Luận án Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo ván lạng kỹ thuật từ gỗ bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ĐẶNG XUÂN THỨC NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TẠO VÁN LẠNG KỸ THUẬT TỪ GỖ BỒ ĐỀ (Styrax tonkinensis Pierre) LUẬN ÁN TIẾN SĨ SẢN XUẤT, CHẾ BIẾN KHÁC HÀ NỘI, 2015 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ĐẶNG XUÂN THỨC NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TẠO VÁN LẠNG KỸ THUẬT TỪ GỖ BỒ ĐỀ (Styrax tonkinensis Pierre) Chuyên ngành: Kỹ thuật chế biến lâm sản Mã số: 62 54 03 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SẢN XUẤT, CHẾ BIẾN KHÁC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Văn Thiết HÀ NỘI, 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ mang tên “Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo ván lạng kỹ thuật từ gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre)” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc ngƣời khác công bố trong bất kỳ công trình nào khác dƣới mọi hình thức. Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận án là có nguồn gốc và đƣợc trích dẫn rõ ràng. Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án. Hà Nội, tháng 7 năm 2015 Nghiên cứu sinh Đặng Xuân Thức ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận án gặp không ít những khó khăn, nhƣng với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô giáo cùng các đồng nghiệp và Gia đình, đến nay luận án đã hoàn thành nội dung nghiên cứu theo mục tiêu đặt ra. Nhân dịp này, tôi xin đặc biệt bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Văn Thiết đã hết lòng dìu dắt, định hƣớng, tận tình hƣớng dẫn và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị khoa học và thực tiễn để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Lâm nghiệp, Phòng Đào tạo sau Đại học, Viện Công nghiệp gỗ, Thƣ viện, các Thầy, Cô giáo Trƣờng Đại học Lâm nghiệp, Trƣờng Cao đẳng nghề Chế biến gỗ đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện các thí nghiệm của luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Tổng cục dạy nghề, Bộ Lao động - Thƣơng binh và Xã hội đã tạo điều kiện và dành thời gian cho tôi thực hiện chƣơng trình đào tạo nghiên cứu sinh. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn tới toàn thể gia đình và những ngƣời thân đã luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi về vật chất, tinh thần cho tôi trong suốt thời gian qua. Hà Nội, tháng 7 năm 2015 Nghiên cứu sinh Đặng Xuân Thức iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT .......................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................. vii DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................. viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN .................................................................................. 3 1.1. Khái quát ván lạng kỹ thuật ....................................................................... 3 1.1.1. Khái niệm ................................................................................................ 3 1.1.2. Sự khác biệt giữa ván lạng kỹ thuật và ván lạng gỗ tự nhiên ................. 3 1.1.3. Phân loại ván lạng kỹ thuật ..................................................................... 4 1.1.4. Ứng dụng ................................................................................................. 5 1.4.1. Trang trí tƣờng ........................................................................................ 5 1.4.2. Trang sức ván sàn và ván nhân tạo ......................................................... 6 1.4.3. Trang sức bề mặt sản phẩm mộc ............................................................. 6 1.4.4. Tạo các sản phẩm gỗ nghệ thuật ............................................................. 