Đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván ghép thanh dạng finger joint từ gỗ Mỡ (Manglietia glauca anet)

Đề tàI nghiên cứu khoa học Tên đề tài : Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván ghép thanh dạng finger joint từ gỗ Mỡ (Manglietia glauca anet) Đặt vấn đề Những năm gần đây ở nước ta do sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, sự gia tăng không ngừng của dân số, mức độ đô thị hoá ngày càng cao làm tăng nhanh nhu cầu về gỗ.Trong khi đó, diện tích rừng tự nhiên đang bị thu hẹp dần, trữ lượng gỗ ngày càng giảm. Ngành công nghiệp Chế biến Lâm sản đứng trước thực trạng bị thiếu nguyên liệu trầm trọng. Vì vậy, việc chuyển đổi sang sử dụng gỗ mọc nhanh rừng trồng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất cộng với việc sử dụng gỗ hợp lí và có hiệu quả là một trong những vấn đề được quan tâm hiện nay trong chế biến gỗ. Các hướng nghiên cứu phục vụ mục đích này là tìm kiếm nguồn nguyên liệu, tìm kiếm loại sản phẩm mới cũng như nâng cao, đổi mới công nghệ, thiết bị để cho ra sản phẩm mới phù hợp với yêu cầu sử dụng. Để thực hiện thành công mục tiêu chiến lược phát triển của ngành đến năm 2010 phấn đấu đạt 1 triệu m3 ván nhân tạo [10], ngay từ bây giờ chúng ta phải sử dụng đồng bộ và kết hợp nhiều chương trình, kế hoạch khác nhau như: + Tăng nhanh diện tích rừng trồng các loại gỗ mọc nhanh, thích hợp vói điều kiện khí hậu, đất đai từng vùng của Việt Nam; + Đa dạng hoá nguồn nguyên liệu và các sản phẩm từ gỗ, không ngừng nâng cao hiệu quả sử dụng đất, sử dụng nguyên liệu; + Tạo ra, duy trì và phát triển những loại cây gỗ có khả năng sinh trưởng nhanh, cung cấp nguồn nguyên liệu có đặc điểm và tính chất phù hợp với các chỉ tiêu, yêu cầu của công nghệ sản xuất ván nhân tạo; 1 Việt Nam là một quốc gia nhiệt đới có khí hậu nóng, ẩm rất thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của nhiều loại cây trong đó có cây Mỡ (Manglietia glauca anet). Việc nghiên cứu một cách kĩ lưỡng, tỉ mỉ về đặc điểm sinh trưởng, đặc điểm cấu tạo, các tính chất chủ yếu của cây Mỡ, từ đó có định hướng sử dụng đúng là việc làm cần thiết Một trong những hướng sử dụng gỗ hợp lí đó là dùng gỗ để sản xuất ván ghép thanh. Đã có rất nhiều công trình, đề tài nghiên cứu về ván ghép thanh trên thế giới cũng như ở Việt Nam đối với nhiều loài cây nhưng chưa có đề tài nào nghiên cứu một cách ít nhiều về gỗ Mỡ. Vì vậy, chúng tôi thực hiện đề tài: “Bước đầu nghiên cứu công nghệ sản xuất ván ghép thanh dạng Finger joint từ gỗ Mỡ”, nhằm đóng góp một phần cho việc mở đường tiến hành những công trình nghiên cứu đầy đủ và toàn diện hơn về gỗ Mỡ cũng như công nghệ sản xuất ván ghép thanh dạng Finger joint từ gỗ Mỡ sau này.Trong quá trình nghiên cứu chúng tôi cũng sẽ cố gắng đưa ra được những thông số công nghệ hợp lí để sản xuất loại ván này. 2 Chương 1 Tổng quan 1.1 Lịch sử quá trình nghiên cứu Ván ghép thanh là một loại hình sản phẩm ván nhân tạo, nó xuất hiện từ tất sớm nhưng nó chỉ được phát triển mạnh sau năm 1970. Khu vực có khối lượng lớn nhất là Châu Âu, tiếp theo là Châu Mỹ, ở Châu á thì Nhật Bản là nước sản xuất ván ghép thanh nhiều nhất sau đó đến Hàn Quốc, Inđônêxia. ở