Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ éo tới ván LVL từ cây keo lai

Lời nói đầu Nhân dịp hoàn thành bản khoá luận tốt nghiệp em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo : Phan Duy Hưng. Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa chế biến lâm sản, trung tâm thực nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng, trung tâm thông tin thư viện - Trường Đại học Lâm Nghiệp, Xưởng chế biến - Viện khoa học Lâm Nghiệp Việt Nam, Lâm trường Lạc Thuỷ , nhà máy chế biến gỗ Cầu ĐuốngCùng bạn bè người thân đã hết lòng giúp đỡ em hoàn thành bản khoá luận này. Hà Tây 5 - 2004. Sinh viên: Nguyễn Đức Vaxi. Đặt vấn đề Đồ gỗ và vật liệu gỗ đã được chúng ta sử dụng từ rất lâu và cho đến nay nhu cầu đó vẫn ngày càng tăng tuy nhiên gỗ tự nhiên ngày càng khan hiếm, người ta đã và đang phát triển cây mọc nhanh rừng trồng song chỉ đáp ưng phần nào . Còn một phần khá lớn vẫn dùng từ gỗ tự nhiên. Hiện nay một số loài gỗ quý hiếm không thể khai thác, vấn đề đặt ra là tìm vật liệu để thay thế những loài gỗ này, ván nhân tạo là hướng đi mới. Cây Keo lai là loài cây được lai tạo giữa hai loài keo :Keo lá tràm và Keo tai tượng. Keo lai có nhiều ưu thế hơn cây bố mẹ về sinh trưởng cũng như tính chất cơ vật lý. Ván LVL (Laminted Veneer Lumber) là một loại ván dán đặc biệt, các lớp ván được xếp song song, ván mỏng có chiều dầy lớn và chiều dầy ván cũng rất lớn. Ván LVL có cường độ lớn có thể dùng trong xây dựng, đồ mộc, kiến trúcĐặc biệt ván LVL có nhiều tính chất tương đương với một số loại gỗ quý như: Đinh, Lim, Sến, TáuDo đócó thể sử dụng loại ván này để thay thế, đặc biệt tỏ ra hiệu quả khi dùng trong xây dựng và kiến trúc. Ván LVL là một loại hình ván mới và cây Keo lai là một loài cây mới, việc thử nghiệm một loại cây mới cho một loại hình sản phẩm mới không chỉ làm phong phú tập đoàn cây cho công nghiệp chế biến mà còn làm đa dạng loại hình sản phẩm ván nhân tạo. Để hoàn thiện hơn chúng ta phải tìm ra được thông số công nghệ hợp lý cho loại ván này.Chính vì lý do trên tôi nghiên cứu thông số ép nhiệt của loại ván này song vì điều kiện thưc thi có hạn do đó tôi chỉ nghiên cứu thông số nhiệt độ ép với các thông số khác được cố định .Đươc sự đồng ý của bộ môn ván nhân tạo khoa Chế Biến Lâm Sản, trường Đại học Lâm Nghiệp tôi nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép tới một số tính chất của ván LVL sản xuất từ gỗ Keo lai" Chương 1 : Những vấn đề chung. 1.1.Lược sử nghiên cứu. 1.1.1.Trên thế giới. Cây Keo lai được Hepbuon và Shim phát hiện năm 1972 tại Sook, Sabah, Malaysia.Năm 1976 đã được chứng minh là sản phẩm của sự lai tạo chéo giữa hai loại Keo thuộc chi thực vật họ đậu(Leguminose);Họ phụ trinh nữ(Mimosoideae) là Keo tai tượng (Acacia mangium Will) và Keo lá tràm (A.auriculiformis). Trong quá trình sinh trưởng và phát triển giữa hai dòng Keo(Acacia) này sảy ra hiện tượng lai tự nhiên, kết quả tạo ra cây con lai có nhiều đặc tính và khả năng phát triển hơn hẳn bố mẹ ( ). Hiện nay cây Keo lai phân