7 1.1.5. Quy trình công nghệ tạo ván lạng kỹ thuật ............................................. 7 1.2. Tình hình nghiên cứu và phát triển của ván lạng kỹ thuật ......................... 8 1.2.1. Nghiên cứu về nhận dạng và mô phỏng hoa văn .................................. 11 1.2.2. Nghiên cứu về tạo khuôn ép và hoa văn ván lạng kỹ thuật .................. 12 1.2.3. Nghiên cứu về tạo màu sắc cho ván mỏng............................................ 13 1.2.4. Hƣớng nghiên cứu cần thực hiện .......................................................... 15 1.3. Những đóng góp mới của luận án ............................................................ 17 1.4. Ý nghĩa của luận án .................................................................................. 17 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................... 19 2.1. Hoa văn ván lạng kỹ thuật ........................................................................ 19 iv 2.1.1. Vân thớ và hoa văn gỗ tự nhiên ............................................................ 19 2.1.2. Thiết kế hoa văn ván lạng kỹ thuật ....................................................... 21 2.2. Tạo màu ván mỏng bằng phƣơng pháp xử lý nhiệt độ cao ...................... 27 2.3. Nhân tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng phôi lạng và ván lạng kỹ thuật ........ 29 2.3.1. Các nhân tố liên quan đến vật dán khi sản xuất ván lạng kỹ thuật ....... 29 2.3.2. Các nhân tố liên quan đến keo dán ....................................................... 36 2.3.3. Ảnh hƣởng của công nghệ ép tạo phôi.................................................. 42 2.3.4. Đặc điểm gỗ Bồ đề ................................................................................ 43 Chƣơng 3 ĐỐI TƢỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 45 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................... 45 3.2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 46 3.3. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 46 ................................................................................ 47 3.5. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 48 3.6. Phƣơng pháp thực nghiệm ....................................................................... 49 3.6.1. Tạo màu sắc cho ván bóc ...................................................................... 49 3.6.2. Đánh giá độ bền màu ván bóc xử lý nhiệt ............................................. 51 3.6.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian ép ............................................... 52 3.6.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của áp suất ép .................................................. 53 3.6.5. Xẻ phôi lạng và lạng ván ....................................................................... 54 3.6.5.1. Xẻ phôi lạng ....................................................................................... 54 3.6.5.2. Lạng ván ............................................................................................. 54 3.6.6. Xác định chỉ số màu sắc ván bóc .......................................................... 54 3.6.7. Xác định chỉ tiêu chất lƣợng phôi lạng ................................................. 56 3.6.7.1. Xác định độ bền dán dính giữa các lớp ván ....................................... 56 3.6.7.2. Độ đàn hồi trở lại của phôi lạng sau khi ép định hình ....................... 57 3.6.8. Xác định chỉ tiêu chất lƣợng ván lạng kỹ thuật .................................... 58 Chƣơng 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................ 59 v 4.1. Xác định tham số tạo hoa văn ván lạng kỹ thuật ..................................... 59 4.1.1. Nhập dữ liệu vào máy tính .................................................................... 