Nghiên cứu lựa chọn chế độ ép hợp lý trong công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm dăm gỗ dùng trong đồ mộc

LÊ ĐÌNH THOẠI NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ ÉP HỢP LÝ TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM HỖN HỢP RƠM – DĂM GỖ DÙNG TRONG ĐỒ MỘC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT... Trong công nghiệp sản xuất ván

LÊ ĐÌNH THOẠI

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ ÉP HỢP LÝ

TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM HỖN HỢP

RƠM – DĂM GỖ DÙNG TRONG ĐỒ MỘC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2010

Trong công nghiệp sản xuất ván nhân tạo việc sử dụng nguyên liệu tổng hợp và sử dụng phế liệu đang được nghiên cứu ứng dựng và sản xuất Các phế liệu là cây có sợi của ngành nông nghiệp như: Rơm , bã mía, thân cây đay, xơ dừa cũng có thể dùng sản xuất ván nhân tạo được Sản phẩm ván dăm hỗn hợp dăm gỗ - rơm đã được nghiến cứu ở một số nước trên thế giới như: Hàn Quốc, Mỹ, Trung Quốc, Canada

Đối với nước ta việc sử dụng rơm làm nguyên liệu cho sản xuất ván nhân tạo còn là vấn đề mới mẻ cần được đầu tư nghiên cứu trong các lĩnh vực công nghệ tạo ván, nâng cao chất lượng cho ván Bản thân rơm là một vật liệu có sợi, tuy nhiên do rơm nhẹ, xốp Việc tìm ra chế độ ép hợp lý là nhu cầu cấp thiết Xuất phát từ yêu cầu đó, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài

“Nghiên cứu lựa chọn chế độ ép hợp lý trong công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ dùng trong đồ mộc"

Chương 1 TỔNG QUAN VẾN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Ngay đầu thập niên đầu tiên của thế kỷ 20, phế liệu nông nghiệp đã được các nhà khoa học nghiên cứu và đưa vào sản xuất ván nhân tạo Đầu năm 1948 dây chuyền sản xuất ván nhân tạo từ rơm đầu tiên trên thế giới được xây dựng

ở Bỉ, tiếp sau đó là hàng loạt các nhà máy sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu ngoài gỗ đã được xây dựng ở các nước Châu Âu và Châu Mỹ Năm 1970 tổ chức phát triển công nghiệp của Liên Hợp Quốc đã tổ chức hội nghị thảo luận

về công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu ngoài gỗ đầu tiên trên thế giới Từ đó về sau trên thế giới đã hình thành rất nhiều nhà máy sản xuất ván dăm, ván sợi cứng, ván MDF, vật liệu Compossit từ rơm của cây lúa mạch Trên thế giới hiện nay rất nhiều các quốc gia đã đầu tư những khoản kinh phí khổng lồ cho nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu sản xuất nông ngiệp đồng thời cũng xây dựng được những sách lược quan trọng để thúc đẩy ngành công nghiệp này phát triển [27]

Tại các quốc gia Trung Âu đã lợi dụng được các phế liệu nông nghiệp như: Bã mía, thây cây đay, gai, thân cây lúa mạch, làm nguyên liệu cho sản xuất ván nhân tạo Hiện nay các nhà máy sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp của các quốc gia Bắc Mỹ và Châu Âu lại tập trung lợi dụng chủ yếu là thân cây lúa mạch, các quốc gia Châu Âu đi đầu trên thế giới cả về thiết bị, kỹ thuật, công nghệ Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều xưởng sản xuất ván nhân tạo quy mô lớn từ phế liệu nông nghiệp được xây dựng như: Công ty Prime Board của Mỹ hay công ty ISO Board của Canada Công ty PB

được thành lập từ tháng 7 năm 1995 tại Mỹ, đã sử dụng công nghệ sản xuất ván nhân tạo của ICI của Mỹ và keo MDI là keo dán chủ yếu, mỗi năm Công

ty đã sử dụng 50.000 tấn rơm để sản xuất ra 53 nghìn m3 ván nhân tạo có chất lượng cao, còn Công ty ISO-Board được thành lập năm 1998 tại Canada, công suất 18 vạn m3 ván, chiều dày ván từ 6-28 mm, năm 1995 tại Úc Công ty Compak đã đầu tư 02 dây chuyên sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp có tính tự động hoá cao, đến năm 1997 Công ty này đã đầu tư tiếp 01 dây chuyền tại Bắc Mỹ, sản phẩm có chiều dày tối đa đạt tới 28 mm Ngoài ra

ở các nước Bắc Mỹ hiện nay còn có thêm hơn 10 nhà máy sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp đã được xây dựng và đưa vào hoạt động, tổng sản lượng 6-26 nghìn m3 sản phẩm/năm Tại Trung Quốc ngành công nghiệp sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp đã hình thành từ đầu những năm 50 của thế kỷ 20, thông qua hàng chục năm nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm

đã phát triển về kỹ thuật, công nghệ, quy mô sản xuất, chủng loại sản phẩm, chất lượng sản phẩm, đến nay có thể nói về công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp của Trung Quốc đã đạt tới trình độ công nghệ cao, hiện nay đã có 210 nhà máy sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp, năng suất hàng năm đạt trên 50 vạn m3 sản phẩm Việc nghiên cứu sử dụng rơm vì thế cũng đã được nhiều nước quan tâm, đặc biệt là các nước có sản lượng lúa cao tập trung ở vùng Đông Nam Á như Thái lan, Indonesia Tại các nước này, rơm hiện được dùng để sản xuất điện năng và tro của rơm (thường

có hàm lượng SiO2 tới 75% hàm lượng tro) có thể dùng để làm phụ gia bê tông tại tỉnh Pichit - Thái lan và đảo Bali – Indonesia [27]

Tại Ấn độ, Ibrahim Mutlu (2009) đã nghiên cứu sử dụng tro từ rơm để thay thế amiăng trong chế tạo má phanh [30]

Tại Hàn quốc, Han Seung Yang và các cộng sự (2003) đã tiến hành sản xuất ván dăm từ hỗn hợp rơm và gỗ sử dụng keo UF để tạo vật liệu cách âm dùng trong xây dựng từ hỗn hợp rơm lúa và dăm gỗ của Han Seung Yang và các cộng sự tại Đại học quốc gia Seoul - Hàn Quốc thực hiện năm 2003 (Han Seung Yang, 2003) Trong nghiên cứu này, ván dăm được tạo ra có khối lượng thể tích là: 0,4g/cm3 ; 0,6g/cm3 và 0,8 g/cm3 với 3 mức tỷ lệ hỗn hợp rơm như sau: 10%; 20% và 30% sử dụng keo UF Kết quả cho thấy, cường độ uốn tĩnh của ván dăm tăng khi khối lượng thể tích của ván tăng lên [31]

Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ sản xuất tới các tính chất vật lý của ván rơm của Greggory S Karr và các cộng sự tại Trường Đại học bang Kansas - Mỹ thực hiện năm 2000 (Greggory S Karr, 2000) Nghiên cứu khảo sát sự ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu của rơm (khảo sát trong khoảng từ 2% đến 12%), lượng keo dùng (khảo sát trong khoảng 2% đến 8%) và nhiệt

độ ép (từ 1350C đến 218 0C) tới tính chất vật lý và cơ học của ván (dày 6 mm) Kết quả cho thấy lượng keo dùng có ảnh hưởng lớn nhất tới tính ổn định kích thước, khả năng chống ẩm và cường độ của ván Độ ẩm ban đầu của rơm ảnh hưởng tới cường độ cơ học của ván nhiều hơn tính ổn định kích thước của ván [32]

Nghiên cứu ảnh hưởng của loại keo tới tính chất của ván dăm từ rơm lúa

mì có khối lượng thể tích trung bình của Xiaoqun Mo và các cộng sự tại Trường đại học bang Kansas - Mỹ thực hiện năm 2003 Nghiên cứu sử dụng 4 loại keo là MDI, UF, keo từ protein tách từ đậu nành SPI và bột đậu nành SF đối với rơm đã qua xử lý hoá chất tẩy là hỗn hợp kiềm và hợp chất oxi hóa Kết quả cho thấy, ván rơm từ rơm xử lý có chất lượng cao hơn ván không xử

lý Keo MDI cho chất lượng cao nhất, với lượng keo dùng khoảng 4% Ván từ keo SPI và SF có chất lượng tương tự ván từ keo UF Riêng đối với keo UF,