bố ở một số nước như: Malaysia, Thái Lan, Quảng Châu - Trung Quốc, Canada… Ván LVL (Laminated Veneer Lumber) là loại hình sản phẩm mới được sản xuất với công nghệ hiện đại với mục đích tạo ra ván có chiều dầy sản phẩm lớn để có thể thay thế gỗ tự nhiên. Nó được đưa vào sản xuất trong mấy thập kỷ gần đây tại Bắc mĩ và Châu Âu. Ván LVL khác với ván dán thông thường ngoài chiều dày ván LVL lớn mà các lớp ván mỏng được xếp song song với nhau. Trong 20 năm trở lại đây loại hình sản phẩm này trở thành vấn đề được đặc biệt quan tâm và tỏ ra phù hợp với thực tế, đặc biệt các chi tiết chịu lực như: dầm, xà, khung cửa chiều dày của ván có thể tới 0.075 m, chiều rộng : 1.8m, chiều dày trên lý thuyết là không có giới hạn. Sản phẩm ván LVL được giới thiệu vào những năm 70 của thế kỉ XX. Dây chuyền 1- được sản xuất vào năm 1981. Dây chuyền 2- được sản xuất vào năm 1986. Dây chuyền 3- được sản xuất vào năm 1997. Ngày nay có hai dây chuyền sản xuất ván LVL với sản lượng 60.000 m3/ 1 dây chuyền/ năm, trong đó 75-80% xuất khẩu .Thị trường chính tiêu thụ loại hình sản phẩm này là các nước Trung Âu.Lượng tiêu hao nguyên liệu :2.7 m3 gỗ /m3 sản phẩm . Theo các tác giả nghiên cứu về ván LVL sản xuất từ Keo tai tượng và gỗ Cao su(11). Các tấm ván mỏng sau khi bóc được sấy xuống độ ẩm < 6% ở nhiệt độ 150 - 170 oC. Có thể sử dụng 3 loại keo làm chất kết dính: U-F, P-F, MUF .Cấu trúc của ván LVL có thể theo nguyên tắc đối xứng ( các tấm ván mỏng được xếp mặt phải với mặt phải hoặc mặt trái với mặt trái ) hoặc không đối xứng(trái - phải).Ván LVL sau khi xếp được ép nguội khoảng 20 phút với P = 10 kgf/cm2, sau đó được ép nhiệt với thời gian 50 phút với nhiệt độ 125, 120, 110 oC tương ứng với các loại keo: MUF, PF, UF. 1.1.2. Trong nước: Cây Keo lai được phát hiện vào những năm 1970 và đã được đưa vào nghiên cứu và phát triển ở nhiều vùng của nước ta như: Hà Tây, Hoà Bình, Tuyên Quang, Thái Nguyên… Hiên nay,đã có một số công trình nghiên cứu về cây Keo lai nhu:  GS. Lê Đình Khả(1999): "Nghiên cứu sử dụng giống Keo lai tư nhiên giữa keo tai tượng và keo lá tràm ở Việt Nam".Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.  Bùi Đình Toàn (2002):Luận văn thạc sỹ:"Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính chất chủ yếu của cây keo lai và định hướng sử dụng trong công nghệ sản xuất ván ghép thanh".  Bạch Công Nam (2002): Luận văn tốt nghiệp: "Nghiên cứu cấu tạo, tính chất chủ yếu của gỗ keo lai và đề xuất hướng sử dụng ". Đây là cây có nhiều thế mạnh và là nguồn nguyên liệu to lớn cho các nghành công nghiệp chế biến gỗ và đang được đầu tư nghiên cứu .Ngoài nguồn keo lai tự nhiên, cây keo lai đã và đang được nhân giống bằng hom từ cây mẹ lai tự nhiên ở các trung tâm nghiên cứu và các lâm trường. Từ những nghiên cứu về gỗ keo lai cho thấy loại cây này có thể sử dụng làm ván LVL và trong tương lai đây có thể là nguồn nguyên liệu để phục vụ cho sản xuất ván LVL. Như chúng ta đã biết nhu cầu về gỗ trong xây dựng hiên nay là rất lớn trong khi đó gỗ tự nhiên ngày càng cạn kiệt, nhất là với gỗ tư nhiên đường kính lớn. Để đáp ứng nhu cầu về gỗ xây dựng, cũng như giảm thiểu sự khai thác gỗ tự nhiên cho nên nghiên cứu và đưa ván LVLvào sản xuất là cần thiết. Hiện nay đã có một số công trình nghiên cứu ván LVL dùng cho đồ mộc với loại keo sử dụng là keo UF như:  Lê Công Nam - Luận văn tốt nghiệp: "Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ép tới một số tính chất của ván LVL sản xuất từ gỗ Keo lai với chiều dầy ván mỏng là 2 mm ".  Lê Vũ Thanh - Luận văn tốt nghiệp :"Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất ép tới một số tính chất của ván LVL sản xuất từ gỗ Keo lai với chiều dầy ván mỏng là 2 mm".  Nguyễn Văn Nam - L uận văn tốt nghiệp :"Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép tới một số tính chất của ván LVL sản xuất từ gỗ Keo lai với chiều dầy ván mỏng là 2 mm". Và một số nghiên cứu khác của các đồng nghiệp. Để sản xuất ván LVL chúng ta cần có nhiều nghiên cứu cụ thể hơn về loại ván này. 1.1.3.Những vấn đề còn tồn tại và hướng đề xuất: Tuy hiên nay đã có một số công trình nghiên cứu về ván LVL nhưng tựu chung lại đây mới chỉ là một phần nhỏ .Với các nghiên cứu đó mới chỉ tập chung cho đồ mộc còn một lĩnh vực về nhu cầu cũng như khả năng tiêu thụ loại ván này rất lớn đó là ván dùng trong xây dựng và kiến trúc lại chưa được chú ý nhiều. Đối với ván LVL sử dụng trong xây dựng yêu cầu phải có khả năng chống chịu môi trường, chịu nước, nhiệtVán LVL sản xuất với chất kết dính là keo PF rất phù hợp, không chỉ về chất lượng sản phẩm mà ngay cả về hiêu quả kinh tế. Do vậy tôi chọn chất kết dính là keo PF cho loại hình sản phẩm ván LVL với chiều dầy ván mỏng là 3 mm. Đề tài " Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép tới một số tính chất của ván LVL sản xuất từ gỗ Keo lai ". Là một hướng nghiên cứu thăm dò cho khả năng sản xuất ván LVL ở nước ta. 1.1.4.Tính cấp thiết của đề tài. Việt nam là một nước nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, mưa nhiều, khí hậu thay đổi theo mùa, đây là điều kiện bất lợi cho vật liệu có nguồn gốc từ kim loại và là điều kiện lý tưởng cho vi sinh vật phá hoại các sản phẩm có nguồn gốc từ gỗ tự nhiên làm giảm độ bền của vật liệu, tuổi thọ của công trình . Việc nghiên cứu và tìm ra một loại vật liệu chịu lực có khả năng khắc phục được các hạn chế trên là hết sức cấp bách và cần thiết. Một hướng giải quyết là sử dụng một số loại gỗ quý như: Đinh, Lim, Sến, TáuTuy nhiên, trên thực tế hiện nay nhữnh loại gỗ này đã bị cấm khai thác, còn sử dụng gỗ nhập khẩu loại này giá thành lại quá lớn (16 - 18 triệu/m3 gỗ thành khí). Tronh khi đó ván LVL với chất kết dính là keo PF sẽ cho ta một loại ván có khả năng chống chịu môi trường và cường độ ván lại lớn rất phù hợp với các chi tiết chịu lực đặc biệt là các chi tiết dùng trong xây dựng và kiến trúc. Hơn nữa ván LVL còn cải thiện một số nhược điểm của gỗ tư nhiên như : tính chất đồng đều hơn gỗ nguyên, có thể tạo ra các chi tiết có kích thước và khẩu độ lớn khắc phục được hạn chế về đường kính và chiều cao. Sản xuất ván LVL từ gỗ keo lai là một hướng đi tắt đón đầu một loai nguyên liệu mới cho một loại hình sản phẩm mới, điều này có ý nghĩa rất lớn không chỉ làm phong phú tập đoàn cây công nghiệp mà còn đáp ứng mục tiêu sử dụng gỗ đa mục đích và đa dạng hoá loại hình sản phẩm từ gỗ. Nghiên cứu các thông số ép nhiệt là một vấn đề hết sức quan trọng trong quá trình sản xuất ván nhân tạo nói chung và ván LVL nói riêng . Do đó, để tạo ra một loại hình sản phẩm mới chúng ta phải đặc biệt chú ý tới vấn đề này. Tuy nhiên, trên thực tế do điều kiện thực thi có hạn cho nên đề tài chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của thông số nhiệt độ ép đến một số tính chất cuả ván LVL trên cơ sở khống chế các thông số khác. 1.2. Mục tiêu 1.2.1. Mục tiêu tổng quan. Nhằm tạo ra được loại ván có chất lượng tốt có thể thay thế được một số loại gỗ tự nhiên có chất lượng tốt hiện nay nhưng khả năng cung cấp của chúng trong tương lai sẽ bị hạn chế. 1.2.2. Mục tiêu cụ thể: Xác định được ảnh hưởng của nhiệt độ tới một số tính chất cơ bản của Ván LVL từ gỗ Keo lai. Xác định được thông số nhiệt độ ép hợp lý khi ép ván Ván LVL bằng phương pháp ép nhiệt ( bằng hai phương pháp Single step và step by step). 1.3. Nội dung nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu: 1.3.1.Nội dung Tạo Ván LVL (dày 30mm, 11 lớp  nằm trong khoảng 0,65 – 0,7g/cm3 ). Bằng các phương pháp Single step và step by step và ở các nhiệt độ ép khác nhau. Kiểm tra các tính chất cơ bản của ván theo các phương pháp và các chế độ ép. Đánh giá mức độ ảnh hưởng của phương pháp ép và nhiệt độ ép tới tính chất của ván. Bước đầu lựa chọn trị số nhiệt độ hợp lý của từng phương pháp. 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu. 1.3.2.1 Các phương pháp cố định.  Nguyên liệu: là gỗ Keo lai (8-10 tuổi)  Phương pháp step by step  áp suất ép P = 13kgf/cm2  Thời gian ép:  = 0,2 phút/1mm chiều dày sản phẩm.  Phương pháp Single step +  = 1,4 phút/mm chiều dày sản phẩm  áp suất ép P = 17kgf/cm2  Lượng keo tráng: G = 200g/m2 ( keo PF) 1.3.2.2. Yếu tố khảo sát: Đề tài lựa chọn yếu tố nhiệt độ ép là thông số khảo sát với 5 cấp nhiệt độ là: 120 , 130, 140, 1500c. Phương pháp ép: Đề tài dùng hai phương pháp ép để so sánh. - Single step - Step by step 1.4- Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp kế thừa. - Phương pháp thực nghiệm ( sử dụng phương pháp thực nghiệm thăm dò, xử lý số liệu theo thống kê toán học sau đó đánh giá kết quả). 1.5- ý nghĩa: 5.1. ý nghĩa khoa học: Trên cơ sở kết quả thực hiện sẽ là cơ sở khoa học cho công trình nghiên cứu tiếp theo. 5.2. ý nghĩa thực tiễn: Kết quả thu được có thể áp dụng cho các cơ sở sản xuất khi sản xuất ván LVL. Kết quả tốt khi đó việc sản xuất ván LVL sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ cũng như sẽ nâng cao được hiệu quả kinh tế. Chương 2 :Cơ sở lý thuyết. 