo vật liệu cách

âm dùng trong xây dựng

+ Vỏ quả Jatropha: Cây Jatropha đang phát triển theo hướng sử dụng hạt để sản xuất dầu diesel sinh học Những phế liệu của quá trình sản xuất sản phẩm này cũng đã được chú ý nghiên cứu như tận dụng bã sau khi ép dầu để làm thuốc trừ sâu, thức ăn gia súc, phân bón… Riêng tận dụng vỏ quả Jatropha làm ván dăm chưa thấy công bố tài liệu nào

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước [9]; [10]

Định hướng tìm kiếm những dạng nguyên liệu mới bổ xung vào nguồn nguyên liệu gỗ trong sản xuất ván dăm, trong đó có thứ, phế liệu nông, lâm nghiệp, được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu từ thế kỷ 19 Hiện nay các nhà khoa học Việt nam đang nghiên cứu ứng dụng những thành quả khoa học của thế giới vào điều kiện Việt Nam Các nghiên cứu tập trung vào nguyên liệu: tre, xơ dừa, bã mía, thây cây, vỏ quả, cỏ, bèo,…

Sản xuất ván dăm đã có ở Việt nam từ những năm 1970, nhưng chưa phát triển Chỉ từ những năm 1990, ván dăm ở Việt nam mới được chú ý sản xuất và liên tục phát triển cho đến nay Đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu

về ván dăm và nhiều nhà máy, xí nghiệp sản xuất ra ván dăm Tuy nhiên, công nghệ sản xuất ván dăm từ phế liệu nông nghiệp thực sự còn chưa phát triển và vẫn còn nhiều việc phải nghiên cứu

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 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 và tiến hành sản xuất vào năm 2007

Công nghệ sản xuất dăm từ xơ dừa (công ty Chỉ Xơ dừa 25/8 – Bến tre) lắp đặt dây chuyền sản xuất ván dăm từ nguyên liệu vỏ quả dừa: nguồn nguyên liệu xơ dừa tái sinh đều đặn, chu kỳ ngắn (8 – 12) tháng Độ bền kéo của sợi rất cao (1550 KG/cm2) Nhược điểm của xơ dừa là cong quăn, dễ rối Khi trộn keo, hỗn hợp dăm xơ dừa – keo cuốn lại như tổ kén bên trong chứa keo Lúc nén ép tạo ván, lượng keo này tràn ra đóng rắn thành cục rất cứng, rải rác trên toàn bộ diện tích bề mặt ván Trong khi đó những vị trí còn lại không có keo không liên kết các sợi với nhau Vì vậy, sản xuất ván dăm xơ dừa cần lưu ý công đoạn trộn đều dăm với keo Thông số sản xuất ván dăm xơ dừa như sau: tỷ lệ keo là 11 – 12%, nhiệt độ bàn ép 160 – 1700C, thời gian ép

50 giây/1mm chiều dày, áp lực 17KG/cm2, ván dày 18mm [9]

Năm 1999, Nguyễn Trọng Nhân (viện khoa học Lâm nghiệp Việt nam) nghiên cứu sử dụng cọng dừa nước làm nguyên liệu sản xuất ván dăm Cọng dừa nước có thể đập thành sợi hoặc chẻ thành dăm mảnh Trộn đều dăm với 12% keo U-F Ván chẻ dăm thành mảnh có chất lượng tốt hơn dạng đập thành sợi, nhưng tạo dăm khó hơn

Ván sản xuất từ phế liệu nông nghiệp gồm thân cây mỳ (sắn); thân cây ngô; cọng dừa nước, vỏ lạc, vỏ cà phê, thân chuối cũng đã được một số nhà khoa học nghiên cứu Kết quả ban đầu cho thấy các hướng nghiên cứu rất khả quan Ngoài ra, ván dăm sản xuất từ rơm rạ kết hợp với trấu, mụn chỉ xơ dừa kết hợp với trấu được Phạm Ngọc Nam, Lâm Trần Vũ nghiên cứu và báo cáo trong các đề tài cấp bộ

1.3 Cây Jatropha [11]; [12]; [13]

Tên khoa học: Jatropha curcas L

Tên Việt Nam thường dùng: Cọc rào, Dầu mè

Tên khác: Ba đậu nam, Dầu lai, Đông thụ, Nhao (Tầy)

Tên nước ngoài: Black vomit nut, Bed bug plant, Physic nut, Purging nut, Barbados nut, Haricot de Pérou, Manioc batard, Grand médicinier, Ricin d’Amérique, Noix américaine, Pignon d’Inde, Purghère

Mô tả:

Cây cọc rào thuộc họ thầu dầu (Euphorbiaceae) Đây là một loài cây nhỏ hay còn gọi là cây nhỡ, có chiều cao từ 2m - 5 m Cành mọc hơi tỏa ra, bấm

có nhiều nhựa mủ Lá mọc so le, gốc hình tim, dài 10 -13 cm, rộng 8 -11 cm,

5 – 7 gân chính, lá hình chân vịt, cuống lá dài 7 – 12 cm, phình lên ở gốc Hoa đực có đài 5 phiến, tràng có 5 cánh, 10 nhị (5 cái rời và 5 cái dính nhau ở phần giữa) Hoa cái có đài và tràng giống nhau, không có nhị hoặc có 5 nhị lép, bầu hình trứng thắt lại ở đầu Quả nang, đen, hình trứng, dài và rộng 2 – 2,5 cm, mỗi quả có 3 hoặc 4 hạt Mỗi chùm hoa có khả năng đậu hơn 10 quả Khi hạt