MOR của ván từ rơm không xử lý là 6,36 MPa và rơm xử lý là 9,34 MPa Còn độ bền kéo vuông góc tương ứng là 0,11 MPa đối với rơm không xử lý

và 0,19 MPa đối với ván rơm xử lý hoá chất [37]

Nghiên cứu cải thiện cơ chế dán dính của keo UF sử dụng để sản xuất ván nhân tạo từ rơm lúa mì và sậy sử dụng tác nhân tạo “nhân” coupling là silane hoặc xử lý chiết suất của Guangping Han và các cộng sự tại Trường đại học Kyoto - Nhật Bản thực hiện năm 1999 Kết quả cho thấy, với 2 giải pháp

xử lý này đều cải thiện đáng kể khả năng thấm ướt bề mặt của nguyên liệu, tạo tiền đề tăng khả năng thấm ướt keo trên bề mặt, nhằm tăng khả năng dán dính [28]

Nghiên cứu tính chất chịu kéo và chịu nén của ván dăm có khối lượng thể tích thấp từ rơm sử dụng keo gốc protein của Xiaoqun Mo và các cộng sự tại Trường đại học bang Kansas - Mỹ thực hiện năm 2001 Rơm được xử lý hoá chất là H2O2 hoặc NaOH Kết quả cho thấy, đối với các dạng hoá chất khác nhau, chất lượng ván thay đổi khác nhau Cụ thể, với ván đối chứng, cường độ chịu kéo đứt là: 256 kPa và chịu nén là: 235 kPa Tuy nhiên, khi xử

lý hỗn hợp NaOH và H2O2 thì cường độ chịu kéo đứt tăng lên tới 2.648 kPa

và chịu nén là 446 kPa [36]

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Công nghệ sản xuất ván dăm ở nước ta ra đời muộn hơn nhiều nước trên thế giới, hầu hết công nghệ sản xuất và thiết bị đều nhập từ nước ngoài

Năm 1970 nhà máy ván dăm Đồng Nai được xây dựng vơi năng suất

2000 m3 sản phẩm / năm, với công nghệ và thiết bị của Đức, sản xuất ván Okal (ép đùn), nguyên liệu chính là phế liệu ván bóc Năm 1976, nhà máy ván dăm Việt Trì được xây dựng tại Việt Trì – Phú Thọ với năng xuất 10.000 m3

sản phẩm / năm, công nghệ thiết bị của Nam Tư, nguyên liệu chính là gỗ bồ

đề Những năm gần đây nhà máy sử dụng thêm nguyên liệu là gỗ keo lá tràm

và keo tai tượng Năm 1980, nhà máy ván dăm Hiệp Hoà – Long An được xây dựng với năng suất 5000 m3 sản phẩm / năm, nguyên liệu chủ yếu là bã mía Năm 2002, nhà máy ván dăm Thái Nguyên được xây dựng với công suất

16500 m3 sản phẩm / năm, công nghệ thiết bị của Trung Quốc, nguyên liệu là

gỗ bạch đàn, mỡ, các loại keo [11]

Nước ta hiện nay ngành công nghiệp sản xuất ván nhân tạo đang rất phát triển và đặc biệt được chú trọng trong thời gian gần đây Tuy là một ngành mới nhưng nó đang dần khẳng định vị trí của mình trong sinh hoạt và trong lao động, công tác của con người Với nhu cầu sử dụng ngày càng cao và quy

mô sử dụng ngày càng rộng Hiện nay đảng và chính phủ đang đặt mục tiêu cho ngành sản xuất ván nhân tạo là phải đạt 1 triệu m3 ván nhân tạo trong năm

2010 Do vậy việc nghiên cứu các nguồn nguyên liệu mới đang ngày càng trở nên cấp bách Ván dăm với nguồn nguyên liệu là rơm và nguồn phế liệu ván bóc đang còn là một thuật ngữ khá mới mẻ ở nước ta, chúng ta hầu như chưa biết sử dụng nguồn nguyên liệu này nhằm mục đích kinh tế, chủ yếu chỉ sử dụng cho sinh hoạt như: làm chất đốt, bón ruộng tất cả đều mang tính tự phát không có quy trình kỹ thuật khi sử dụng [11]

Ở Việt nam, rơm vẫn chưa thực sự được sử dụng có hiệu quả, do đặc điểm thu gom không tập trung và thói quen của người dân các vùng miền có khác nhau

Ở miền Bắc, chủ yếu rơm vẫn được sử dụng làm chất đốt và tạo các vật dụng trong sinh hoạt hàng ngày: Chăn nuôi, sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ

Ở các tỉnh phía Nam, do đặc điểm trồng lúa tập trung nên rơm đã bước đầu được sử dụng khá hiệu quả như làm vật liệu lót thùng để vận chuyển trái

cây, dưa hấu, đồ sành sứ với giá bán mỗi xe tải từ: 300.000 đến 600.000 đồng; Công ty du lịch Vinh Sang (Du lịch Bến Thành, thành phố Hồ Chí Minh) thực hiện dự án tạo tấm vách từ rơm để xây dựng nhà ở cho người có thu nhập thấp tại khu vực đồng bằng Sông Cửu Long do tổ chức Development Marketplace tài trợ bắt đầu từ năm 2008

KS Trần Quốc Tế thực hiện đề tài năm 2005 về sử dụng rơm để sản xuất panel rơm (dạng vách ngăn - tường nhà, kết cấu panel 3 lớp: 2 lớp mặt phía ngoài dùng ván dăm rơm - xi măng; lõi là tấm polystyren) trong công trình xây dựng, và đã bước đầu ứng dụng thử nghiệm tại đồng bằng Sông Cửu Long [13]

Chu Công Nghị (2010), Nghiên cứu giải pháp nâng cao khã năng dán dính của rơm trong sản xuất ván dăm, luận văn tốt nghiệp, Trường Đại Học Lâm nghiệp, Hà Nội [12]

Vũ Đình Thanh (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ kết cấu tới một số tính chất cơ học chủ yếu của ván dăm 3 lớp dạng lõi rơm và lớp mặt bằng phế liệu ván bóc, luận văn tốt nghiệp, Trường Đại Học Lâm nghiệp, Hà Nội [15]

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu chung

Xác định được công nghệ sản xuất ván dăm từ rơm rạ, góp phần giải quyết có hiệu quả nguồn phế thải sau thu hoạch lúa và đa dạng hóa sản phẩm

1.2.2 Mục tiêu nghiên cứu cụ thể

Tìm được khoảng giá trị hợp lý của áp suất ép và thời gian ép trong công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ dùng trong đồ mộc

1.3 Đối tượng và pham vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Chế độ ép ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ dùng trong đồ mộc

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

1) Nguyên liệu

- Rơm được lấy tại khu vực huyện Chương Mỹ - Hà Nội, giống lúa Q5

- Gỗ Keo lai 6 ÷ 8 năm tuổi, được lấy tại khu vực Núi Luốt - Xuân Mai- Chương Mỹ - Hà Nội

2) Sản phẩm: Ván dăm có kích thước: 650 x 650 x 12 (mm) Sản phẩm

yêu cầu chịu lực dùng cho đồ mộc thông dụng Do đó chúng tôi chọn ván thí nghiệm là: Ván dăm ba lớp, khối lượng thể tích 0,75g/cm3, chiều dày 12 mm,

tỷ lệ kết cấu 1:3:1, độ ẩm cuối cùng của ván là 10% [2],[5]

3) Tỷ lệ dăm rơm và dăm gỗ

Theo kết quả nghiên cứu của Changtong Mei and Dingguo Zhou (2001), China [25] Thì trong công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ với tỷ lệ dăm rơm dùng ≤ 30% trong hỗn hợp dăm thì ván sản xuất ra đáp ứng được yêu cầu ván dùng trong đồ mộc thông thường

Trong đề tài chúng tôi sử dụng 25% dăm rơm và 75 % dăm gỗ trong hỗn hợp dăm

Trong luận văn chúng tôi sử dụng 25% rơm trong hỗn hợp dăm Vì vậy chất kết dính chúng tôi chọn là keo U-F của hãng DYNO Dựa vào đặc điểm của nguyên liệu liệu, hình dạng, kích thước dăm, dựa vào một số tài liệu

có liên quan [18], [19], chúng tôi chọn tỷ lệ dùng cho lớp mặt 12%, lớp lõi 10% so với lượng dăm khô kiệt