Việt Nam ngành công nghệ sản xuất ván nhân tạo vói chung và ván ghép thanh nói riêng tuy đã được quan tâm, nhưng sản xuất vẫn còn ở quy mô nhỏ. Để có được những cơ sở khoa học đưa vào sản xuất, nhằm nâng cao năng xuất và chất lượng sản phẩm, từ đó đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nước ngoài và trong nước. Góp phần vào việc nghiên cứu, trường Đại học Lâm nghiệp đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về ván nhân tạo, trong đó có một số lượng không nhỏ các đề tài nghiên cứu về công nghệ sản xuất ván ghép thanh ví dụ : các đề tài nghiên cứu về công nghệ sản xuất ván ghép thanh từ gỗ Bồ Đề, từ gỗ Keo Lá Tràm, từ gỗ Bạch Đàn, Thông Trắng Hơn nữa còn rất nhiều đề tài chuyên nghiên cứu một cách cụ thể những yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới quá trình sản xuất ván ghép thanh như : Bề rộng thanh ảnh hưởng tới cường độ ván, lượng keo ảnh hưởng tới cường độ ván Sự ảnh hưởng của các chất bảo quản tới cường độ ván, tới khả năng trang sức ván 1.2 Nguyên liệu và sản phẩm trong sản xuất ván ghép thanh 1.2.1 Nguyên liệu Nguyên liệu để sản xuất ván ghép thanh, chủ yếu là việc tận dụng từ các loại gỗ phi tiêu chuẩn như bìa bắp của phân xưởng xẻ, lõi gỗ bóc, gỗ có đường kính nhỏ và một số loại gỗ tận dụng khác.Yêu cầu nguyên liệu để sản xuất không được mục nát, mọt, phải giới hạn các khuyết tật như : mắt sống, mắt chết, phải phân loại gỗ chính phẩm riêng, bìa bắp và lõi gỗ riêng khi đưa vào sản xuất. 3 Để đảm bảo yêu cầu nguyên liệu ta cần quan tâm đến các chỉ tiêu về chất lượng thanh như sau: - Các thanh ghép thành phần phải cùng một loại cây hoặc các cây có tính chất gần giống nhau, không cho phép ghép lẫn gỗ mềm với gỗ cứng; - Các thanh ghép thành phần phải được sấy đến độ ẩm từ 6 - 12%; - Vết nứt trên thanh ghép thành phần nhỏ hơn 200mm, không cho phép mục mọt; - Nếu thanh ghép có đường kính mắt lớn 10mm phải được cắt bỏ; - Hai thanh ghép liền kề nhau không được trùng mạch ghép, khoảng cách các mạch ghép theo chiều dài lớn hơn 50mm; - Khe hở giữa các thanh ghép thành phần trên mặt chính nhỏ hơn 1mm, mặt cạnh nhỏ hơn 3mm; 1.2.2. Sản phẩm Sản phẩm ván ghép thanh có rất nhiều dạng với nhiều tên gọi khác nhau, nếu định nghĩa theo tiêu chuẩn BS 6100-1984 ván ghép thanh chia thành một số dạng chủ yếu sau: - Ván ghép thanh lõi đặc không phủ mặt (Laminated board). - Ván ghép thanh khung rỗng (Veneer spaced lumber). - Ván ghép thanh lõi đặc có phủ bề mặt (Core plywood/ Block board/ Lamin board). a. Ván ghép thanh lõi đặc không phủ mặt Là loại sản phẩm thu được bằng cách ghép các thanh gỗ có kích thước nhỏ, ngắn lại với nhau nhờ chất kết dính trong điều kiện nhất định. Loại sản phẩm này yêu cầu nguyên liệu có chất lượng tương đối cao, màu sắc đồng đều. ở Việt Nam hiện nay thường sản xuất từ gỗ Thông, Cao Su, Vạng Trứng, Pơ Mu. Mục đích sử dụng thường sản xuất ván sàn, các sản phẩm thủ công mĩ nghệ Hiện nay loại hình sản phẩm ván ghép thanh không dán phủ bề mặt sản xuất ít hơn các loại hình sản phẩm ván ghép thanh khác bởi vì do yêu cầu chất lượng bề mặt thanh ghép nên tỉ lệ lợi dụng không cao, xu hướng trong những năm tới ván ghép thanh không dán phủ bề mặt mà chủ yếu là dạng ghép ngón (Finger joint) sẽ rất được phát triển. 