đã già, quả nang chuyển từ màu xanh sang màu vàng sau 2 - 4 tháng kể từ khi thụ phấn Mùa hoa quả: tháng 5 – tháng 10 Cây ưa sáng, chịu hạn tốt, thường được trồng dày làm bờ rào, ra hoa quả nhiều, tái sinh tốt từ gốc bị chặt, cũng được trồng bằng cách cắm cành

Hình 1.7 Cây Jatropha

Cây Jatropha là một trong 175 loài cây thuộc họ thầu dầu và là cây bản địa ở Trung Mỹ Tuy nhiên, địa bàn phát triển của cây này nay đã lan rộng tới các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới ở Bắc Mỹ, châu Phi, châu Á, Ấn Độ…

Vì không phải là cây lương thực nên cây Jatropha có ưu thế trong việc chế biến thành nhiên liệu sinh học Tổ chức Lương Nông LHQ (FAO) và Quỹ quốc tế Phát triển nông nghiệp (IFAD) của LHQ khẳng định hạt cây Jatropha

có thể chế biến thành dầu diesel sinh học ít gây ô nhiễm môi trường hơn rất nhiều so với dầu diesel được chế biến từ dầu mỏ Nguồn nhiên liệu giá rẻ này thích hợp với việc thắp sáng và nấu ăn cho người nghèo ở nông thôn Phế liệu của quá trình chế biến này có thể sử dụng làm phân bón hoặc thức ăn gia súc sau khi khử độc

Khi dầu diesel sinh học được sử dụng thường xuyên ở các quốc gia thì cây Jatropha sẽ phát triển thành một trong những nguồn nguyên liệu sản xuất sản phẩm này Do đó, việc tận dụng phế liệu từ quá trình thu hoạch và sản xuất sản phẩm từ cây Jatropha là cần thiết và nghiên cứu tận dụng vỏ cây Jatropha làm ván dăm là theo mục đích đó

Nếu điều chế dăm từ vỏ Jatropha bằng máy và thiết bị phù hợp có thể thu được dăm ở dạng mảnh Có khả năng trộn đều với keo Trải thảm thủ công hoặc bằng máy đều được Mẫu ép thí nghiệm từ loại dăm trên cho thấy liên kết với keo U-F tốt Bề mặt ván có thể được phủ mặt bằng ván dán hoặc ván lạng Có thể tạo được ván dăm một lớp có phủ mặt hoặc ván dăm 3 lớp

Hình 1.8 Quả và hạt Jatropha

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, hoặc trong cấu trúc của nguyên liệu có chứa các bó sợi có kích thước lớn thì máy và thiết bị phải có cấu tạo và đặc tính kỹ thuật phù hợp Khi

sử dụng một nguyên liệu có đặc tính công nghệ riêng biệt 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

1.4 Nhận xét chung

Từ những năm giữa thế kỷ 20, sản phẩm ván dăm đã phát triển mạnh ở Bắc Mỹ, Châu Âu, Nga…Cùng với thời gian, sản phẩm ván dăm ngày càng đa dạng về loại hình sản phẩm, chủng loại nguyên liệu sử dụng Vì thế công nghệ sản xuất cũng được nghiên cứu hoàn thiện Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu được công bố ít khi được ứng dụng trực tiếp vào quá trình sản xuất của mỗi quốc gia, mà chỉ có giá trị tham khảo để nghiên cứu điều chỉnh thích hợp với từng điều kiện sản xuất cụ thể

Trong sản xuất ván dăm mỗi khi thay đổi chung loại nguyên liệu sản xuất thường kèm theo những thay đổi về máy và thiết bị ở một số công đoạn trong dây chuyền cho phù hợp Tuy nhiên, sự thay đổi thường được cố gắng ở mức

ít nhất so với toàn bộ dây chuyền sản xuất ván dăm gỗ Ở Việt Nam, sự thay đổi dù chỉ là một công đoạn nhỏ của dây chuyền sản xuất cũng sẽ gây rất nhiều khó khăn, do sự khác biệt của nước ta với các nước khác về điều kiện trang thiết bị, điều kiện địa lý, khả năng tìm kiếm nguyên liệu

Nguyên liệu sử dụng để sản xuất ván dăm có rất nhiều chủng loại Trên thế giới, cũng có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng nguyên liệu và công nghệ phù hợp để ván dăm Tuy nhiên, chưa có công trình nào nghiên cứu về sử dụng vỏ quả Jatropha để làm nguyên liệu cho sản xuất ván dăm thông dụng