5) Máy và thiết bị: Sử dụng các máy và thiết bị của Trung tâm nghiên

cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghiệp rừng và phòng thí nghiệm khoa Chế Biến Lâm Sản – Đại học Lâm Nghiệp

6 ) Nhiệt độ ép: Xu hướng hiện nay trong ngành công nghiệp sản xuất

ván dăm là tăng nhiệt độ ép và giảm thời gian ép nhằm nâng cao năng suất, hiệu quả và chất lượng sản phẩm Theo kết quả nghiên cứu của Fei Yao (2004), Research on Manufactory Technique of Rice- Straw/Wood - fiber composites, Nanjing China [27] Thì trong công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ nhiệt độ phù hợp nhất là: T = 160 0C

7) Cơ sở lựa chọn miền khảo sát của áp suất ép và thời gian ép: Để

lựa chọn được các khoảng thông số áp suất ép và thời gian duy trì áp suất ép max (τ4) hợp lý để nghiên cứu chúng tôi tiến hành làm thực nghiệm thăm dò

a) Việc tiến hành thực nghiệm thăm dò trong các khoảng sau

- Áp suất ép: (0,5 ÷ 2,0) MPa; (2,0 ÷ 4,0) MPa ; (4,0 ÷ 5,0) MPa

- Thời gian duy trì áp suất max: τ4=(0,3 ÷ 0,5) phút/mm chiều dày, τ4= (0,5 ÷ 0,7) phút/mm chiều dày, τ4= (0,7 ÷ 0,9) phút/mm chiều dày

b Kết quả thực nghiệm thăm dò

Sau khi tiến hành thực nghiệm thăm dò thấy rằng với với khoảng khảo sát về áp suất và thời gian ép cho chất lượng ván tốt nhất nằm trong khoảng:

Thời gian duy trì áp suất max τ4 (0,5 ÷ 0,7) phút/mm chiều dày, Áp suất ép (2,0÷ 4,0) MPa

Căn cứ vào độ chính xác của các thiết bị, điều kiện thực nghiệm và yêu cầu độ chính xác của kết quả chúng tôi thực nghiệm theo 03 mức áp suất và thời gian như sau:

+ Áp suất ép: P = ( 2,0; 3,0; 4,0) Mpa

+ Thời gian duy trì áp suất ép max: τ4 = ( 0,5; 0,6; 0,7) phút/mm chiều dày

8) Quy hoạch thực nghiệm

Theo T.s Nguyễn Văn Bỉ ( 2005), Phương pháp nghiên cứu thực

nghiệm, Trường Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam [10]

Y= F ( áp suất ép, thời gian ép)

- Áp suất ép: P(-) = 2,0 MPa, P(o) = 3,0 MPa, P(+) = 4,0 MPa

Số thí nghiệm cần thực hiện: N = 2n + 2n + 1 = 9

Số lần lặp lại của thí nghiệm , được tính theo công thức:

k ≥ 2

2 2





v

+ k là số lần lặp lại

+ α - Chỉ số chính xác (mực độ sai số cho phép)

+ λ - Độ tin cậy của một lần đo số với giá trị thực

+ v - Hệ số biến động của phép đo đại lượng nghiên cứu Qua tính toán ta có k =1,73, lấy tròn số lần lặp cho mỗi thí nghiệm k=2 Vậy tổng số thí nghiệm cần thực hiện là: Nx k = 9 x 2 =18 thí nghiệm

9) Kiểm tra chất lượng sản phẩm

Theo tiêu chuẩn: TCVN 7754: 2007 ; Yêu cầu riêng đối với ván dăm chịu tải sử dụng ở điều kiện khô, với các chỉ tiêu sau :

- Trương nở chiều dày Dn ≤ 16%

- Mô đun đan hồi khi uốn Em ≥ 2.300 Mpa

- Độ bền uốn tĩnh u ≥ 16 MPa

- Độ bền kéo vuông góc v ≥ 0,4 Mpa

1.4 Nội dung nghiến cứu

1 Tìm hiểu, điều tra, đánh giá nguyên liệu (rơm , dăm gỗ) và thiết bị

2 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của công nghệ sản xuất ván dăm

3 Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất ép tới chất lượng ván

4 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ép tới chất lượng ván

5 Xác định các thông số chế độ ép hợp lý (P, τ) cho ván dăm sản xuất

từ hỗn hợp rơm - dăm gỗ dùng trong đồ mộc

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu, điều tra, đánh giá

nguyên liệu (rơm, dăm gỗ) và

thiết bị

- Phương pháp lý thuyết: thu thập, biên dịch và phân tích tài liệu

- Phương pháp kế thừa một số kết quả

nghiên cứu trong nước và nước ngoài

-Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

của công nghệ sản xuất ván

- Nghiên cứu ảnh hưởng của áp

suất ép tới chất lượng ván

- Nghiên cứu ảnh hưởng của

thời gian ép tới chất lượng ván

1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu sử dụng rơm kết hợp với gỗ để sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ dùng trong sản xuất đồ mộc dân dụng, để đánh giá được mức độ ảnh hưởng của chế độ ép đến chất lượng sản phẩm, từ đó lựa chọn được chế độ ép hợp lý và đề xuất được các giải pháp để nâng cao chất lượng ván, nhằm góp phần đa dạng hoá nguồn nguyên liệu trong sản xuất ván dăm,

hạ giá thành sản phẩm, tận dụng nguồn phế liệu trong sản xuất nông nghiệp, tăng thu nhập cho người nông dân, giảm thiểu ô nhiễm môi trường

- Từ những kết quả đạt được, đề xuất những hướng nghiên cứu tiếp theo

Chương 2

CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 Cơ sở lý luận của chế độ ép ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ

2.1.1 Ảnh hưởng của chế độ ép trong quá trình sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ

2.1.1.1 Ảnh hưởng của áp suất ép trong công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ, có sử dụng thanh cữ

- Trong công nghiệp sản xuất ván dăm nói chung và sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ, có sử dụng thanh cữ, thì áp suất ép là một thông số rất quan trọng Trong giai đoạn đầu của quá trình ép thì áp suất nhằm tạo ra chiều dầy ván, tạo ra sự tiếp xúc giữa các dăm được chặt chẽ để thực hiện mối liên kết, làm cho phôi ván đạt đến chiều dày nhất định Ngoài ra áp suất ép đóng vai trò là tác nhân thúc đẩy quá trình truyền nhiệt từ mặt bàn ép vào ván Khi mặt bàn ép chạm thanh cữ thì lực ép không tác dụng lên ván mà tác dụng lên thanh cữ [18]

- Mặt khác áp suất làm tăng khả năng dàn trải của màng keo trong ván Theo lý thuyết dán dính thì chiều dày màng keo tốt nhất là một phân tử, áp suất ép là một nhân tố ảnh hưởng đến tỷ lệ thấm keo lớp mặt dăm nguyên liệu

và cường độ dán dính của sản phẩm Khi ép với áp suất nhỏ, các sợi dăm liên kết không tốt, các điểm dán ít nên hiện tượng thấm keo cũng ít Áp suất ép lớn làm tăng quá trình thẩm thấu và tăng khả năng thấm keo lớp mặt [5]

- Áp suất ép chịu ảnh hưởng của một số nhân tố sau: loại gỗ, độ ẩm phôi ván; lượng keo dùng, khối lượng thể tích ván dăm, chiều dày ván dăm,

nhiệt độ bàn ép nhiệt, tốc độ đóng bàn ép nhiệt Ván dăm có khối lượng thể tích thấp thì áp suất ép thấp và khối lượng thể tích lớn thì áp suất ép lớn [18]

- Trong quá trình ép thì áp suất ép max có vai trò rất lớn trong quá trình hình thành ván: Có tác dụng làm cho phôi ván nhanh chóng đạt tới chiều dày mong muốn, hạn chế được hiện tượng keo đóng rắn sớm ở bề mặt tấm ván cũng như tạo ra tấm ván có phân bố mật độ theo phương chiều dày hợp lý Áp suất dán ép luôn thuận lợi cho quá trình truyền nhiệt nhưng lại trở ngại cho quá trình thoát ẩm và khí trong ván, đặc biệt là ván dăm hỗn hợp rơm - dăm

gỗ, dăm rơm có dạng sợi vì vậy không khí trong thảm rất lớn Trong quá trình

ép ván cần có bước giảm áp để nhằm từng bước thoát ẩm cho mối dán, để áp suất túi khí trong thảm cân bằng với áp suất bên ngoài, nhằm giảm sự chênh lệch áp suất trong và ngoài ván là ít nhất [2]