59 4.1.2. Xác định bán kính cong (r) của khuôn ép tạo hoa văn thiết kế ............. 60 4.1.3. Xác định góc nghiêng xẻ phôi lạng (α) và tọa độ các điểm trên khuôn ép62 4.2. Xây dựng ứng dụng mô phỏng hoa văn ván lạng kỹ thuật ...................... 63 4.3. Tạo màu gỗ bằng phƣơng pháp xử lý nhiệt độ cao .................................. 67 4.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt đến màu sắc của ván mỏng ................................................................................................................ 67 4.3.2. Độ bền màu của ván mỏng xử lý nhiệt khi chiếu tia UV ...................... 70 4.4. Ảnh hƣởng của thông số chế độ ép đến chất lƣợng phôi lạng ................. 73 4.4.1. Ảnh hƣởng của thời gian ép đến chất lƣợng phôi lạng ......................... 74 4.4.2. Ảnh hƣởng của áp suất ép đến chất lƣợng phôi lạng ............................ 77 4.5. Sản xuất thử nghiệm ván lạng kỹ thuật từ ván bóc gỗ Bồ đề .................. 81 4.5.1. Lựa chọn thông số công nghệ tạo ván lạng thử nghiệm ....................... 81 4.5.2. Chất lƣợng phôi lạng thử nghiệm ......................................................... 84 4.5.3. Chất lƣợng ván lạng kỹ thuật từ nguyên liệu ván bóc gỗ Bồ đề ........... 85 4.5.3.1. Độ nhẵn bề mặt và tần số vết nứt ....................................................... 85 4.5.3.2. Dung sai chiều dày ván lạng kỹ thuật ................................................ 86 4.6. Phƣơng án sử dụng triệt để phôi sau khi ép định hình ............................. 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 90 1. Kết luận ....................................................................................................... 90 2. Tồn tại ......................................................................................................... 91 3. Kiến nghị ..................................................................................................... 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO CÁC CÔNG TRÌNH TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ PHỤ LỤC vi BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa UF Keo Ure Formaldehyde PVAc Keo Polyvinyl Acetate L*, a*, b* Các chỉ số màu sắc theo không gian màu CIELab (1976) L Chênh lệch độ sáng E Độ lệch màu tổng Độ bền kéo trƣợt màng keo ĐBT Độ bong tách màng keo r Bán kính khuôn ép Góc nghiêng xẻ phôi lạng vii DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1 Một số tính chất cơ học của gỗ Bồ đề 44 3.1 Phƣơng pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án 48 3.2 Thông số kỹ thuật thiết bị xử lý nhiệt 49 3.3 Nhiệt độ và thời gian xử lý ván mỏng 51 3.4 Chế độ xử lý nhiệt ván bóc 51 4.1 So sánh trung bình mẫu giữa các chế độ xử lý 69 4.2 Độ bền kéo trƣợt màng keo của phôi lạng khi thời gian ép thay đổi 74 4.3 Độ bong tách màng keo của phôi lạng khi thời gian ép thay đổi 75 4.4 Độ bền kéo trƣợt màng keo của phôi lạng khi áp suất ép thay đổi 77 4.5 Độ bong tách màng keo của phôi lạng khi áp suất ép thay đổi 79 4.6 Độ bền dán dính giữa các lớp ván bóc trong phôi lạng 84 4.7 Độ phục hồi hình dạng của phôi lạng sau khi ép định hình 84 4.8 Chất lƣợng của ván lạng kỹ thuật thử nghiệm từ ván bóc Bồ đề 85 4.9 Độ dày trung bình của ván lạng kỹ thuật từ ván bóc Bồ đề 87 viii DANH MỤC CÁC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 Các công đoạn chính trong sản xuất ván lạng kỹ thuật 8 2.1 Hoa văn trên các mặt cắt của gỗ 19 2.2 Hoa văn gỗ khi bóc quay tròn 20 2.3 Hoa văn gỗ khi lạng theo phƣơng xuyên tâm 20 2.4 Hoa văn gỗ khi lạng theo phƣơng tiếp tuyến 20 2.5 Hoa văn gỗ khi bóc nửa vòng 21 2.6 Hoa văn gỗ khi bóc trên khối gỗ xẻ xuyên tâm 21 2.7 Hoa văn ván lạng kỹ thuật vân xuyên tâm 22 2.8 Quy trình thiết kế hoa văn vân tiếp tuyến 23 2.9 Hoa văn ván lạng kỹ thuật vân tiếp tuyến với bán kính cong khác nhau 24 2.10 Hoa văn ván