4 b. Ván ghép thanh khung rỗng Là loại sản phẩm thu được bằng cách dán ép các tấm ván mỏng hoặc tấm ván dán có chiều dày nhỏ lên các khung gỗ rỗng, với sự tham gia của chất kết dính trong những điều kiện nhất định. Do đặc điểm cấu tạo nên sản phẩm thường có chiều dày lớn, khối lượng thể tích nhỏ, độ bền uốn tĩnh không cao đặc biệt khi chịu lực ở dạng tấm phẳng. ở các nước phát triển ván ghép thanh khung rỗng thường được sử dụng chủ yếu để làm cửa, vách ngăn ở dạng định hình, vì ngoài ưu điểm khối lượng thể tích nhỏ nó còn có khả năng cách nhiệt và cách âm tốt. Để tăng khả năng cách nhiệt, cách âm phần rỗng bên trong ván có thể cho thêm mùn cưa, phoi bào, các vật liệu xốp khác. Với việc sản xuất đơn giản không kén chọn về nhiên liệu, sản phẩm thường được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng.Ván ghép thanh khung rỗng đang được sản xuất với khối lượng lớn ở các nước phát triển và sẽ là loại hình sản phẩm phổ biến ở các nước đang phát triển cũng như ở Việt Nam trong tương lai không xa. c. Ván ghép thanh lõi đặc có phủ bề mặt Ván ghép thanh lõi đặc có phủ bề mặt là loại sản phẩm thu được bằng cách dán ép các tấm ván mỏng lên cả hai mặt của tấm gỗ ghép (ván lõi) với sự tham gia của chất kết dính trong những điều kiện nhất định. Ván ghép thanh lõi đặc được chia thành hai loại “Block board” và “Lamin board”, hai loại này khác nhau chủ yếu về kích thước chiều rộng của các thanh thành phần để tạo nên ván lõi. “Block board” là sản phẩm thu được bằng cách phủ một hoặc hai lớp ván mỏng lên hai bề mặt ván lõi. Ván lõi được làm từ các thanh gỗ xẻ có kích thước nhỏ, ngắn, các cạnh được gia công nhẵn và được liên kết với nhau theo chiều rộng và chiều dài thanh. Các thành lõi là các thanh gỗ xẻ có chiều rộng từ 7 – 30 mm, chiều dày phụ thuộc vào chiều dày sản phẩm, thông thường chiều dàt sản phẩm : 16; 19; 22; 25; 30 mm. Loại sản phẩm của “Block board” hiện đang được sản xuất rất nhiều nó phù hợp với nguyên liệu gỗ rừng trồng, tỉ lệ lợi dụng gỗ tương đối cao và giá thành hợp lí. 5 Loại sản phẩm của “Lamin board” là sản phẩm có dạng tương tự như “Block board” nhưng kích thước thanh lõi của “Lamin board” cao hơn so với “Block board”. Chính vì vậy mà loại hình sản phẩm này sản xuất rất ít, nó biến động từ 1.5- 1.7mm [4]. Giá thành chế tạo “Lamin board” cao hơn so với “Block board”. Chính vì vậy mà loại hình sản phẩm này sản xuất rất ít, nó chỉ được sản xuất cho các công trình sử dụng tấm phẳng, có khả năng sử dụng lớn, sự co rút là rất nhỏ. Từ các đặc điểm và tính chất nêu trên của ván ghép thanh thấy rằng: công nghệ sản xuất ván ghép thanh không kén chọn nguyên liệu, công nghệ sản xuất đơn giản, phạm vi sử dụng rộng. Ngoài ra nó còn một số ưu điểm sau: - Nguyên liệu để sẩn xuất chủ yếu từ gỗ có kích thước nhỏ, độ bền cơ học thấp; - Dễ nâng cao tỷ lệ lợi dụng gỗ. - Sản phẩm đồng đều về độ ẩm, đa dạng và ổn định về kích thước; - Linh động liên kết và lắp ghép; - Giá thành (tính theo m3 sản phẩm) nhỏ hơn các loại ván nhân tạo khác như: ván dăm, ván dán, ván sợi; Hiện nay, ở các nước Bắc Âu người ta thường sản xuất ván ghép thanh lõi đặc có phủ bề mặt từ các thanh lõi với chiều rộng nhỏ hơn 25mm. Cấu trúc của “Block board” có thể làm khác nhau nó phụ thuộc vào số lớp ván mỏng dán mặt và chiều thớ của các lớp ván mỏng so với lớp lõi. Theo kết quả nghiên cứu của Kotka of Forestry and wood Technology, Finland hiện nay sản phẩm dạng “Block board” có 4 loại sau: - Loại A : 5 lớp AA – lõi – AA - Loại B : 5 lớp AB – lõi – BA - Loại C : 5 lớp BA – lõi – AB - Loại D : 3 lớp D – lõi – D Các loại ván mỏng A và B thường có chiều dày từ 1.4 – 1.5 mm, ván mỏng D có chiều dày từ 2.2 - 2.4 mm. Ván A, D có chiều thớ trùng với chiều rộng của gỗ, ván B có chiều thớ trùng với chiều dài sản phẩm. 6 1.3. Mục tiêu đề tài Bước đầu nghiên cứu công nghệ sản xuất ván ghép thanh dạng Finger joint từ gỗ Mỡ, trên cơ sở đó đề xuất các thông số công nghệ sản xuất ván ghép thanh cho phù hợp. 1.4. Phạm vi nghiên cứu 1.4.1. Nguyên liệu Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu gỗ Mỡ (Manglietia glauca anet) được khai thác ở Hoà Bình, với độ tuổi từ 8-10 tuổi để sản xuất ván ghép thanh thông dụng không phủ mặt. 1.4.2. Chất kết dính Trong đề tài này chúng tôi sử dụng chất kết dính của hãng Dynochem Việt Nam với chất kết dính là PVAc. 1.4.3. Sản phẩm Các mẫu sản phẩm ván ghép thanh từ gỗ Mỡ với kích thước cụ thể: L x W x S = 915 x 915 x 19mm, với số lượng là 3 tấm. 1.4.4.Thiết bị Dây chuyền công nghệ sản xuất ván ghép thanh của Trung tâm công nghệ và chuyển giao công nghiệp rừng và phòng thử tính chất cơ lí - Trường Đại học Lâm Nghiệp. 1.5. Phương pháp nghiên cứu Đề tài được nghiên cứu theo: + Phương pháp thực nghiệm. + Sử dụng các tiêu chuẩn hiện có để kiểm tra các thông số của nguyên liệu và sản phẩm. 7 1.6. Những điều tra ban đầu 1.6.1 Điều tra về nguyên liệu Gỗ màu trắng hoặc vàng nhạt, nhẹ (tỉ trọng gỗ 0.422g/cm3), mềm, thơm, mịn, ít co rút, nứt nẻ, tỉ lệ cellulo cao, chịu được mưa nắng, dễ gia công, được dùng làm giấy, gỗ dán lạng, bút chì, trụ mỏ, đồ mĩ nghệ, ván ghép thanh, các đồ gia dụng bền đẹp. Là một trong những loài cây trồng chủ yếu trên đất rừng thứ sinh nghèo kiệt ở vùng trung tâm và một số tỉnh ở phía Bắc nước ta. Cây thường cao 15 - 20m, đường kính có thể đạt 50-60cm. Phân bố tự nhiên ở Lào, Thái Lan, miền Nam Trung Quốc, ở Việt Nam phân bố chủ yếu ở Hà Giang,Tuyên Quang, Yên Bái, Vĩnh Phú, Thanh Hoá, Hoà Bình, rải rác gặp ở Hà Tĩnh, Quảng Bình. Mỡ là cây sinh trưởng nhanh, đến tuổi 9 hầu hết cây chưa có lõi, rừng Mỡ trồng thuần loài mật độ 2500 - 3300 cây/ha, sau 4 lần tỉa thưa, mật độ còn giữ lại 350 - 500 cây/ha; ở tuổi 15, chiều cao bình quân đạt 17.4-20.2m, đường kính 19.9- 22.6cm, (Vũ Đình Phương -1980). Nhìn chung tăng trưởng chiều cao trung bình năm là 0.7-1m, đường kính 1cm, [11]. 1.6.2. Điều tra về chất kết dính Trong sản xuất ván nhân tạo người ta sử dụng rất nhiều loại chất kết dính, tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại chất kết dính mà người ta lựa chọn chất kết dính phù hợp với mục đích sử dụng sản phẩm. - Theo trạng thái vật lí của chất kết dính chia thành các loại như sau: chất kết dính dạng lỏng, chất kết dính dạng bột, chất kết dính dạng tấm phiến, chất kết dính dạng hạt. - Theo tính chất của chất kết dính chia ra chất kết dính nhiệt rắn, chất kết dính nhiệt dẻo. - Theo nguồn gốc chia ra chất kết dính có nguồn gốc tự nhiên, chất kết dính tổng hợp. 8 Trên thực tế hiện nay chủ yếu sử dụng chất kết dính tổng hợp vào sản xuất như chất kết dính nhiệt rắn U-F, P-F và các loại chất kết dính biến tính như: U-M-F, U- P-F. Ngoài ra còn có các loại chất kết dính PVAc, EPI có thể đóng rắn nguội hay đóng rắn nóng. Đối với ván ghép thanh thường dùng chất kết dính PVAc, EPI để ghép dọc và ghép ngang. Đối với ghép dọc thường dùng phương pháp ép nguội, còn ép ngang thường dùng phương pháp ép nhiệt để tăng năng suất sản phẩm. Do điều kiện chưa cho phép nên tại Trung tâm công nghệ và chuyển giao công nghiệp rừng thuộc trường Đại học Lâm Nghiệp dùng phương pháp ép nguội cả ghép dọc và ghép ngang. Loại chất kết dính này cho chất lượng mối dán cao, trong chất kết dính lại không có hàm lượng Formaldehyde tự do, bởi vậy mà không gây độc hại đến môi trường và con người. Màu sắc, độ pH của chất kết dính khi đóng rắn không ảnh hưởng tới màu sắc, tính chất của vật dán. Các thông số kĩ thuật của chất kết dính phải đảm bảo cho quá trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Trên thực tế sử dụng chất kết dính lỏng với các thông số kĩ thuật sau: Bảng 1.1 : yêu cầu thông số kĩ thuật của chất kết dính Màu sắc Trắng sữa hoặc nâu nhạt Hàm lượng khô, (%) 40 - 60 0 Độ nhớt theo Bz4,ở 25 C, (giây) 50 - 90 Độ pH bảo quản 7.5 1.6.3. Điều tra về khả năng sử dụng của sản phẩm ván ghép thanh Một trong những nguyên tắc cơ bản của sản xuất ván nhân tạo là sản phẩm phải ổn định về kích thước theo các phương. Do vậy ván ghép thanh ra đời nó cũng đáp ứng được các yêu cầu của ván nhân tạo. Sản phẩm thu được từ ván ghép thanh cũng đáp ứng được các yêu cầu của ván nhân tạo. Sản phẩm thu được từ ván ghép thanh cũng khá đa dạng vì bản thân ván ghép thanh rất phong phú, chúng có thể ở dạng tấm rộng, dầm, xà và các sản phẩm định hình khác. Trong các loại trên thì sản phẩm tấm tộng là phổ biến hơn, vì nó có thể phủ mặt hoặc không phủ mặt, Với loại phủ mặt thì lõi cũng có nhiều dạng: dạng lõi đặc, lõi rỗng. Loại không phủ mặt cũng có nhiều kiểu liên kết như liên kết mộng, đinh, chốt, chất kết dính, ngón. 9 Sản phẩm từ các loại ván ghép thanh trên có thể dùng trong sản xuất đồ mộc xây dựng, tàu thuyền. Ván ghép thanh dạng tấm tộng thường được dùng trong sản xuất đồ mộc thông dụng như: Ván ốp tường, ván ốp trần, các chi tiết dạng tấm phẳng trong sản xuất đồ mộc. 1.7.4. Điều tra về thiết bị Đề tài này chúng tôi dùng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu, chúng tôi tiến hành sản xuất thử một số sản phẩm theo yêu cầu của đề tài. Các thiết bị cần sử dụng đươc điều tra tại Trung tâm công nghệ và chuyển giao công nghiệp rừng- trường Đại học Lâm nghiệp. Bảng 1.2 Tên máy Thông số kĩ thuật trị số Đơn vị Kích thước bao: LxBxH 295*140*175 cm Đường kính bánh đà 84 mm Công suất 11 Kw Cos 0.85 Cưa vòng CD3 Động cơ chính: Số vòng 1450 v/ph quay Công suất 0.75 Kw Động cơ phụ: Số vòng 1410 v/ph quay Kích thước bao: LxBxH 172*100 *100 cm Cưa đĩa xẻ lại Công suất động cơ 4.5 cm Số vòng quay 1450 v/ph Đường kính lưỡi cưa 34 cm 10