2.1.1.2 Ảnh hưởng của thời gian ép đến chất lượng ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ

Thời gian ép là khoảng thời gian để cho keo đóng rắn và thoát ẩm trong quá trình hình thành ván, thời gian ép có vai trò quan trong trong quá trình tạo ván Thời gian ép tạo ra quá trình truyền nhiệt trong thảm dăm, thoát hơi ẩm

và đóng rắn kéo Thời gian ép còn ảnh hưởng đến năng suất, chất lượng sản phẩm [5]

Biểu đồ ép ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ, ép có sử dụng thanh cữ

Căn cứ vào các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước [2], [18], [27]; căn cứ đặc điểm nguyên liệu rơm ; kết hợp với quá trình thực hiện khảo sát thăm dò chúng tôi chọn biểu đồ ép ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ như sau:

Hình 2.1 Biểu đồ ép ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ

căn cứ vào độ ẩm thảm, nhiệt độ ép, khối lượng riêng của ván, khả năng đàn hồi của dăm [27]

- Phải lựa chọn được thời gian ép hợp lý: Nếu thời gian ép quá ngắn,

lượng ẩm trong ván khó thoát ra ngoài ván, liên kết dăm – dăm, keo – dăm chưa kịp đóng rắn dẫn đến nổ ván Nếu thời gian ép quá dài, làm cho màng keo bị phá hủy, dăm bị phân hủy dẫn đến chất lượng ván giảm

Vì vậy thời gian ép nhiệt đủ mới có thể đảm bảo cho phôi ván dăm hoàn toàn đóng rắn và làm cho nước trong phôi ván bốc hơi hết mức, thoát ra từ cạnh ván [2]

- Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian ép

+ Thời gian ép chịu ảnh hưởng của rất nhiều nhân tố như: loại cây; loại keo; nhiệt độ ép; chất đóng rắn; độ ẩm phôi ván; phương thức gia nhiệt trước (nếu có); thời gian đóng bàn ép; khối lượng thể tích ván dăm [2]

+ Loại keo: Thời gian đóng rắn của các loại keo khác nhau cũng rất khác nhau Thường thời gian ép của keo UF dài hơn PF Nhưng hiện nay thời gian ép nhiệt của keo PF biến tính đã dần tiếp cận với thời gian đóng rắn của keo UF [19]

+ Ảnh hưởng của độ ẩm phôi ván: Trong tình huống độ ẩm trung bình bằng nhau, phôi ván dăm có độ ẩm lớp mặt cao cần thời gian ép tương đối ngắn Phun nước phù hợp bề mặt (phương pháp xung kích) cũng có thể rút ngắn thời gian ép Thời gian ép nhiệt của phôi ván có độ ẩm cao dài hơn phôi ván có độ ẩm thấp

+ Khối lượng thể tích ván: Ván dăm có khối lượng thể tích càng cao thì thời gian ép càng lớn

- Thời gian trong một chu kỳ ép là tổng các khoảng thời gian tính từ khi ván được đưa vào mặt bàn ép đến khi lấy ra khỏi mặt bàn ép Dựa vào thiết bị, nhiệt độ và áp suất ta có thể chia thời gian ép trong một chu kỳ ép thành nhiều giai đoạn khác nhau

+ Trong đó thời gian duy trì áp suất max là thời gian chủ yếu Đây là khoảng thời gian cần quan tâm khi ép ván Qua thực tế quá trình ép ván cho thấy nếu thời gian ép ngắn thì không đảm bảo cho keo ở lớp giữa đóng rắn triệt để làm giảm cường độ dán dính giữa keo và dăm làm cho độ bền kéo vuông góc của ván cũng bị giảm xuống Nhưng khi nhiệt độ cao mà thời gian

ép lại dài nó sẽ làm cho màng keo bị giòn, ván dẽ bị phá huỷ [19]

+ Thời gian duy trì áp suất Pmax phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Loại gỗ, loại dăm, độ ẩm thảm dăm, loại keo, nhiệt độ ép, chiều dầy thảm dăm Vì vậy chúng tôi tiến hành nghiên cứu thời gian duy trì áp áp suất max (τ4) [2]

2.1.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ ép

Nhiệt độ ép ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bởi nó liên quan đến quá trình truyền nhiệt vào trong thảm dăm, tốc độ đóng rắn màng keo, làm giảm độ ẩm của ván sau khi ép Nhiệt độ còn có tác dụng làm dẻo dăm, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc dăm – dăm, quá trình dàn trải keo

và cuối cùng là làm cho keo đóng rắn, thường nhiệt độ cao keo đóng rắn nhanh [5]

Song nhiệt độ ép phụ thuộc vào loại keo, loại dăm, chất đóng rắn, chiều dầy thảm dăm Với loại gỗ mềm, xốp, nhẹ nhiệt độ ép thường cao hơn gỗ nặng và cứng vì gỗ mềm, xốp khả năng truyền nhiệt kém hơn, Chiều dày thảm dăm lớn thì ép với nhiệt độ thấp hơn Theo kết quả nghiên cứu của Fei Yao (2004), Research on Manufactory Technique of Rice- Straw/Wood - fiber composites, Nanjing China [27] thì nhiệt độ ép ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ thấp hơn ván dăm sử dụng nguyên liệu gỗ và nhiệt độ ép phù hợp nhất là 160 0C

Trong quá trình ép nhiệt, lựa chọn nhiệt độ ép không phù hợp, sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng ván Nếu nhiệt độ ép quá thấp làm cho keo chậm đóng rắn, dăm chậm mềm hóa, dẫn đến thời gian ép kéo dài, chất lượng

bề mặt ván thấp Nhiệt độ ép quá cao làm cho màng keo lớp mặt bị dòn, các bon hóa bề mặt ván, ảnh hưởng tới tính chất cơ - vật lý của ván [18]

vật lý của ván [18]

2.1.2 Các nghiên cứu về chế độ ép của ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ

- Theo Theo kết quả nghiên cứu của Changtong Mei and Dingguo Zhou (2001) Effect of Straw Substitution Level on Propertier of Wood-straw Hybrid Particleboard, Nanjing Forestry University, nanjing 21037, China[25] Trong sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ, chất kết dính kéo UF Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tỷ lệ rơm tăng từ 0% đến 100% trong hỗn hợp dăm rơm-dăm gỗ thì các tính chất của ván thay đổi như sau

+ Trương nở chiều dày của ván tăng từ 0% ÷100%

+ Độ bền uốn tỉnh của ván giảm từ 25 MPa ÷ 6,0 MPa

+ Độ bền kéo vuông góc giảm từ 0,8 MPa ÷ 1,15 MPa

Kết quả nghiến cứu cho thấy trong công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ, sử dụng keo UF Thì với tỷ lệ dăm rơm dùng ≤ 30% dăm trong hỗn hợp dăm thì ván sản xuất ra đáp ứng được yêu cầu ván dùng trong

đồ mộc thông thường theo tiêu chuẩn GB/T 19367 1- 2004

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ sản xuất tới các tính chất vật lý của ván rơm của Greggory S Karr và các cộng sự tại Trường Đại học bang Kansas - Mỹ thực hiện năm 2000 (Greggory S Karr, 2000) [32] Nghiên cứu khảo sát sự ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu của rơm (khảo sát trong khoảng từ 2% đến 12%), lượng keo dùng (khảo sát trong khoảng 2% đến 8%) và nhiệt độ ép (từ 1350C đến 218 0C) tới tính chất vật lý và cơ học của ván (dày 6 mm) Kết quả cho thấy lượng keo dùng có ảnh hưởng lớn nhất tới tính ổn định kích thước, khả năng chống ẩm và cường độ của ván Độ ẩm ban đầu của rơm ảnh hưởng tới cường độ cơ học của ván nhiều hơn tính ổn định kích thước của ván Nhiệt độ ép ảnh hưởng tính chất cơ học của ván Cường độ uốn tĩnh của ván thay đổi trong khoảng từ 15 MPa đến 28,7 MPa

- Chu Công Nghị (2010), Nghiên cứu giải pháp nâng cao khã năng dán dính của rơm trong sản xuất ván dăm, luận văn tốt nghiệp, Trường Đại Học Lâm nghiệp, Hà Nội [12] Đã sử dụng chế độ ép như sau:

+ Áp suất ép 2,7 MPa

+ Thời gian ép 14 phút

+ Nhiệt độ ép 140 0C

Kết quả nghiên cứu cho thấy các tính chất của ván đạt rất thấp, đặc biệt là

độ bền kéo vuông góc của ván Trong đề tài đã kiến nghị nên mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ ép tới chất lượng của ván

- Vũ Đình Thanh (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ kết cấu tới một số tính chất cơ học chủ yếu của ván dăm 3 lớp dạng lõi rơm và lớp mặt bằng phế liệu ván bóc, luận văn tốt nghiệp, Trường Đại Học Lâm nghiệp, Hà Nội [15] Đã sử dụng chế độ ép như sau:

+ Áp suất ép 2,4 MPa

+ Thời gian ép 12 phút

+ Nhiệt độ ép 140 0C

Kết quả nghiên cứu cho thấy các tính chất của ván đạt rất thấp, đặc biệt là

độ bền kéo vuông góc của ván Trong đề tài đã kiến nghị nên mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ ép tới chất lượng của ván

2.1.3 Phân tích đánh giá, dự báo lựa chọn chế độ ép của ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ

2.1.3.1 Phân tích đánh giá, dự báo lựa chọn áp suất ép của ván dăm hỗn hợp rơm –dăm gỗ

- Trong công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ, vì dăm rơm

có dạng mỏng, dẹt, dăm rơm có khã năng đàn hồi lớn hơn dăm gỗ, khối lượng thể tích của rơm lớn hơn gỗ Vì vậy áp suất ép của ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ lớn hơn áp suất ép của ván dăm sử dụng nguyên liệu gỗ

- Khi áp suất ép tăng

+ Khi áp suất ép tăng thì độ trương nở của ván hỗn hợp rơm - dăm gỗ giảm Vì khi áp suất ép tăng thì bàn ép nhanh chạm thanh cữ, tạo sự tiếp xúc giữa các dăm - dăm được tốt hơn, tăng khả năng truyền nhiệt từ mặt bàn ép vào trong lớp lõi được tăng lên, làm cho dăm lớp lõi được dẻo hóa hơn, giúp dăm lớp lõi tiếp xúc chặt chẽ với nhau hơn để thực hiện mối liên kết, làm cho màng keo lớp lõi đóng rắn tốt hơn, loại bỏ không khí trong thảm, làm cho các

lỗ hổng trong ván giảm Vì vậy ngăn cản được sự xâm nhập của nước vào trong ván làm cho độ trương nở của ván giảm

+ Khi áp suất ép tăng cường độ uốn tĩnh và mô đun đàn hồi của ván tăng

Vì khi áp suất ép tăng làm cho bàn ép nhanh chạm thanh cữ, tạo sự tiếp xúc giữa các dăm - dăm được tốt hơn, tăng khả năng truyền nhiệt từ mặt bàn ép vào ván, tăng khả năng dàn trải của màng keo, loại bỏ không khí trong thảm, làm khối lượng thể tích lớp mặt ván cao hơn so với lớp lõi

+ Khi áp suất ép tăng thì độ bền kéo vuông góc của ván tăng Vì khi áp suất ép tăng thì bàn ép nhanh chạm thanh cữ hơn, tạo sự tiếp xúc giữa các dăm dăm được tốt hơn, tăng khả năng truyền nhiệt từ mặt bàn ép vào trong lớp lõi được tăng lên, làm cho dăm lớp lõi được dẻo hóa hơn, giúp dăm lớp lõi tiếp xúc chặt chẽ với nhau hơn, làm cho màng keo lớp lõi đóng rắn tốt hơn, loại bỏ không khí trong thảm

- Khi áp suất ép tăng quá lớn

+ Khi áp suất ép quá lớn: Thì độ trương nở chiều dày của ván tăng Nguyên nhân khi áp suất ép tăng sẽ gây vỡ thảm, thảm dăm không kịp đàn hồi, dăm bị gãy gục, bị vỡ, chất lượng mối dán giảm, khối lượng thể tích của

lớp lõi nhỏ đi rất nhiều so với lớp mặt, do đó lỗ hổng trong ván tăng, tổng diện tích dăm tăng Vì vậy nước dễ dàng xâm nhập vào dăm

+ Khi áp suất ép tăng quá lớn thì cường độ uốn tĩnh và mô đun đàn hồi của ván giảm Vì khi áp suất tăng quá cao sẽ gây vỡ thảm, thảm dăm không kịp đàn hồi, dăm bị gãy gục, bị vỡ dăm, chất lượng mối dán kém

+ Khi ép lực quá lớn thì độ bền kéo vuông góc của ván lại giảm Vì khi

áp suất ép tăng quá cao sẽ gây vỡ thảm, thảm dăm không kịp đàn hồi, dăm bị gãy gục, bị vỡ, làm ảnh hưởng tới chất lượng mối dán lớp lõi, ngoài ra làm khối lượng thể tích của lớp lõi và lớp mặt chênh lệch nhau lớn, do đó chất lượng của ván lõi kém đi rất nhiều

2.1.3.2 Phân tích đánh giá, dự báo lựa chọn thời gian ép của ván dăm hỗn hợp rơm –dăm gỗ

- Trong công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ Do đặc điểm của dăm rơm có dạng mỏng, dẹt, có dạng sợi, dễ bị phân hủy Vì vậy thời gian ép của ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ nhỏ hơn thời gian ép của ván dăm sử dụng nguyên liệu gỗ

- Khi thời gian ép tăng

+ Khi thời gian ép tăng thì độ trương nở chiều dày của ván giảm Vì thời gian ép tăng làm cho dăm được dẻo hóa hơn, giúp dăm tiếp xúc chặt chẽ với nhau hơn, làm cho màng keo đóng rắn hoàn toàn, đặc biệt đối với lớp lõi thì khả năng truyền nhiệt từ mặt bàn ép vào trong lớp lõi tăng lên, làm cho dăm lớp lõi được dẻo hóa hơn, giúp dăm tiếp xúc chặt chẽ với nhau hơn để thực hiện mối liên kết, làm cho màng keo lớp lõi đóng rắn triệt để, các lỗ

hổng trong ván giảm Vì vậy ngăn cản được sự xâm nhập của nước vào ván làm cho độ trương nở của ván giảm

+ Khi áp suất ép tăng cường độ uốn tĩnh và mô đun đàn hồi của ván tăng Khi áp suất ép tăng làm cho bàn ép nhanh chạm thanh cữ, tạo sự tiếp xúc giữa các dăm - dăm được tốt hơn, tăng khả năng truyền nhiệt từ mặt bàn

ép vào ván, tăng khả năng dàn trải của màng keo, loại bỏ không khí trong thảm, làm khối lượng thể tích lớp mặt ván cao hơn so với lớp lõi

+ Khi thời gian ép tăng thì độ bền kéo vuông góc của ván tăng Vì khi thời gian ép tăng làm cho dăm được dẻo hóa hơn, giúp dăm tiếp xúc chặt chẽ với nhau hơn, làm cho màng keo đóng rắn hoàn toàn Đặc biệt đối với lớp lõi thì khả năng truyền nhiệt từ mặt bàn ép vào trong lớp lõi tăng lên, làm cho dăm lớp lõi được dẻo hóa hơn, giúp dăm tiếp xúc chặt chẽ với nhau hơn để thực hiện mối liên kết, làm cho màng keo lớp lõi đóng rắn triệt để hơn, hơi nước trong lớp lõi bay hơi ra ngoài nhiều hơn, cân bằng áp suất giữa bên trong và bên ngoài ván

- Song nếu thời gian ép quá dài

+ Khi thời gian ép quá dài thì độ trương nở của ván lại tăng lên chậm Vì khi thời gian ép quá dài làm cho màng keo bị giòn, các bon hóa bề mặt ván làm cho màng keo bị phá hủy, dăm bị phân hủy, làm cho sự xâm nhập của nước vào ván tốt hơn Nhưng trong giai này chủ yếu ảnh hưởng đến lớp mặt của ván, lớp lõi chưa bị ảnh hưởng Do đó dẫn đến độ trương nở chiều dày của ván tăng chậm

+ Khi áp suất ép tăng thì cường độ uốn tĩnh và mô đun đàn hồi của ván giảm Vì khi áp suất tăng quá cao sẽ gây vỡ thảm, thảm dăm không kịp đàn hồi, dăm bị gãy gục, bị vỡ dăm, chất lượng mối dán kém