2.1. Nguyên liệu: 2.1.1. Những vấn đề chung về gỗ Keo lai. a. Cấu tạo của gỗ Keo lai: - Cấu tạo thô đại: Gỗ Keo lai (8 - 10 tuổi) vỏ có mầu nâu xám, có nhiều dạn dọc nhỏ chạy dọc thân cây, lớp vỏ ngoài khô mủn, lớp trong xốp. Gỗ Keo lai có giác, lõi phân biệt, lúc chặt hạ thì chưa rõ ràng nhưng để sau mọt thời gian thì sự phân biệt giữa giác và lõi trở lên rõ ràng hơn. Vòng năm không rõ ràng, thớ gỗ thẳng và khá thô, khối lượng thể tích trung bình. - Cấu tạo hiển vi: Gỗ sớm, gỗ muộn không phân biệt, mạch gỗ xếp phân tán, hình thức tụ hợp đơn kép 2 - 4 lỗ mạch/mm2 . Đường kính lỗ mạch trung bình theo phương tiếp tuyến ( 0.1- 0.2)mm. Trong lỗ mạch không có thể bít. Tia gỗ nhỏ (< 0.1mm ) số lượng tia gỗ từ 5 - 10 tia/mm. Tế bào mô mền có hình thức phân bố phân tán, hìng thức tụ hợp vây quanh mạch kín, lỗ thông ngang xếp so le kích thước nhỏ có đường kính từ 0.6- 0.8 m, gỗ Keo lai không có cấu tạo lớp và không có ống dẫn nhựa dọc. b.Một số tính chất vật lý - cơ học của gỗ Keo lai: Các thông số về tính chất vật lý và cơ học của gỗ Keo lai được xác định quả nghiên cứu về gỗ keo lai 9- 10 năm tuổi [13] được ghi trong bảng 02: Bảng 02: Một số tính chất vật lý và cơ học của gỗ Keo lai Tính chất Trị số Đơn vị 3  0 = 0,466 g/cm 1 Khối lượng thể tích  12  0,549  18  0,553 2 Hút nước sau 24 giờ ngâm 21,2 % nước 3 Hút ẩm sau 24 giờ 2,0 % 4 Độ co rút +Dọc thớ 0,59 % +Xuyên tâm 3,73 % +Tiếp tuyến 7,61 % 5 Độ dãn dài sau 30 ngày ngâm nước % +Dọc thớ 0,37 % +Xuyên tâm 3,41 % +Tiếp tuyến 7,94 6 Giới hạn bền khi nén dọc 62,35 MPa (MC=12%) 7 Giới hạn bền khi nén cục bộ 12,07 MPa (MC=12%) 8 Giới hạn bền khi nén toàn 7,289 MPa bộ (MC=12%) 9 Giới hạn bền khi kéo dọc 126,8 MPa thớ (MC=12%) 10 Giới hạn bền khi kéo ngang 3,764 MPa thớ (MC=12%) 11 Giới hạn bền khi uốn tĩnh 88,6 MPa (MC=12%) 12 Mô đun đàn hồi khi uốn 7500 MPa tĩnh 13 Giới hạn bền khi trượt dọc 13,25 MPa thớ xuyên tâm (MC=12%) 14 Giới hạn bền khi trượt dọc 12,3 MPa thớ tiếp tuyến (MC=12%) 15 Giới hạn bền khi trượt 5,17 MPa ngang thớ xuyên tâm (MC=12%) 16 Giới hạn bền khi trượt 7,68 Mpa ngang thớ tiếp tuyến (MC=12%) 17 Sức chống tách xuyên tâm 14,25 Kgf/cm (MC=12%) 18 Sức chống tách xuyên tâm 17,57 Kgf/cm (MC=12%) Để có thể xác định xem gỗ Keo lai có thể đáp ứng được làm nguyên liệu sản xuất ván mỏng hay không, đặc biệt là ván mỏng dùng trong công nghiệp sản xuất ván LVL thường có chiều dày tương đối lớn, chúng ta cần dựa trên cơ sở về yêu cầu đối với nguyên liệu sản xuất ván dán (Hiện chưa có yêu cầu cụ thể đối với nguyên liệu sản xuất ván LVL). Yêu cầu đối với nguyên liệu sản xuất ván mỏng theo TCVN 1762-75 được thể hiện ở bảng 03. Bảng 03: Yêu cầu đối với nguyên liệu dùng cho sản xuất ván dán Stt Thông số Yêu cầu Đơn vị 1 Đường kính gỗ tròn > 18 cm 2 Độ tròn đều > 70 % 3 Độ cong một chiều < 2-3 tuỳ loại % 4 Độ cong nhiều chiều < 1 % 5 Độ thót ngọn < 2-4 tuỳ loại cm/m 6 Xoắn thớ < 10 % 7 Dẹt thân, u bướu, vạnh vè loại 8 Mắt gỗ hạn chế 9 Mục, nấm mốc loại 10 Xốp, rỗng ruột hạn chế 11 Khối lượng thể tích của gỗ (0,4 – 0,7) g/cm3 12 Dầu nhựa và chất chiết hạn chế xuất 13 pH (5-6,5)