Do đó, hướng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu những đặc điểm của

vỏ quả Jatropha, tạo ra dăm từ vỏ quả Jatropha, nghiên cứu một số đặc điểm công nghệ của dăm từ vỏ quả Jatropha theo định hướng sản xuất ván dăm dựa trên quy trình công nghệ và dây chuyền sản xuất ván dăm gỗ thông dụng

1.5 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung, phương pháp nghiên cứu

1.5.1.Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu sử dụng vỏ quả Jatropha (thực vật

ngoài gỗ) làm nguyên liệu sản xuất ván dăm nhằm góp phần tăng thêm nguồn nguyên liệu cho ngành sản xuất ván dăm

Mục tiêu cụ thể: Xác định tính chất vật lý, cơ học, thành phần hóa học

của vỏ quả Jatropha, bước đầu nghiên cứu khả năng tạo ván từ vỏ quả

1.5.4 Nội dung nghiên cứu

- Xác định cứu tính chất vật lý của vỏ quả Jatropha

- Xác định cứu tính chất cơ học của vỏ quả Jatropha

- Xác định thành phần hóa học của vỏ quả Jatropha

- Phương pháp tạo dăm từ vỏ quả Jatropha

- Nghiên cứu hình dạng và kích thước hình học của dăm công nghệ từ

vỏ quả Jatropha

- Nghiên cứu khả năng tạo ván dăm từ vỏ quả Jatropha

1.5.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.5.4.Phương pháp tiêu chuẩn

Sử dụng các tiêu chuẩn TAPPI tiến hành làm thực nghiệm xác định thành phần hoá học và tiêu chuẩn (TCVN) để nghiên cứu tính chất vật lý, tính chất cơ học và thành phần hóa học của vỏ quả Jatropha

+ Phương pháp xác định một số tính chất cơ học của vỏ quả Jatropha

Độ bền kéo dọc thớ:

Hình 1.9 Cấu trúc khung sợi của vỏ quả Jatropha

Do cấu tạo đặc thù của vỏ quả Jatropha có cấu trúc lớp giữa có khung sợi

có thể thấy đây là lớp chịu lực của nó Khi sản xuất ván dăm từ vỏ quả Jatropha, độ bền của nó quyết ảnh hưởng đến độ bền cơ học của ván dăm Tuy nhiên, đây là sợi mềm nên những chỉ tiêu về uốn tĩnh, modun đàn hồi, kéo nén ngang thớ… không kiểm tra được Chỉ có thể tiến hành kiểm tra độ bền kéo dọc thớ của vật liệu Dựa theo tiêu chuẩn TCVN 364 – 70, nhóm 0, tiến hành kiểm tra độ bền kéo đứt theo chiều dọc của sợi Tiến hành lắp mẫu trên bộ gá thử cho sợi của máy thử cơ lý MTS QTest 25, với khoảng cách giữa 2 má kẹp (cao su) tối thiểu 2 cm Tốc độ tăng tải sao cho thời gian đạt giá trị lực phá huỷ khoảng 100 -120 giây Độ bền kéo đứt dọc thớ được tính theo công thức sau:

Fmax: lực phá huỷ mẫu, N

Stb: diện tích tiết diện ngang của sợi

Hình 1.10 Máy thử kéo đứt sợi

- Phương pháp xác định một số tính chất vật lý của vỏ quả Jatropha: + Khối lượng thể tích vỏ quả Jatropha:

Khối lượng thể tích vỏ quả Jatropha được đo và xác định cho phần vỏ quả Jatropha Mẫu vỏ quả Jatropha được lấy ở phần giữa vỏ quả Jatropha, có chiều dài mẫu khoảng 10 mm Số lượng mẫu là 20 mẫu Tiến hành đo diện tích bề mặt của mẫu vỏ quả Jatropha, với giả thiết mẫu vỏ quả Jatropha hình chữ nhật được tính theo công thức dưới

S = a x b (1.2)

Trong đó: S là tiết diện

a: 1 cạnh mẫu vỏ quả Jatropha b: 1 cạnh của mẫu vỏ quả Jatropha Trên cơ sở diện tích trung bình của mẫu trên, tiến hành tính toán trị số thể tích mẫu vỏ quả Jatropha theo công thức sau:

V = S.h (1.3)

Trong đó: h chiều dày của vỏ quả Jatropha, mm

Khối lượng thể tích vỏ quả Jatropha được tính theo công thức sau:

) (g/cm

V

m

Trong đó: mtuoi là trọng lượng mẫu vỏ quả Jatropha

+ Khối lượng thể tích cơ bản:

Trên cơ sở thể tích mẫu vỏ quả Jatropha, tiến hành sấy vỏ quả Jatropha cho tới khi khô kiệt ở nhiệt độ 102±3 0C, sử dụng tủ sấy Memmert (Đức), sau

đó dùng cân điện tử OHAUSE (độ chính xác 0,0001 g) để xác định khối lượng mẫu vỏ quả Jatropha khô kiệt

Khối lượng thể tích cơ bản của vỏ quả Jatropha được xác định theo công thức sau:

) (g/cm

V

m

Trong đó: mkho kiet là khối lượng mẫu vỏ quả Jatropha khô kiệt, g

Vtuoi: thể tích vỏ quả Jatropha

Độ ẩm thăng bằng (EMC ở điều kiện 20±2oC và 60±5% )

Độ ảm thăng bằng của vỏ quả Jatropha được xác định trên cở sở lấy mẫu vỏ quả Jatropha với khối lượng khoảng 1 g, số lượng mẫu tối thiểu 5

mẫu/loại Sau đó, để mẫu trong phòng bảo ôn ở điều kiện 20±2oC và 60±5%

cho tới khi đạt trạng thái cân bằng (khoảng 1 tháng) và tiến hành cân mẫu để xác định khối lượng m1 Sau đó, tiến hành sấy mẫu tới khô kiệt bằng tủ sấy để xác định khối lượng mẫu khô kiệt m0 Độ ẩm thăng bằng của mẫu được tính theo công thức sau:

(%) 100

1.5.5.5.Kiểm tra chất lượng dăm vỏ quả Jatropha và ván dăm

+ Kiểm tra chất lượng keo:

Độ pH của hỗn hợp keo, thời gian gel hoá của hỗn hợp keo được đo bằng máy đo độ pH (HI 9224 Microprocessor printing pH meter) Độ chính xác của máy đo độ pH là 0.1 Độ nhớt của dung dịch keo đo bằng máy đo độ nhớt (Rion Viscoteter VT-04)

+ Kiểm tra kích thước dăm

Để kiểm tra kích thước dăm, chúng tôi dùng theo sàng Dụng cụ và thiết

bị sàng dăm được trình bày ở hình 1.11

Hình 1.11 Một số sàng trong bộ sàng thí nghiệm chế tạo tại Liên xô

+ Khối lượng thể tích ván dăm:

Hình 1.12 Vị trí kiểm tra chiều dày mẫu thử khối lượng thể tích ván

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 1.12), 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:

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%:

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)

+ 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 

(1.9) Trong đó: D - độ trương nở chiều dày (%); t1 - chiều dày mẫu thử trước khi ngâm nước (mm); t2 - chiều dày mẫu thử sau khi ngâm nước (mm)

Giá trị bình quân có độ chính xác đến 0,1% Giá trị trương nở được công bố là giá trị trương nở trung bình nhất của các mẫu thử của ván

+ 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 GB 9842-88 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 1.13 Sơ đồ kiểm tra độ bền uốn tĩnh

Phương pháp kiểm tra như sau:

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

Khi chiều dày mẫu thử ≤ 7mm thì đường kính đặt tải và gối đỡ 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

Tải trọng

Độ bền uốn tĩnh

t b

L P

xx2

xx3

 (N/mm2)(KG/cm2) (1.10) 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

Một số dụng cụ, thiết bị kiểm tra chất lượng ván dăm được trình bày ở hình 1.12

Hình 1.12 Môt số dụng cụ thí nghiệm 1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.6.2.Ý nghĩa thực tiễn

Sản xuất ván dăm từ các nguồn phế liệu nông nghiệp nói chung hoặc từ

vỏ quả Jatropha nói riêng có ý nghĩa thực tiễn lớn Một mặt giải quyết một số lượng lớn vỏ quả Jatropha khi sản xuất nhiều dầu diesel sinh học sẽ gây ô nhiễm môi trường Những kết quả nghiên cứu và kết luận của luận án hoàn toàn có thể áp dụng vào thực tiễn sản xuất ván dăm trong điều kiện máy, thiết

bị, công nghệ sản xuất tại Việt nam Điều này giúp cho ván dăm của Việt Nam nâng cao sản lượng từ nguồn nguyên liệu mới, tăng khả năng cạnh tranh, hạ

giá thành sản phẩm và mở ra hướng sự dụng vật liệu mới

Có hai phương pháp sản xuất ván dăm: phương pháp ép bằng (lực tác dụng lên ván theo phương vuông góc với mặt bàn ép) và phương pháp ép đẩy (lực tác dụng lên ván theo phương song song với mặt bàn ép Các thí nghiệm trong luận văn được thực hiện theo phương pháp ép bằng

2.1.2.Quá trình công nghệ sản xuất ván dăm

Sơ đồ công nghệ :

Nguyên liệu – xử lý nguyên liệu – băm dăm – nghiền dăm – sấy dăm – phân loại – trộn keo – trải thảm – ép sơ bộ - ép nhiệt – để nguội – rong cạnh – đánh nhẵn – kho

Từ nguyên liệu ban đầu được xử lý và đưa qua công đoạn tạo dăm ( băm

và nghiền) để đạt được dăm có kích thước theo yêu cầu công nghệ Sau đó dăm được chuyển qua công đoạn sấy để sấy dăm đến độ ẩm sử dụng theo yêu cầu tạo ván Sau khi sấy dăm được để nguội trước khi chuyển đến máy trộn keo Dăm và keo đều được định lượng theo quy định và trộn đều Sau khi trộn keo, dăm được chuyển qua bộ phận trải dăm để tạo các lớp theo kết cấu của ván Thảm dăm sau khi trải được đưa qua máy ép sơ bộ sau đó chuyển đến

máy ép nhiệt để ép sản phẩm Dưới tác động của nhiệt độ, áp suất ép, thời gian ép phù hợp với loại keo và yêu cầu công nghệ, sản phẩm ván dăm được hình thành

Quy trình công nghệ được chia ra các công đoạn sau đây [9]; [15]; [18]; [19]:

- Xử lý nguyên liệu: Nguồn nguyên liệu cung cấp cho sản xuất ván dăm rất đa dạng, do vậy trước khi gia công cần phải tiến hành xử lý bao gồm: phân loại, bóc vỏ, xử lý tạp chất, xử lý độ ẩm, xử lý độ cứng cho thích hợp với công nghệ tạo dăm Độ ẩm thích hợp của nguyên liệu cho khâu tạo dăm khoảng 40 - 60 % Thiết bị cho khâu xử lý bao gồm: máy cắt khúc, máy bóc

vỏ, máy phun rửa, bể ngâm, bể hấp v.v

- Tạo dăm: Đối với sản phẩm ván dăm 3 lớp tốt nhất là dăm lớp lõi và dăm lớp mặt được sản xuất tách biệt Các công đoạn gia công như sau:

Nếu nguyên liệu gỗ dạng tròn, dài được đưa vào các máy băm dăm để tạo dăm dạng mảnh thô, sau đó đưa vào kho chứa hoặc đưa thẳng tới các máy nghiền lại Nếu nguyên liệu gỗ dạng phế liệu sau chế biến có thể đưa vảo máy nghiền dăm chuyên dùng để tạo dăm công nghệ Trường hợp, nguyên liệu là thực vật ngoài gỗ cần phải xử lý kỹ trước khi băm nghiền tạo dăm công nghệ bằng các máy băm nghiền dăm gỗ Sau khi tạo dăm công nghệ, các kích thước của dăm phải đạt được như sau :

Đảm bảo dạng hình học và kích thước, chủ yếu là kích thước chiều dài và chiều dày dăm Đối với dăm lớp mặt chiều dày từ: 0,15 - 0,3 mm, độ thon từ

100 - 200 Đối với dăm lớp lõi chiều dày từ: 0,4 - 0,7 mm, độ thon từ 60 -

100 Bề mặt dăm phải phẳng nhẵn Dăm phải đồng đều về kích thước và tính chất cơ lý Đảm bảo được tỷ suất dăm và tỷ suất dăm công nghệ

- Sấy dăm: Dăm từ máy nghiền được hệ thống vận chuyển vào kho chứa hoặc chuyển thẳng vào máy sấy Thông thường, sấy dăm hiệu quả nhất

là sử dụng máy sấy kiểu trống quay Dăm sau khi đã sấy phải đảm bảo ít vỡ vụn, ít nứt nẻ, độ ẩm lớp mặt từ 3 - 4%, lớp lõi từ 1 - 2%

- Sàng tuyển dăm: Dăm sau khi đã sấy khô được phân loại Có nhiều kiểu máy phân loại khác nhau, nên cần tùy theo tính chất của nguyên liệu để lựa chọn loại máy thích hợp đảm bảo sử dụng hiệu quả Tại đây sẽ loại bỏ các phần tử dăm không đạt quy cách Sau đó dăm được chuyển tới thùng chứa dăm khô Những dăm không đạt yêu cầu được nghiền lại hoặc đưa vào sử dụng làm chất đột

- Trộn keo và chất phụ gia: Keo và phụ gia được pha chế đúng quy định Dăm và keo đều được định lượng (tự động hoặc thủ công) Dăm được đưa riêng vào thùng trộn và keo được phun keo qua hệ thống ống, vòi phun keo được dẫn từ thiết bị pha chế keo Dăm và keo được trộn tơi đều Cũng có thể đưa dăm và keo đồng thời vào thùng trộn, tùy theo phương pháp trộn Thời gian trộn có ảnh hưởng đáng kể đến mức độ đồng đều của hỗn hợp dăm keo Keo thông thường sử dụng là: keo U-F, keo P-F Lượng keo dùng tính theo tỷ lệ giữa hàm lượng keo khô và khối lượng dăm khô là: dăm lớp mặt từ 9,5 - 15,5%, dăm lớp mặt từ 6,5 - 11,5% [16] Các chất phụ gia thông thường được trộn cùng với keo và cùng được phun vào dăm

Lượng keo và lượng dăm đưa vào phải đảm bảo định lượng đầy Dăm và keo phải được trộn đều với nhau

- Trải thảm dăm: Dăm sau khi trộn keo nhờ hệ thống băng chuyền đưa đến máy trải dăm để định hình và kết cấu của ván Dăm được trải lên tấm đệm, những tấm đệm này được vận chuyển thành một chu kỳ khép kín trên băng chuyền vận chuyển Với loại ván dăm 3 lớp người ta bố trí các đầu trải dăm nối tiếp nhau Đẩu trải dăm số 1 sẽ trải dăm lớp mặt dưới, đầu trải dăm số

2 sẽ trải dăm lớp giữa, đầu trải dăm số 3 sẽ trải dăm lớp mặt trên Cũng có máy chỉ có hai đầu trải dăm Trong trường hợp này tấm đệm kim loại nằm

trên băng tải chuyển động khứ hồi (chuyển động tới và lùi mới trải xong một tấm)

Yêu cầu trải thảm dăm là ván dăm phải đồng đều trên toàn bộ bề mặt, các lớp dăm phải có chiều dầy đồng đều tỷ lệ cấu trúc giữa các lớp theo yêu cầu

- Ép sơ bộ: 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 Với sản phẩm có khối lượng thể tích trung bình 0.6 – 0.7kg/m3, chiều dày của thảm dăm có thể bằng bội số 3 - 20 lần chiều dày của ván Ép thảm dăm dày, đòi hỏi khoảng cách giữa các tấm gia nhiệt của máy ép phải đủ lớn Điều này liên quan đến chiều cao của máy, bơm áp lực, xi lanh thuỷ lực … dẫn đến tăng giá thành của máy ép Trong khi đó, máy ép nhiệt chiếm từ 25  50% giá thành của dây chuyền công nghệ sản xuất ván dăm

Trong 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 có nhiều dăm thô, còn lớp dưới nhiều dăm nhỏ mịn Những khuyết điểm trên sẽ bị loại bỏ khi thực hiện ép sơ bộ, nghĩa

là nén cho các dăm sít lại

Bản chất vật lý của quá trình ép sơ bộ như sau : Dăm dùng trải thảm có hình dạng, kích thước, độ ẩm khác nhau Giữa các dăm tạo thành những lỗ hổng chứa không khí trong thảm dăm.Thể tích tổng cộng của thảm dăm (Vtd) bằng thể tích của các phần từ dăm (Vd), cộng với thể tích không khí (Vkk)trong các lỗ hổng, xốp của thảm dăm

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, có

một bộ phận nhỏ chuyển theo phương ngang Độ chặt khít của thảm dăm ở giai đoạn này được tăng lên, nhưng không có sự biến dạng của dăm Sau đó tiếp tục nén, sẽ xảy ra đồng thời việc các dăm sít lại và sự biến dạng xuất hiện Giai đoạn đầu và giai đoạn tiếp theo khi nén thảm dăm xảy ra cùng lúc việc các dăm sít lại gần nhau với việc thoát không khí từ các lỗ hổng (xốp) của thảm dăm Nhưng quá trình này xảy ra từ từ Đầu tiên là lớp trên, sau đó đến các lớp dưới Những lớp này sít lại, truyền áp lực lên các lớp tiếp theo v.v… Kết quả này là thảm dăm được nén không đồng đều Những lớp phân bố

ở gần tấm gia nhiệt của máy ép, sẽ được nén chặt hơn Những lớp phân bố ở

xa được nén ít hơn Những dăm ở lớp trên chuyển dịch lấp đầy các khoảng trống để tiếp giáp với nhau Sau đó, lực ép không bị hao phí vào việc làm dăm lớp trên sát vào nhau Qua lớp dăm đã ép sát vào nhau, áp lực tiếp tục truyền tới các lớp tiếp theo Các lớp này cũng sít vào nhau và không biến dạng Cứ như thế cho đến lớp dăm ở giữa Chiều dày cuối cùng của quá trình nén sơ bộ này là S1 Tỷ lệ giữa chiều dày ban đầu và chiều dày cuối cùng là

Quá trình ép sơ bộ diễn ra trong một thời gian nhất định Nếu tăng áp lực chậm thì khả năng chuyển dịch của các dăm nhiều hơn so với tăng áp lực nhanh Khi ép nhanh, trong thảm dăm tăng nhanh nội ứng xuất chống lại lực

ma sát, mà lực ma sát này cản trở chuyển dịch của dăm Vì vậy, khi tăng nhanh áp lực ép, thảm dăm bị ép ít hơn và không đồng đều hơn so với ép chậm Tăng áp lực ép càng chậm thì mức độ nén càng lớn

- Ép nhiệt: Thảm dăm sau khi định hình được ép sơ bộ trong máy ép một tầng Áp suất ép tuỳ thuộc vào loại gỗ, khối lượng riêng của ván, phụ thuộc vào công nghệ Sau đó được chuyển đến máy ép nhiệt Máy ép nhiệt thường là máy ép nhiều tầng Thảm dăm được xếp vào trong các khoang của máy ép nhiệt, được tiến hành ép với chế độ nhiệt, thời gian và áp suất nhất định Chế

độ ép phụ thuộc vào bề dầy và khối lượng riêng của ván, loại keo, loại nguyên

liệu gốc dùng để điều chế dăm, hình dạng và độ ẩm dăm (nhưng cũng có thể

là máy ép một tầng có băng tải dăm đưa thảm dăm vào máy ép nhiệt, dừng lại

ép ván theo quy định của chế độ công nghệ, sau đó đưa ván ép ra khổi máy đồng tời chuyển thảm dăm vào máy ép Đây là kiểu ép ván dăm bã mía ở nhà máy Đường Hiệp hòa, Long an)

- Để nguội ván: Ván sau khi ép còn nóng, độ bền của ván chưa ổn định nên cần để nguội ván trên các giá đỡ cố định hoặc giá xoay Cần lưu ý để ván tiếp xúc với không khí và gió ở cả hai mặt để ẩm và nhiệt thoát đều, tránh những khuyết tật do thóat ẩm vá nhiệt không đều Không được để chồng các tấm ván còn đang nóng lên nhau vì sẽ làm hỏng bề mặt của ván do ẩm thoát ra đọng trên bề mặt

2.1.3 Yêu cầu nguyên liệu trong sản xuất ván dăm

Nguyên liệu trong sản xuất ván dăm bao gồm: dăm, keo, chất phụ gia, trong đó, dăm và keo là hai nguyên liệu chính, còn chất phụ gia được sử dụng

để cải thiện tính chất nào đó của ván

Để sản xuất ván dăm người ta có thể sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu và tận dụng từ các ngành sản xuất khác: Các loại cây nông nghiệp như: rơm, rạ,

vỏ trấu, bã mía, xơ dừa v.v… phế liệu từ công nghiệp gỗ dán như lõi gỗ bóc, mảnh ván vụn v.v… phế liệu từ xưởng cưa xẻ gỗ như mùn cưa, phoi bào, đầu mẩu gỗ, bìa bắp phế liệu từ các ngành công nghiệp khác như chế biến tre nứa, sản xuất bút chì, diêm, đũa

Các nguyên liệu khác nhau có ảnh hưởng lớn đến quá trình sản xuất vì yêu cầu về công nghệ, thiết bị phải phù hợp với từng loại nguyên liệu, do vậy việc lựa chọn nguyên liệu để sản xuất phải căn cứ vào điều kiện thực tế

Hiện nay, ở Việt nam cũng như nhiều nước trên thế giới, người ta tăng cường sử dụng các nguồn nguyên liệu từ phế thải của nông nghiệp như bã mía, vỏ quả dừa, vỏ quả bông… Để sử dụng các loại nguyên liệu này đòi hỏi

phải nghiên cứu kỹ các đặc tính của nguyên liệu từ đó bố trí dây chuyền công nghệ phù hợp

Các nguồn nguyên liệu tận dụng từ xưởng chế biến cũng được tăng cường sử dụng Mùn cưa được nghiên cứu đưa vào trong ván dăm với tỷ lệ thích hợp, được nghiền nhỏ để trộn vào dăm lớp mặt, nếu tỷ lệ này quá lớn sẽ làm giảm tính chất cơ lý của ván Phoi bào chiếm tỷ trọng không lớn lắm, nhưng nó dễ tạo ra được kích thước dăm phù hợp Các dạng nguyên liệu từ đầu mẩu gỗ, bìa bắp sử dụng tốt cho nguyên liệu ván dăm Song đối với dạng nguyên liệu này cần phải phân loại kỹ trước khi tạo dăm và yêu cầu dây chuyền công nghệ phù hợp Các loại phế liệu từ tre cũng được sử dụng để tạo dăm, loại dăm này thường được sử dụng ở dạng hỗn hợp, được trộn thêm dăm

gỗ để nâng cao chất lượng ván

Đối với nguồn nguyên liệu từ gỗ củi, gỗ nhỏ, theo quy định của ngành Lâm nghiệp có đường kính không quá 25 cm Dạng nguyên liệu này thường chứa tỷ lệ vỏ và tỷ lệ mắt lớn, vì vậy trong quy trình công nghệ phải loại bớt

vỏ, đảm bảo tỷ lệ cho phép

2.1.3.1 Nguyên liệu gỗ :

Nguyên liệu gỗ để sản xuất ván dăm có các yêu cầu sau:

Hàm lượng xenlulô > 30%; khối lượng thể tích 0,4 – 0,6 g/cm3 Tuy nhiên vẫn có thể sử dụng gỗ có khối lượng thể tích thấp hơn Lượng gỗ mục

và vỏ trong ván dăm không được vượt quá 10% (so với lượng dăm khô kiệt) Các loại gỗ không chứa các chất chiết suất có hại cho khả năng liên kết của keo dán Các loại gỗ được sử dụng trong sản xuất ván dăm có độ pH = 5 - 6

2.1.3.2.Nguyên liệu ngoài gỗ :

Nguyên liệu ngoài gỗ sử dụng sản xuất ván dăm gổm thực vật thân thảo

và phế liệu nông nghiệp Thông thường nguyên liệu ngoài gỗ có khối lượng thể tích thấp (trừ xơ dừa) nhưng vẫn có thể sử dụng làm ván dăm; những yêu

cầu đối với nguyên liệu ngoài gỗ sử dụng sản xuất ván dăm cũng dựa trên cơ

sở nguyên liệu gỗ sử dụng cho sản xuất ván dăm

2.1.3.3.Dăm và các chất phụ gia

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 ) Dăm dùng cho sản xuất ván dăm có những yêu cầu sau: Chiều dày dăm mặt 0.2 - 0.3 mm, chiều dày dăm lõi 0.4 - 0.8mm, chiều dài dăm mặt tốt nhất 2mm, chiều dài dăm lõi tốt nhất 20 - 40mm, độ thon 60 -

120 (tỷ lệ giữa chiều dày và chiều dài); bề mặt dăm phải nhẵn phẳng, dăm phải có hình dạng nhất định Dăm phải có độ ẩm sau khi sấy là 2-4% cho lớp mặt và 1- 3% cho lớp lõi Lượng bụi và dăm mịn nhỏ trong dăm không được vượt quá 10% 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 Vì vậy cần điều chế nguyên liệu thô thành dăm công nghệ có kích thước và hình dạng như bảng 2.1

Bảng 2.1 dẫn ra tên gọi, hình dang và kích thước một số loại dăm gỗ thường sử dụng trong sản xuất ván dăm [9] ; [15] ; [18]

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

STT Hình dạng dăm Chiều dày

(mm)

Chiềurộng (mm)

Chiều dài (mm)

2.1.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ván dăm

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất ván dăm Nhưng nhìn chung

có thể chia thành ba yếu tố chính là:

- Các yếu tố thuộc về nguyên liệu tạo dăm

- Các yếu tố thuộc về chất kết dính và nguyên liệu phụ gia khác

- Các yếu tố thuộc về công nghệ thiết bị

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chúng tôi đi sâu phần ảnh hưởng của tính chất công nghệ của nguyên liệu

2.1.4.1.Ảnh hưởng của hình dạng và kích thước dăm:

Trong sản xuất ván dăm, dăm gỗ được coi là những phần tử gỗ có mặt cắt ngang hình chữ nhật, được đặc trưng bằng 3 kích thước : Chiều dài ( l ), chiều rộng ( W ), và chiều dày ( t ) Mối quan hệ giữa những những đại lượng này như sau :

Trong sản xuất ván dăm, hình dạng và kích thước dăm rất khác nhau, tốt nhất là sử dụng dăm chuyên dùng (dăm cắt) Những kết quả nghiên cứu khoa học đều cho thấy : khi cùng một khối lượng thể tích, dăm sản xuất từ cùng một loại gỗ và lượng keo như nhau, nếu sử dụng dăm cắt để sản xuất ván dăm thì độ bền cơ lý của sản phẩm cao hơn rất nhiều so với sử dụng dăm đập

Tăng chiều dài dăm đến 50mm, độ bền của ván tăng lên, tuy nhiên dăm dài, gây khó khăn cho một số công đoạn: vận chuyển dăm bằng khí động học, trộn đều dăm-keo, trải thảm dăm…Vì vậy chiều dài dăm thông thường chọn khoảng 20-40mm là tốt Việc tăng chiều rộng dăm làm độ bền của ván giảm Trong thực tế, chiều rộng của dăm thường không quá 6 mm

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 Chiều dày của dăm

có ảnh hưởng đến chiều dày sản phẩm Nếu tăng chiều dày của dăm 0.1mm thì chiều dày của tấm tăng khoảng 0.4mm Điều này được giải thích rằng: dăm dày, độ cứng 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 sự phục hồi hình dạng lớn hơn so với dăm mỏng sau khi ngưng tác động áp lực

Tính toán của Klaudi (Đức) cho tiêu hao keo trên một đơn vị diện tích

bề mặt dăm gỗ lá kim có chiều dày dăm khác nhau, ảnh hưởng đến độ bền của ván được dẫn ra trong bảng:

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

dày dăm

(mm)

Diện tích bề mặt tính trên 1 đơn vị trọng lượng dăm (m 2 /100g)

Lượng keo tính trên đơn vị diện tích (g/m 2 )

Giới hạn bền uốn tĩnh (kg/m 2 )

Bảng 2.3 Kích thước dăm để sản xuất ván dăm chất lượng cao

Loại ván

Kích thước dăm mm Chiều dài Chiều rộng Chiều dày

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 dăm (độ bền, độ nhẵn bề mặt ván) Thực tế sử dụng 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 khi gia công trên các máy khoan, phay, cắt, mộng, vít đinh cho thấy chất lượng rất kém Đặc biệt ván 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

Kích thước dăm ( chủ yếu là chiều dày) xác định độ bền và những tính chất khác của ván dăm…Kết quả nghiên cứu của Г.M Шварцман về ảnh hưởng của chiều dày dăm đến độ bền uốn tĩnh, độ bền kéo vuông góc, lực chống nhổ đinh và độ nhám bề mặt Nếu tăng chiều dày dăm, độ bền của ván giảm nhanh còn độ nhám bề mặt tăng Điều này được giải thích rằng: dăm mỏng, độ đàn hồi cao, tiếp xúc giữa chúng là tốt nhất trong liên kết keo Song,

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 Nghiên cứu trên cũng cho thấy chiều dài và rộng ảnh hưởng đến độ bền của ván dăm (bảng 2.4)

Bảng 2.4.Ảnh hưởng của chiều dài và chiều rộng dăm đến độ bền của ván Chiều dài

dăm mm

Giới hạn bền uốn tĩnh MPA

Chiều rộng dăm mm

Giới hạn bền uốn tĩnh MPA

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