+ Khi thời gian ép quá dài thì độ bền kéo vuông góc của ván giảm

Vì khi thời gian ép dài làm cho màng keo bị giòn, bị các bon hóa bề mặt, màng keo bị phá hủy, dăm bị phân hủy

2.2 Cơ sở lý luận của nguyên liệu rơm

2.2.1 Đặc điểm cấu tạo và tính chất của cây lúa

Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Đệ , Đại Học Cần Thơ[6] cây lúa là cây thuộc họ hoà tảo (Gramincae) có tên khoa học là Oia Sativa, thời gian sinh trưởng ngắn (90 ngày), nơi sinh trưởng chủ yếu là các vùng đất ngập nước, chiều cao đạt được tại thời điểm làm đòng từ 0,6÷2 m Có rất nhiều giống lúa khác nhau như: giống ngắn ngày, giống dài ngày, giống cao cây, giống thấp cây….Nhưng về đặc điểm cấu tạo chung và thành phần hoá học của thân cây lúa khác nhau không đáng kể Cấu tạo chung của cây lúa: Cây lúa được chia làm 3 phần chính đó là: Rễ lúa, thân lúa và lá lúa

- Thân lúa: Thân lúa thuộc loại thân thảo, rỗng ruột, trên thân chia ra nhiều lóng, ngăn cách các lóng gọi là mắt Độ dài các lóng không bằng nhau, lóng ở phần gốc thường ngắn hơn lóng ở phần ngọn nhưng đường kính lại lớn hơn Chiều dài các lóng biến động trong khoảng rừ 1,62 cm÷ 26,3cm, đường kính từ 0,19 cm ÷ 0,58 cm, độ dày thành lóng từ 1mm ÷ 2mm Vào thời kỳ thu hoạch số lóng trên cây lúa dao động trong khoảng từ 4÷ 8 lóng tuỳ theo giống [6]

Hình 2.2 Phẩu thức cắt ngang của lóng trên thân (A) và gốc (B)

Hình 2.3 Cấu tạo một đơn vị tăng trưởng của cây lúa (A), thân chính

và chồi (B)

- Lá lúa: Lá lúa được chia làm 3 phần; Bẹ lá, phiến lá và cổ lá

Phiến lá (leaf blade) là phần lá phơi ra ngoài ánh sáng, bộ phận quang hợp chủ yếu của cây lúa nhờ vào các tế bào nhu mô có chứa nhiều hạt diệp

lục Có thể xem lá lúa là nhà máy chế tạo nên các chất hữu cơ cung cấp cho toàn bộ hoạt động sống của cây, thông qua hiện tượng quang hợp, biến quang năng thành hóa năng Lá lúa có thể quang hợp được ở cả 2 mặt lá Phiến lá gồm 1 gân chính ở giữa và nhiều gân song song chạy từ cổ lá đến chót lá Phiến lá chứa nhiều bó mạch lớn nhỏ và các bọng khí lớn phát triển ở gân chính, đồng thời ở hai mặt lá đều có khí khẩu Mặt trên phiến lá có nhiều lông

để hạn chế thoát hơi nước và điều hòa nhiệt độ Các tế bào nhu mô của phiến

lá có chứa nhiều hạt diệp lục (lục lạp) màu xanh, nơi xúc tiến các phản ứng quang hợp của cây lúa, Càng chứa nhiều hạt diệp lục, lá lúa càng có màu xanh đậm, quang hợp càng mạnh [6]

Hình 2.4 Phẩu thức cắt ngang của phiến lá

Bẹ lá (leaf sheath) là phần ôm lấy thân lúa Giống lúa nào có bẹ lá ôm sát thân thì cây lúa đứng vững khó đổ ngã hơn Bẹ lá có nhiều khoảng trống nối liền các khí khổng ở phiến lá thông với thân và rễ, dẫn khí từ trên lá xuống rễ giúp rễ có thể hô hấp được trong điều kiện ngập nước (Hình 3.18) Màu sắc của bẹ lá thay đổi tùy theo giống lúa, từ màu xanh nhạt, xanh đậm sang dọc tím và tím Ngoài vai trò trung gian vận chuyển khí và các chất dinh dưỡng, bẹ lá còn là nơi dự trữ các chất dinh dưỡng từ rễ lên và các sản phẩm quang hợp từ phiến lá đưa xuống trước khi phân phối đến các bộ phận khác trong cây [6]

Hình 2.5 Phẩu thức cắt ngang của bẹ lá

Cổ lá (colar) là phần nối tiếp giữa phiến lá (leaf blade) và bẹ lá Cổ lá to hay nhỏ ảnh hưởng tới góc độ của phiến lá Cổ lá càng nhỏ, góc lá càng hẹp,

lá lúa càng thẳng đứng và càng thuận lợi cho việc sử dụng ánh sáng mặt trời

để quang hợp Tại cổ lá còn có 2 bộ phận đặc biệt gọi là tai lá và thìa lá

Hình 2.6 Hình thái của cổ lúa với tai lá và thìa lá

- Rễ lúa: Rễ lúa thuộc loại redx chùm, phân bố ở những vùng nông sát mặt đất không có khả năng ăn sâu vào đất Cây lúa có 2 loại rễ: rễ mầm và rễ phụ:

Rễ mầm (radicle) là rễ mọc ra đầu tiên khi hạt lúa nẩy mầm Thường mỗi hạt lúa chỉ có một rễ mầm Rễ mầm không ăn sâu, ít phân nhánh, chỉ có lông ngắn, thường dài khoảng 10-15 cm Rễ mầm giữ nhiệm vụ chủ yếu là hút nước cung cấp cho phôi phát triển và sẽ chết sau 10-15 ngày, lúc cây mạ được

3-4 lá Các rễ thứ cấp có thể mọc ra khi rễ mầm bị thiệt hại Rễ mầm còn có nhiệm vụ giúp hạt lúa bám vào đất khi gieo sạ trên đồng

Rễ phụ mọc ra từ các mắt (đốt) trên thân lúa Mỗi mắt có từ 5-25 rễ phụ, rễ phụ mọc dài, có nhiều nhánh và lông hút Tại mỗi mắt có 2 vòng rễ: vòng rễ trên to và khỏe, vòng rễ dưới nhỏ và kém quan trọng hơn Trong giai đoạn tăng trưởng, các mắt này thường rất khít nhau và nằm ở dưới mặt đất, nên rễ lúa tạo thành một chùm, do đó, rễ lúa còn gọi là rễ chùm Tầng rễ phụ đầu tiên mọc ra ở mắt đầu tiên ngay trên trục trung diệp (mesocotyl) [6]

Lúa là một loại cây lương thực được hơn 100 nước trên thế giới trồng làm cây lương thực chính Diện tích trồng lúa hàng năm trên thế giới vào khoảng 177.168.000 ha, Châu Á khoảng 130.974.000 ha

Theo thống kê niên giám sản lượng lúa gạo Việt Nam giai đoạn

2005-2009 [4], ở Việt Nam cây lúa cũng là cây lương thực chính được trồng ở khắp mọi nơi Sản lượng lúa trong 5 năm gần đây là: Năm 2005: 35,4 triệu tấn, năm 2006: 36,2 triệu tấn, năm 2007: 35,86 triệu tấn, năm 2008: 36,55 triệu tấn, năm 2009: 38,9 triệu tấn Ở Việt Nam với diện tích trồng lúa hàng năm rất lớn là 6.599.000 ha, tập trung chủ yếu ở Đồng bằng Bắc Bộ và Đồng bằng Nam Bộ chúng ta sẽ thu được một lượng nguyên liệu khổng lồ là: 65.980.000 tấn Do vậy việc tìm kiếm nguyên liệu tập trung cho sản xuất không còn là vấn đề khó khăn

2.2.2 Tìm hiểu một số đặc điểm cơ, lý cơ bản của rơm

2.2.2.1 Khối lượng thể tích

Theo Summers 2000 [34] Rơm khô khá nhẹ nên chiếm khá nhiều diện tích Tuỳ thuộc vào dạng đóng gói mà khối lượng thể tích của rơm khác nhau, khối lượng thể tích (mật độ xếp đống) của các dạng đóng gói rơm như trong bảng sau:

Bảng 2.1 khối lượng thể tích của các dạng rơm khác nhau

3 ở điều kiện khô)

Rơm được đập nhỏ (Hammer

milled)