lạng kỹ thuật vân tiếp tuyến khác 24 2.11 Bề mặt khuôn tạo hoa văn hình gốc cây 25 2.12 Hoa văn hình gốc cây theo lý thuyết 26 2.13 Hoa văn nghệ thuật 26 3.1 Thiết bị xử lý nhiệt 50 3.2 Không gian màu CIELab (1976) 55 3.3 Mẫu thử độ bền kéo trƣợt màng keo 56 4.1 Hình dạng hoa văn yêu cầu thiết kế 60 ix 4.2 Các tham số trên mặt cắt ngang hộp gỗ 61 4.3 Mặt cắt một lớp ván trên tiết diện ngang hộp gỗ lạng 62 4.4 Giao diện chƣơng trình 64 4.5 Hoa văn khi góc cắt bằng 1 độ 65 4.6 Hoa văn khi góc cắt bằng 1,5 độ 66 4.7 Độ sáng của ván mỏng sau với các điều kiện xử lý khác nhau 68 4.8 Độ lệch màu tổng của ván mỏng xử lý ở các chế độ khác nhau 69 4.9 Biến đổi màu sắc khi chiếu tia UV của mẫu ván đối chứng 71 4.10 Biến đổi màu sắc khi chiếu tia UV của mẫu ván xử lý 170oC, 1h 71 4.11 Biến đổi màu sắc khi chiếu tia UV của mẫu ván xử lý 180oC, 1h 72 4.12 Biến đổi màu sắc khi chiếu tia UV của mẫu ván xử lý 190oC, 1h 72 4.13 Mối quan hệ giữa độ bền kéo trƣợt màng keo và thời gian ép 74 4.14 Mối quan hệ giữa độ bong tách màng keo và thời gian ép 76 4.15 Mối quan hệ giữa độ bền kéo trƣợt màng keo và áp suất ép 78 4.16 Mối quan hệ giữa độ bong tách màng keo và áp suất ép 79 4.17 Phƣơng pháp đo chiều dày ván lạng 87 1 MỞ ĐẦU Ván lạng là loại ván mỏng đƣợc sản xuất bằng phƣơng pháp lạng có chiều dày phổ biến trong khoảng 0,3 - 1,2 mm, thƣờng đƣợc sử dụng để dán phủ bề mặt các loại ván nhân tạo, trang sức đồ mộc, ván sàn, trang trí nội thất Ván lạng thƣờng đƣợc sản xuất từ những loại gỗ quý, gỗ rừng tự nhiên có màu sắc, hoa văn, vân thớ đẹp, có giá trị kinh tế cao. Hiện nay, thế giới cũng nhƣ trong nƣớc đã hạn chế việc sử dụng gỗ rừng tự nhiên mà chuyển sang sử dụng gỗ rừng trồng để sản xuất các sản phẩm gỗ. Vì vậy, hạn chế về kích thƣớc và hoa văn của các loại gỗ rừng trồng mọc nhanh là một trở ngại lớn cho việc sử dụng chúng, đặc biệt là việc sản xuất các loại ván lạng dùng làm vật liệu trang sức bề mặt. Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng ván lạng có xu hƣớng tăng đáng kể. Lƣợng ván lạng sản xuất trong nƣớc cũng nhƣ nhập khẩu hằng năm đều tăng. Lƣợng ván lạng nhập khẩu hàng năm tăng nhanh do nguyên liệu gỗ tự nhiên có hoa văn đẹp dùng để sản xuất ván lạng ngày càng cạn kiệt. Vì vậy việc nghiên cứu giải pháp sản xuất ra loại ván lạng có hoa văn đẹp tƣơng đƣơng với một số loài gỗ quý từ nguyên liệu gỗ rừng trồng mọc nhanh là một nhiệm vụ rất cần thiết và quan trọng. Trên thế giới, tại một số nƣớc có nền công nghiệp chế biến gỗ phát triển nhƣ: Đức, Italia, Nhật, Trung Quốc, các nhà sản xuất đã nghiên cứu và ứng dụng khá thành thục công nghệ sản xuất ván lạng nhân tạo từ các loài gỗ mọc nhanh rừng trồng. Loại ván này vừa có thể giải quyết vấn đề khó khăn về nguyên liệu - sử dụng gỗ rừng trồng mọc nhanh thay thế gỗ rừng tự nhiên vân thớ đẹp ngày càng cạn kiệt để sản xuất ván lạng đáp ứng đƣợc nhu cầu ván trang sức bề mặt. Loại sản phẩm này đƣợc gọi là Ván trang sức tái tổ hợp (Reconstitued Decorative Veneer), tại Việt Nam thƣờng đƣợc dùng với tên “Ván lạng kỹ thuật”. 2 Ván lạng kỹ thuật là ván mỏng đƣợc lạng từ phôi lạng tạo thành bởi sự dán dính nhiều lớp ván bóc xen kẽ với màu sắc khác nhau theo chiều dọc thớ gỗ. So với ván lạng gỗ tự nhiên, ván lạng kỹ thuật có những ƣu điểm nhƣ: Có thể làm thành một tấm trang sức hoàn chỉnh, từ đó đã làm đơn giản hoá công đoạn sản xuất ván trang sức, đồng thời có lợi cho việc thực hiện sản xuất một cách liên tục. Ngoài ra, hoa văn và màu sắc của ván mỏng có thể thiết kế theo yêu cầu; có thể lạng ra ván mỏng trang sức có vân thớ, màu sắc tƣơng tự nhau. Công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật là sự phối hợp của rất nhiều kỹ thuật chế biến gỗ rừng trồng nhƣ: bóc ván, nhuộm màu, ép ván, xẻ, lạng ván, Đối với các nƣớc phát triển, quy trình công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật về cơ bản đã đáp ứng đƣợc việc sản xuất công nghiệp hóa, và thƣơng mại hóa sản phẩm. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất thƣờng sử dụng rất nhiều hóa chất. Đây chính là các nhân tố gây tác động không tốt đến môi trƣờng trong quá trình sản xuất cũng nhƣ sử dụng. Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật mang tính thân thiện môi trƣờng là một hƣớng nghiên cứu mới và cần thiết. Từ các phân tích trên, luận án với tên “Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo ván lạng kỹ thuật từ gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre)” đã tiếp cận theo hƣớng cải tiến công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật thông thƣờng bằng cách áp dụng công nghệ mới, thân thiện môi trƣờng – công nghệ xử lý nhiệt độ cao trong công đoạn tạo màu cho ván bóc của quá trình sản xuất để tiến hành nghiên cứu. Theo các tài liệu trong và ngoài nƣớc liên quan mà tác giả luận án thu thập đƣợc cho thấy, việc áp dụng công nghệ xử lý nhiệt để tạo màu sắc cho ván bóc trong sản xuất ván lạng kỹ thuật là một trong những nghiên cứu đầu tiên hoặc hiếm thấy tại Việt Nam, đây chính là điểm mới của luận án. 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. Khái quát ván lạng kỹ thuật 1.1.1. Khái niệm Ván lạng kỹ thuật hay còn đƣợc gọi là Ván trang sức tái tổ hợp (Reconstitued Decorative Veneer) hoặc Gỗ trang sức tái tổ hợp (Reconstitued Decorative Lumber), đôi khi còn gọi là Gỗ kỹ thuật (Engineered Wood)... là loại ván trang sức có màu sắc, hoa văn đặc biệt, đƣợc sản xuất từ nguyên liệu chủ yếu là ván bóc từ các loại gỗ rừng trồng mọc nhanh, qua nhuộm màu, ép lớp, sau đó xẻ hoặc lạng mỏng tạo ra. Quy cách và hoa văn của ván lạng kỹ thuật có thể tạo ra tùy theo yêu cầu của sản phẩm [56] [3]. 1.1.2. Sự khác biệt giữa ván lạng kỹ thuật và ván lạng gỗ tự nhiên Ván lạng kỹ thuật vừa giữ đƣợc thuộc tính của gỗ tự nhiên, đồng thời lại làm cho sản phẩm có thêm các đặc điểm mới [40]. So với ván lạng gỗ tự nhiên, ván lạng kỹ thuật có những đặc điểm nhƣ: (1) Màu sắc phong phú, hoa văn đa dạng do màu sắc và hoa văn của ván lạng kỹ thuật có thể tạo ra theo ý tƣởng thiết kế của con ngƣời, vì thế có thể đạt đƣợc hiệu quả mô phỏng hoa văn của một số loại gỗ tự nhiên quý hiếm. Ngoài ra, màu sắc và hoa văn của ván lạng kỹ thuật đƣợc tạo ra còn có chiều sâu và độ sáng cao hơn so với ván từ gỗ tự nhiên, đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của và tâm lý tiêu dùng của ngƣời sử dụng. (2) Ván lạng kỹ thuật khắc phục đƣợc hạn chế về đƣờng kính, kích thƣớc của ván từ gỗ tự nhiên, có thể tạo ra đƣợc kích thƣớc tấm ván theo yêu cầu, từ đó đã góp phần giảm một số công đoạn trong quá trình trang sức nhƣ: cắt ván, ghép ván,... làm cho quá trình sản xuất có tính liên tục. 4 (3) Nguồn nguyên liệu phong phú, tỉ lệ lợi dụng nguyên liệu cao. Yêu cầu nguyên liệu trong sản xuất ván lạng kỹ thuật không cao, có thể sử dụng các loại nguyên liệu giá rẻ [53]. Đồng thời trong quá trình sản xuất ván lạng kỹ thuật có thể loại bỏ đƣợc một số phần nhƣ: mắt gỗ, biến màu,... từ khuyết tật tự nhiên của gỗ. Ngoài ra, màu sắc và hoa văn của sản phẩm có tính quy luật, vì thế đã giảm đƣợc nhiều khó khăn trong tính toán gia công ván lạng trong quá trình trang sức bề mặt sản phẩm. Về tính tự nhiên của sản phẩm, dù sao ván lạng kỹ thuật cũng là loại sản phẩm gia công từ gỗ rừng trồng mọc nhanh, nó không thể có đƣợc một số đặc tính mà chỉ gỗ tự nhiên mới có đƣợc. Tuy nhiên, hiện tại, đây vẫn là một giải pháp tốt nhất nhằm bổ sung và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên gỗ rừng trồng. 1.1.3. Phân loại ván lạng kỹ thuật Căn cứ vào tính năng đặc thù của ván lạng kỹ thuật có thể phân thành ván lạng kỹ thuật chậm cháy, ván lạng kỹ thuật chịu nƣớc, ván lạng kỹ thuật chịu ẩm, ván lạng kỹ thuật tiêu âm, Căn cứ vào hình thái sản phẩm có thể p