40-100

Kết quả này khẳng định rơm là loại nguyên liệu khá nhẹ, cồng kềnh khi đóng gói, khiến cho chi phí vận chuyển tăng cao khi xem xét tới yếu tố quy hoạch vùng nguyên liệu và tính toán hiệu quả kinh tế khi sử dụng rơm để sản xuất quy mô công nghiệp

2.2.2.2 Độ ẩm và đặc tính hút ẩm

Theo Summers 2000 [34] Ngay khi gặt lúa, độ ẩm của rơm khá cao, đạt khoảng 150 đến 250% (theo Summers 2000), nhưng thường rơm sẽ được phơi ngoài đồng cho tới độ ẩm khoảng dưới 17% trước khi được đóng kiện (thành kiện rơm) nhằm hạn chế sự phát triển của nấm mốc trong quá trình bảo quản Quá trình hút ẩm (Absorption) và nhả ẩm (Desorption) của gỗ lá kim - softwood (theo Beall 2000) và của rơm - rice straw (theo Thompson 1974) được cho trong hình 3 dưới đây Từ kết quả này cho thấy, so với gỗ, thì EMC của rơm có phần nhỉnh hơn 1 chút Thompson ước tính, độ ẩm bão hoà thớ gỗ (EMC ở độ ẩm tương đối môi trường 100%) của rơm khoảng 42% trong khi với gỗ lá kim thì chỉ khoảng 26-30% [34]

Hình 2.7 So sánh đường cong hút-nhả ẩm của rơm (Thompson

1974) và gỗ lá kim (Beall 2000) ở điều kiện môi trường 25 0 C

2.1.2.3 Hàm lượng các nguyên tố trong rơm

Theo Summers 2000 [34], thì hàm lượng các nguyên tố trong rơm như sau:

Bảng 2.2 Hàm lượng các nguyên tố trong rơm và ước tính khối lượng

thể tích thực của rơm dựa trên hàm lượng của các nguyên tố này:

Các nguyên tố chủ yếu

KLTT thực ước tính (kg/m3)

2.2.2.4 Các thành phần hóa học chính trong rơm

Theo nghiên cứu của Effy Markessini [33] Nghiên cứu tạo ván nhân tạo

từ nguồn nguyên liệu sợi thực vật thu hoạch hàng năm sử dụng keo dán U-F tại Hội thảo nghiên cứu vật liệu composite/ván dăm quốc tế lần thứ 31, đã đưa

ra bảng kết quả so sánh về thành phần hóa học của rơm lúa như sau:

Bảng 2.3 Các thành phần hoá học chính trong rơm

2.1.2.5 So sánh thành phần hóa học giữa rơm với gỗ

Theo nghiên cứu của Effy Markessini [33], Nghiên cứu tạo ván nhân tạo

từ nguồn nguyên liệu sợi thực vật thu hoạch hàng năm sử dụng keo dán U-F tại Hội thảo nghiên cứu vật liệu composite/ván dăm quốc tế lần thứ 31, đã đưa

ra bảng kết quả so sánh về thành phần hóa học giữa rơm lúa và gỗ như sau:

Bảng 2.4 So sánh các thành phần hoá học chính giữa gỗ và rơm

2.3 Cơ sở lý luận của nguyên liệu gỗ Keo lai

2.3.1 Sự phát triển nguồn gốc Keo lai

Theo tài liệu của GS.TS Lê Đình Khả [10] Keo lai tên gọi tắt để chỉ giống lai tự nhiên giữa Keo tai tượng (acacia mangium will) và Keo lá tràm (Acacia auriculifomis) Giống Keo (Acacia) thuộc chỉ thực vật họ đậu (Leguminosae), họ phụ Trinh nữ (Mimosoideae)

Giống lai tự nhiên này được Messrs Herburn và Sim phát hiện lần đầu vào năm 1972 trong số các cây Keo tai tượng trồng ven đường Sook telupid thuộc bang Sbah bah của Malaysia Đến năm 1978, sau khi xem xét mẫu tiêu bản thực vật ở Queensland (Australia) Pedglay đã xác định đó là giống lai tự nhiên giữa Keo lai tượng và Keo lá tràm

Vì có khả năng phát triển tốt, nên trong công trình nghiên cứu của mình Griffin – 1988 đã nhân giống bằng hom, nuôi cấy mô phân sinh Sau 1 năm, cây mô cao tới 1,09m Năm 1991, CyrilPinso và Robert Nasi, khi nghiên cứu

về sự phát triển của cây keo lai đã nhận xét: “Gỗ của cây Keo lai là trung gian giữa Keo tai trượng và Keo lá tràm, có phần tốt hơn gỗ Keo tai tượng song có

sự biến động lớn [10]

Keo lại được phát hiện ở Thái Lan (Kijika, 1992), ở Inđônesia năm 1992

đã bắt đầu nghiên cứu trồng Keo lai từ mô phân sinh, cùng Keo tai tượng, Keo lá tràm (Umboh et al, 1993) Keo lai tự nhiên còn tìm thấy trong vườn ươm Keo tai tượng (lấy giống từ Malaysia) của tm nghiên cứu Jon – Pu của viện nghiên cứu Lâm nghiệp Đài Loan (KiangTao et al, 1998) và ở khu trồng Keo tai tượng tại Quảng Châu (Trung Quốc) Đến nay cây Keo lai đang được trồng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Công việc nghiên cứu về sinh trưởng và sử dụng Keo lai cũng đang được nhiều quốc gia quan tâm [10]

Ở nước ta, Keo lai được Trung tâm nghiên cứu giống cây rừng (Viện khoa học lâm nghiệp Việt Nam) phát hiện tại Ba Vì (Hà Tây), Đông Nam Bộ

và Tân Tạo (Thành Phố Hồ Chí Minh), và lác đác ở Trung Bộ, Ở Tây Nguyên (Plaiku, Kon Hà Nừng), ở Hòa Bình, Phú Thọ, Tuyên Quang

Giống Keo lai đã được phát hiện và khảo nghiệm đợt 1 trong các năm

1993 đến 1995 Từ năm 1996 Trung tâm nghiên cứu giống cây rừng đã phối hợp với đơn vị khác tiếp tục tiến hành các nghiên cứu về Keo lai Các nghiên cứu này là chọn lọc thêm các cây Keo lai tự nhiên, xây dựng các dòng khảo nghiệm vô tính, tiến hành đánh giá tiềm năng bột giấy của Keo lai, khả năng cải tạo đất của Keo lai, cũng như tiến hành các khảo nghiệm các dòng Keo lai được chọn ở các vùng sinh thái khác nhau

Keo lai được phát hiện hầu như khắp các vùng sinh thái chính trong cả nước Qua khảo nghiệm các dòng Keo lai được lựa chọn ở một số vùng sinh thái chính Kết quả theo dõi sau 2-3 năm có thể thấy rằng Keo lai cũng giống như hai loại Keo bố mẹ có biên độ sinh thái rộng có thể gây trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau và nó đã được trồng khảo nghiệm ở một số vùng sinh thái trong cả nước Các loại Keo lai do Hội đồng khoa học kỹ thuật của Bộ Lâm nghiệp (cũ) chọn và khuyến nghị đưa vào thử nghiệm Kết quả cây Keo lai phát triển nhanh là: Hàm Yên (Tuyên Quang), Bình Thanh (Hòa Bình), Phú Lương (Thái Nguyên), Đông Hà (Quảng Trị), Long Thành (Đông Nai) Trong ba năm đầu có thể đạt năng suất 19-27m3/ha/năm Những nơi Keo lai phát triển chậm như: Đại Lải (Vĩnh Phúc) chỉ đạt năng suất 5,7-13,5m3/ha/năm Đến năm

1999 GS.TS Lê Đình Khả đã công bố công trình “Nghiên cứu sử dụng giống lai tự nhiên giữa Keo tai tượng và Keo lá tràm” [10]

Đặc điểm nổi bật của giống Keo lai là có ưu thế lai hết sức rõ rệt về sinh trưởng Ưu thế này đã thể hiện rõ ở Ba Vì lẫn Đông Nam Bộ Điều tra

sinh trưởng tại rừng trồng Keo tai tượng có xuất hiện Keo lai tại Ba Vì cho thấy Keo lai có sinh trưởng nhanh hơn Keo tai tượng 1,2-1,6 lần về chiều cao

và 1,3-1,8 lần về đường kính Ở giai đoạn 4 tuổi rưỡi Keo lai có thể tích gấp hai lần Keo tai tượng Tại Sông mây (Đồng Nai), khi so sánh với Keo lá tràm cùng tuổi đã thấy Keo lai sinh trưởng hơn Keo lá tràm 1,3 lần về chiều cao, 1,5 lần về đường kính [10]

2.3.2 Giá trị sử dụng của keo lai

Theo ý kiến của GS.TS Lê Đình Khả [10], các dòng Keo lai được lựa chọn hiện nay không chỉ sinh trưởng nhanh hơn các loài Keo bố mẹ mà còn

có số lượng và khối lương nốt sần nhiều hơn đồng thời có khả năng cải tạo đất cao hơn Keo bố mẹ

Keo lai cũng giống như Keo bố mẹ là cây xanh quanh năm, tán lá khá dày, rễ có nhiều nốt sần có khả năng định đạm, cây có thể sống được trên các vùng đất đai nghèo kiệt và khô hạn, biên độ sinh thái rộng có thể trồng được trên đất chua và đất kiềm Nên có thể coi keo là cây trồng cải tạo đất, phủ xanh đất chống đồi núi trọc và chống sói mòn Với đặc điểm chung gỗ rừng trồng có cường độ và khối lượng thể tích trung bình, tốc độ phát triển tương đối nhanh nên có thể đáp ứng được yêu cầu nguyên liệu của ngành chế biến lâm sản nhất là trong sản xuất ván nhân tạo Hiện nay, ở các nước trong khu vực nhiều sản phẩm ván nhân tạo chất lượng cao mà nguyên liệu sử dụng chủ yếu từ gỗ rừng trồng trong đó có keo tai tượng và Keo lá tràm Việt Nam trong những năm gần đay, chọn giống, với xu thế phát triển chung đã đầu tư xây dựng một số nhà máy sản xuất ván dăm, ván dán, ván ghép thanh tại một

số khu vực trọng điểm Với mục tiêu phát triển của ngành cùng sự đa dạng về

nguyên liệu, các loại Keo Acasia đang là đối tượng khai thác chính để sản xuất các sản phẩm ván nhân tạo [10]

Hàm lượng Xenlulocuar Keo lai tương đương với Keo tai tượng và cao hơn các loại Bồ đề, Mỡ, Bạch đàn liễu, Bạch đàn urophylla

Từ những nghiên cứu này hiện nay cây keo lai đã và đang là một trong những cây thế mạnh, có giá trị sử dụng cao trong sản xuất lâm nghiệp và công nghiệp chế biến Giá trị của nó sẽ được phát huy mạnh trong tương lai

2.3.3 Các tính chất cơ vật lý của Keo lai

Kết quả nghiên cứu của Bùi Đình Toàn [23], Keo lai là loại cây có khả năng phát triển mạnh hơn hẳn cây bố mẹ Cây có thân to, thẳng, tròn, ít cành,

ít mấu mắt Gỗ keo lai có rác lõi phân biệt, không bị xốp ruột, mầu sắc sáng hơn gỗ hơn keo tai tượng, lỗ mạch có kích thước trung bình, số lượng ít, xếp phân tán, trong lỗ mạch không có thể bít, hình thức tụ hợp đơn và kép Tia gỗ nhỏ, số lượng trung bình, không có ống dẫn nhựa dọc, không có cấu tạo lớp Keo lai có khối lượng thể tích trung bình, các tính chất cơ học của gỗ được xếp từ trung bình đến cao, độ PH đạt khoảng 6,3 (có tính axit yếu) Với các đặc điểm đó, Keo lai là nguồn nguyên liệu có thể đáp ứng tốt các chỉ tiêu công nghệ không những trong sản xuất ván ghép thanh mà còn trong một số ngành sản xuất khác như: Ván dăm, ván sợi, đồ mộc, bột giấy, gỗ xây dựng

Nghiên cứu tính chất cơ vật lý của Keo lai do Phòng tài nguyên rừng thuộc Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam [22] tiến hành hầu hết các tình chất cơ vật lý như độ co rút, độ hút ẩm, lực chống uốn tĩnh, lực chống uốn va đập, lực chống trượt và lực trống tách của Keo lai 5 tuổi tại Ba Vì cho kết quả như sau: - Độ co rút thể tích: 5,80%

- Độ co rút xuyên tâm: 1,43%

- Độ co rút tiếp tuyến: 4,05%

- Hệ số co rút thể tích: 0,39%

- Độ hút ẩm: 25,8%

- Nén dọc: 417Kg/cm2

- Uốn tĩnh , xuyên tâm: 1.022Kg/cm2

- Uốn tĩnh , tiếp tuyến: 1.003Kg/cm2

- Uốn va đập, xuyên tâm: 0,67Kg/cm2

- Trượt dọc, xuyên tâm: 111Kg/cm2

- Trượt dọc, tiếp tuyến: 157Kg/cm2

- Sức chống tách, xuyên tâm: 9,7 Kg/cm

- Sức chống tách, tiếp tuyến: 14,3Kg/cm

- Modul uốn, xuyên tâm: 93Kg/cm2

- Modul uốn, tiếp tuyến: 88Kg/cm2

2.3.4 Khối lượng thể tích của Keo lai

Theo ý kiến của GS.TS Lê Đình Khả [10], khối lượng thể tích trung bình phần gốc là: 0,464g/cm3, phần thân là: 0,459g/cm3, phần ngọn là: 0,440g/cm3.

Keo lai có khối lượng thể tích trung bình và trung gian giữa Keo tai tượng và Keo lá tràm đạt: 0,455g/cm3 nên có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn về nguyên liệu cho sản xuất ván ghép thanh, ván dăm, ván dán, đóng

đồ mộc gia dụng hay sản xuất bao bì

2.3.5 Thành phần hóa học chính của Keo lai

Nghiên cứu sử dụng Keo lai làm nguyên liệu giấy của GS.TS Lê Đình Khả [10], khi phân tích thành phần hóa học tại Viện Công nghiệp giấy và Xenlulo thuộc Tổng Công ty giấy Việt Nam cho thấy:

Bảng 2.5 thành phần hóa học chính của keo lai

lượng gỗ khô

2.4 Cơ sở lựa chọn tỷ lệ phối trộn rơm và gỗ trong hỗn hợp

Theo Theo kết quả nghiên cứu của Changtong Mei and Dingguo Zhou (2001) Effect of Straw Substitution Level on Propertier of Wood-straw Hybrid Particleboard, Nanjing Forestry University, nanjing 21037, China[25] Trong sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ, chất kết dính kéo UF Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tỷ lệ rơm tăng từ 0% đến 100% trong hỗn hợp dăm rơm-dăm gỗ thì các tính chất của ván thay đổi như sau

- Trương nở chiều dày của ván tăng từ 0% ÷100%

- Độ bền uốn tỉnh của ván giảm từ 25 MPa ÷ 6,0 MPa

- Độ bền kéo vuông góc giảm từ 0,8 MPa ÷ 1,15 MPa

Kết quả nghiến cứu cho thấy trong công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ, sử dụng keo UF Thì với tỷ lệ dăm rơm dùng ≤ 30% dăm trong hỗn hợp dăm thì ván sản xuất ra đáp ứng được yêu cầu ván dùng trong

đồ mộc thông thường theo tiêu chuẩn GB/T 19367 1- 2004

2.5 Quá trình sản xuất ván dăm

2.5.1 Nguyên lý hình thành ván dăm

Nguyên lý hình thành ván dăm: Ván dăm là một loại ván nhân tạo được sản xuất bằng phương pháp dán ép các loại dăm với nhau, có sự tham gia của chất kết dính trong cùng một điều kiện về nhiệt độ, áp suất, và thời gian nhất

định [ 2]

Nguyên liệu tạo ra ván dăm là các thực vật có sợi như: Gỗ, các vật liệu ngoài gỗ (tre, nứa, song, mây ) và các thứ phế liệu (rơm , vỏ trấu, sơ dừa, bã mía ) Ngày nay, có rất nhiều loại ván dăm được sản xuất, sự khác nhau cơ bản là kích thước, dạng dăm, sự phân bố dăm trong ván, lượng keo dùng, khối lượng thể tích [2], [20]

2.5.2 Phương pháp phân loại ván dăm

Căn cứ các tài liệu trong và ngoài nước [18], [20] thì việc phân loại ván dăm như sau:

- Phân loại theo phương pháp ép

Ván dăm ép phẳng, ván dăm ép đùn, ván dăm ép trục, chế phẩm dăm ép khuôn

- Phân theo kết cấu sản phẩm: