Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến tính chất vật lý và cơ học của gỗ sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook)

Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến tính chất vật lý và cơ học của gỗ sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook) được nghiên cứu nhằm khảo sát ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ (nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén) đến một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ.

Công nghiệp rừng ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ NHIỆT – CƠ ĐẾN TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ CƠ HỌC CỦA GỖ SA MỘC (Cunninghamia lanceolata Lamb Hook) Nguyễn Thị Tuyên1, Phạm Văn Chương2, Nguyễn Việt Hưng 1 Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên Trường Đại học Lâm nghiệp https://doi.org/10.55250/jo.vnuf.2022.7.101-111 TÓM TẮT Xử lý gỗ theo phương pháp nhiệt - nhằm cải thiện số tính chất vật lý, học độ bền tự nhiên gỗ Nghiên cứu nhằm khảo sát ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt - (nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén) đến số tính chất vật lý, học gỗ Gỗ Sa mộc sau xử lý nhiệt - kiểm tra độ ẩm, khối lượng riêng, khả chống hút nước, độ bền nén độ bền uốn tĩnh gỗ theo tiêu chuẩn TCVN 8048:2009 ASTM D4446-08 Với phạm vi nghiên cứu cho thấy tất tham số xử lý ảnh hưởng định đến tính chất vật lý học gỗ Cùng nhiệt độ tỷ xuất nén, kéo dài thời gian xử lý, độ ẩm giảm Độ ẩm gỗ nén có xu hướng tăng xử lý nhiệt độ 160oC (146,36oC độ ẩm gỗ nén đạt 8,82) giảm nhiệt độ lên 200oC (213,64oC độ ẩm gỗ đạt 5,70%) Nhiệt độ 160oC, thời gian 0,5 phút, tỷ suất nén 50% cho kết khối lượng riêng gỗ nén cao (0,56g/cm3) Nhiệt độ 200oC, thời gian 0,7 phút, tỷ suất nén 44,67% cho kết khả chống hút nước tốt Nhiệt độ 175oC, thời gian 0,6 phút/mm chiều dày, tỷ suất nén 45,641% cho kết độ bền nén dọc thớ cao Nhiệt độ 176,5oC, thời gian 0,59 phút/mm chiều dày, tỷ suất nén 50% cho kết độ bền uốn tĩnh cao Từ khóa: Biến tính nhiệt, gỗ Sa mộc, tính chất học, tính chất vật lý, xử lý nhiệt-cơ ĐẶT VẤN ĐỀ Xử lý gỗ phương pháp nhiệt-cơ kỹ thuật làm tăng mật độ hay nói cách khác tăng khối lượng riêng gỗ tác động nhiệt độ, độ ẩm nén học Trong trình nén ép, gỗ gia ẩm, gia nhiệt để đạt trạng thái dẻo, sau nén học với mức độ nén định Yêu cầu gỗ xử lý phương pháp nhiệt-cơ tăng độ bền học, tăng độ ổn định kích thước song khơng làm phá huỷ cấu trúc gỗ mức độ đàn hồi trở lại nhỏ (Misrian de Almeida Costa, 2017) Như vậy, xử lý nhiệt - học cách để chuyển đổi loại gỗ mềm xốp thành loại cứng đặc hơn, sử dụng trường hợp cần độ bền lớn (L M Arruda C H S Del Menezzi, 2013) Các tham số chủ yếu cơng nghệ biến tính nhiệt - cơ: Nhiệt độ, độ ẩm, thời gian hoá dẻo chế độ nén ép (nhiệt độ, tỷ suất nén, thời gian nén), chế độ xử lý sau nén (nhiệt độ, thời gian) Oleksandr Skyba (2008) nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ép gỗ tới chất lượng gỗ nén Tác giả thực nghiệm cho 02 loại gỗ Vân sam Na Uy (Picea abies Karst.) Dẻ gai (Fagus sylvatica L.), với 03 mức nhiệt độ 140oC, 160oC 180oC thời gian ép 20 phút, tác giả chứng minh nhiệt độ nén ép ảnh hưởng rõ nét tới mức độ đàn hồi trở lại sau nén, ảnh hưởng đến độ cứng mô đun đàn hồi gỗ Ở nhiệt độ ép 180oC, độ đàn hồi trở lại gỗ sau nén ép nhỏ R.G Vasconcelos C H S Del Menezzi (20013) nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ép thời gian ổn định áp suất đến độ bền học tính chất bề mặt gỗ nén Tác giả kết luận: Thay đổi nhiệt độ áp suất ép theo 03 giai đoạn ảnh hưởng đến độ bền học, độ ổn định kích đước, đổ ẩm thăng tính chất bề mặt gỗ So với phương pháp ép 02 giai đoạn áp suất (tăng ổn định), độ đàn hồi trở lại sau ép giảm, độ ẩm thăng giảm góc tiếp xúc (năng lượng bề mặt) tăng Năm 2013 nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ép áp suất ép đến tính chất gỗ sau xử lý nhiệt-cơ Tác giả thực nghiệm với gỗ Dương (Populus spp.), mẫu gỗ hoá mềm nén ép máy ép nhiệt với mức nhiệt TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 101 Công nghiệp rừng độ ép 150oC 170oC; với mức áp suất ép 1,0 MPa 2,0 MPa thời gian ép 45 phút Kết nghiên cứu cho thấy: Khối lượng thể tích độ cứng tĩnh gỗ tăng áp suất ép tăng Nhiệt độ ép áp suất ép ảnh hưởng không rõ nét đến độ trương nở chiều dày (TS) gỗ nén (Zeki Candan cộng sự, 2013) Năm 2015, Youke Zhao cộng nghiên cứu ảnh hưởng tỷ suất nén, hướng nén, tốc độ nén đến độ ẩm gỗ Tác giả nghiên cứu gỗ Dương gỗ Sa mộc Tác giả nghiên cứu tỷ suất nén cho hai loài 10, 20, 30, 40, 50 60%, Tốc độ 0,5, 1, 3, 10 mm/phút Hướng nén theo hướng tiếp tuyến, xuyên tâm hướng 45 độ Kết cho thấy tỷ suất nén cao, độ ẩm gỗ giảm Nén theo hướng tiếp tuyến, xuyên tâm hướng 45 độ hiệu việc giảm MC Tốc độ nén tăng, khả giảm độ ẩm giảm, hay nói cách khác tốc độ nén tăng, độ ẩm giảm chậm Trong nghiên cứu này, tốc độ nén từ 5-10mm/phút cho tốc độ giảm ẩm nhanh rõ rệt (Youke Zhao cộng sự, 2015) Shichao Cheng cộng nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ xử lý nhiệt khác đến thành phần hóa học cấu trúc Sa mộc Mẫu gỗ Sa mộc sau sấy khô đến độ ẩm 8%, xử lý buồng nước nhiệt độ 190oC 230oC Tác giả kết luận: nhiệt độ thay đổi dẫn đến thay đổi cấu trúc hóa học hemicelluloses, cellulose lignin Sa mộc Những thay đổi bao gồm suy giảm dần nhóm cacbonyl đơn vị axit glucuronic, suy thoái pyranose hemicelluloses, giảm hàm lượng cellulose tinh thể, nhóm C = O C = C liên kết với cấu trúc lignin (Shichao Cheng cộng sự, 2016) Năm 2017, Juan Guo cộng nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lý thủy-nhiệt-cơ đến độ dẻo lignin gỗ Sa mộc Các mẫu gỗ xử lý nén xuyên tâm với tỉ suất nén 25%, 50% 110°C phút, quy trình hấp tương ứng 140°C, 160°C 180°C 102 30 phút Kết luận xử lý nhiệt độ 160°C trở lên làm tăng độ dẻo lignin chỗ tăng lượng kích hoạt rõ ràng q trình làm mềm Điều có lẽ liên quan đến phản ứng khử trùng tái ngưng tụ đồng thời xuất lignin Tỷ lệ nén có ảnh hưởng đến thay đổi (Juan Guo cộng sự, 2017) Tao Li cộng nghiên cứu tối ưu hóa quy trình xử lý nhiệt-cơ cho gỗ Sa mộc Các thơng số q trình nhiệt độ xử lý, nhiệt độ nén ép, thời gian nén ép Tác giả chọn mức nhiệt độ 140°C, 155°C, 170°C, 185°C, 200°C, thời gian 10 phút, 20 phút 30 phút Từ kết nghiên cứu, kết hợp quan điểm kinh tế, tác giả lựa chọn điều kiện tối ưu để cải thiện độ ổn định kích thước cho gỗ Sa mộc xử lý nhiệtcơ nhiệt độ nén ép 170°C, thời gian nén ép 10 phút nhiệt độ xử lý 200°C (Juan Guo cộng sự, 2017) Năm 2014, Phạm Văn Chương Vũ Mạnh Tường nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ nén đến số tính chất lý gỗ Tống sủ Nghiên cứu áp dụng phương pháp thủy-nhiệt-cơ với nhiệt độ nén 110oC 140oC để nén gỗ Tống sủ nhằm nâng cao khối lượng riêng, độ bền nén dọc thớ độ bền uốn tĩnh gỗ Khối lượng riêng gỗ Tống sủ tăng từ 0,475g/cm3 lên 0,767g/cm3, đồng thời độ bền học gỗ tăng lên Ngoài ra, kết phân tích phương sai cho thấy nhiệt độ nén ảnh hưởng rõ nét đến tính chất lý gỗ sau nén Áp dụng công nghệ nén nâng cao chất lượng gỗ Tống sủ Gỗ Tống sủ sau xử lý có khối lượng riêng tăng lên đáng kể Công nghệ nén nâng khối lượng riêng gỗ từ nhóm VI lên nhóm III theo TCVN 1072-71 (Phạm Văn Chương Vũ Mạnh Tường, 2014) Lê Ngọc Phước cộng (2018) nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thời gian nén ép đến tính chất vật lý, học gỗ Keo lai Trong nghiên cứu này, gỗ Keo lai sau hóa mềm nén chế độ nén khác nhau, cụ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 Công nghiệp rừng thể với mức thời gian 10 phút, 20 phút 30 phút; mức nhiệt độ 1300C, 1400C 1500C Gỗ sau nén ép xử lý lò sấy nhiệt độ 1000C, thời gian 10 phút Kết nghiên cứu cho thấy tính chất học, vật lý gỗ cải thiện rõ rệt, cụ thể: Khối lượng riêng tăng từ 0,55 g/cm3 lên 0,83 g/cm3; độ bền uốn tĩnh tăng từ 88,0 MPa lên 93,0 MPa; độ bền nén dọc tăng từ 42,4 MPa lên 52,4 MPa; đặc biệt cấu trúc gỗ có thay đổi theo chiều hướng tích cực, cấu trúc gỗ không bị phá vỡ, mật độ gỗ tăng cao Độ rỗng gỗ sau nén quan sát qua ảnh SEM có độ rỗng mặt cắt ngang giảm 28,9% (độ rỗng gỗ chưa nén ép 19,16% độ rỗng sau nén ép 13,61%) Phạm Văn Chương cộng (2019) nghiên cứu ảnh hưởng tỷ suất nén đến số tính chất gỗ Keo lai, Thông nhựa Bạch đàn Uro xử lý phương pháp nhiệt-cơ Các mẫu gỗ gia cơng với kích thước 400 (l) x 120 (w) x chiều dày (t) mm Q trình hố dẻo nén ép thực máy ép nhiệt BYD 113/4 với mức tỷ suất nén: 10%, 20%, 30%, 40% 50% Kết nghiên cứu cho thấy: Với chế độ nén ép, tỷ suất nén ảnh hưởng rõ nét đến độ đàn hồi trở lại gỗ (độ đàn hồi trở lại lớn gỗ Bạch đàn nhỏ gỗ Thông nhựa); khối lượng thể tích, độ bền uốn tĩnh mô đun đàn hồi gỗ tăng tỷ suất nén tăng Để đạt yêu cầu gỗ nhóm III theo TCVN 1072-71, với gỗ Keo lai tỷ suất nén phải lớn 30%, với gỗ Bạch đàn tỷ suất nén lớn 20% với gỗ Thông nhựa tỷ suất nén lớn 40% đạt yêu cầu Các nghiên cứu xử lý gỗ theo phương pháp nhiệt-cơ gỗ hút ẩm tính chất lý vượt trội so sánh với gỗ chưa qua xử lý Nhiệt độ nén ép ảnh hưởng rõ nét tới mức độ đàn hồi trở lại sau nén, ảnh hưởng đến độ cứng mô đun đàn hồi gỗ Nhiệt độ nén, thời gian nén ảnh hưởng đến màu sắc gỗ Khi tăng nhiệt độ, khối lượng riêng gỗ giảm số tính chất học gỗ giảm, nhiên trị số độ bền học cao so với gỗ không xử lý Khối lượng riêng độ cứng tĩnh gỗ tăng áp suất ép tăng Nhiệt độ thời gian ép tăng làm cho độ cứng tăng, nhiên nhiệt độ tăng đến 220oC, độ cứng có xu hướng giảm Thay đổi nhiệt độ áp suất ép ảnh hưởng đến độ bền học, độ ổn định kích thước, độ ẩm thăng tính chất bề mặt gỗ Nhiệt độ, thời gian, vị trí theo phương ngang thân có ảnh hưởng rõ đến độ bền uốn tĩnh độ giòn gỗ, nhiên, nhân tố ảnh hưởng không lớn đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh Kết cơng trình nghiên cứu gỗ Sa mộc xử lý nhiệt-cơ cho thấy: Hướng nén tốc độ nén ảnh hưởng đến khả giảm ẩm gỗ Nén theo hướng tiếp tuyến hướng 45 độ hiệu việc giảm MC Tốc độ nén tăng khả giảm độ ẩm giảm Nhiệt độ xử lý thay đổi dẫn đến thay đổi thành phần hóa học cấu trúc gỗ Sa mộc Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ dẻo lignin Xử lý gỗ nhiệt độ 160°C trở lên làm tăng độ dẻo lignin chỗ Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb Hook) loài gỗ nhẹ, dễ gia công, độ bền học thấp Gỗ Sa mộc sử dụng chủ yếu dạng gỗ tròn chưa mang lại giá trị kinh tế cao Với phát triển nhận thức môi trường, nhu cầu cấp bách phải nâng cấp loài gỗ phát triển nhanh, không bền thành sản phẩm gỗ bền phương pháp biến tính gỗ có tác động môi trường thấp Khối lượng riêng, độ ẩm, khả chống hút nước, khả chịu uốn, nén gỗ tiêu chí quan trọng để đánh giá hiệu công nghệ xử lý gỗ Nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng đồng thời tham số chế độ lý nhiệt-cơ đến số tính chất vật lý học gỗ Sa mộc PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu thiết bị nghiên cứu * Vật liệu nghiên cứu: - Gỗ Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb Hook), 15 năm tuổi trồng huyện Bắc Hà, tỉnh Lào Cai TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 103 Công nghiệp rừng - Gỗ xẻ theo phương tiếp tuyến; - Độ ẩm gỗ trước xử lý nhiệt - cơ: 11-14% * Thiết bị nghiên cứu: - Máy ép thí nghiệm BYD113; - Thiết bị kiểm tra nhiệt độ bàn ép Bennetech GM-320; - Tủ sấy Memmer trì nhiệt độ 1032oC (khoảng nhiệt độ điều chỉnh 10-250oC), - Cân điện tử Adventurer Pro (độ xác 0,01g), - Thước kẹp điện tử Mitutoyo (độ xác 0,01 mm) - Thiết bị, dụng cụ kiểm tra tính chất học MQTest 25 Các thí nghiệm tiến hành Phịng thí nghiệm Khoa Lâm nghiệp - Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên Trung tâm Thí nghiệm Phát triển cơng nghệ - Viện Công nghiệp gỗ Nội thất Trường Đại học Lâm nghiệp 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Bố trí thí nghiệm Trong nghiên cứu chúng tơi lựa chọn phương pháp thiết kế hỗn hợp trung tâm (CCDcenter composite design) với yếu tố, điểm tâm để thiết kế thí nghiệm Số thí nghiệm xử lý phần mềm Design Expert 12.0 thu chế độ tiến hành thực nghiệm bảng Bảng Các thông số thực nghiệm với yếu tố ảnh hưởng đến biến tính nhiệt – Ký hiệu mẫu Nhiệt độ (oC) Thời gian (Phút/mm chiều dày) Tỷ suất nén (%) Chiều dày phơi (mm) Thời gian trì (phút) TN1 TN2 TN3 TN4 TN5 TN6 TN7 TN8 TN9 160 200 160 200 160 200 160 200 146,36 0,5 0,5 0,7 0,7 0,5 0,5 0,7 0,7 0,6 30 30 30 30 50 50 50 50 40 28,6 28,6 28,6 28,6 40,0 40,0 40,0 40,0 33,3 14,3 14,3 20,0 20,0 20,0 20,0 28,0 28,0 20,0 TN10 213,64 0,6 40 33,3 20,0 TN11 TN12 TN13 180 180 180 0,43 0,77 0,6 40 40 23,18 33,3 33,3 26,0 14,3 25,7 15,6 TN14 TN15 180 180 0,6 0,6 56,82 40 46,3 33,3 27,8 20,0 TN16 TN17 180 180 0,6 0,6 40 40 33,3 33,3 20,0 20,0 TN18 TN19 180 180 0,6 0,6 40 40 33,3 33,3 20,0 20,0 TN20 180 0,6 40 33,3 20,0 2.2.2 Các bước thực nghiệm Bước 1: Tạo phôi Chế độ nén có cấp tỷ suất nén (23,18%, 104 30%, 40%, 50% 56,82%) Ván xẻ, sấy bào với thơng số sau: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 Công nghiệp rừng - Chiều dày ván xẻ : 26; 28,6; 33,3; 40; 46mm; - Chiều rộng ván xẻ 50mm, - Chiều dài ván xẻ 600 mm - Ván xẻ tiếp tuyến, độ ẩm 11-14% - Lựa chọn ván không mục, ván khơng có ruột ải: Cắt khúc gỗ phần gỗ với chiều dài 1,2-2,0 m tính từ D1,3 Bước 2: Xử lý nén gỗ phương pháp nhiệt-cơ Biểu đồ ép thể Hình Giai đoạn 1: Hóa dẻo gỗ - Nhiệt độ: 155oC (đưa mẫu vào máy ép đạt nhiệt độ thiết kế) - Thời gian hóa dẻo: phút/ mm chiều dày phôi (Lựa chọn từ thực nghiệm thăm dò) - Áp suất: 0,12 MPa - Xả ẩm q trình hóa dẻo: 15 phút xả ẩm lần (Lựa chọn từ thực nghiệm thăm dò) Cụ thể: Mẫu 26mm, 28,6mm, 33,3mm Giai đoạn 2: Ép sơ - Nhiệt độ: 146,36oC, 160oC, 180oC, 200oC, 213,64oC - Thời gian ép sơ bộ: phút/ mm chiều dày phôi - Áp suất: 0,6 MPa - Xả ẩm trình ép sơ bộ: 15 phút xả ẩm Giai đoạn 3: Ép - Nhiệt độ: 146,36oC, 160oC, 180oC, 200oC, 213,64oC - Áp suất: MPa Thời gian tăng áp từ 0,6 đến MPa phụ thuộc vào chiều dày ván chạm cữ 3,0 MPa (tăng 0,5 phút/mm) - Thời gian trì áp suất ép: 0,5; 0,6 0,7 phút/mm chiều dày Hình Biểu đồ ép gỗ Sa mộc phương pháp nhiệt- Giai đoạn 4: Giữ ván máy ép - Áp lực: giảm áp lực xuống 1,2 MPa - Thời gian xử lý nhiệt sau nén: 120 phút - Nhiệt độ xử lý nhiệt sau nén: 100 oC Bước 3: Ổn định sau xử lý Gỗ sau xử lý nhiệt - ổn định phịng thí nghiệm với nhiệt độ 30±5oC, độ ẩm 70±5%, thời gian ngày Bước 4: Cắt mẫu thí nghiệm Mẫu cắt theo tiêu chuẩn cho tiêu đánh giá 2.2.3 Xử lý số liệu Kết thực nghiệm xử lý theo tiêu chuẩn kiểm tra (bảng 2) phân tích số liệu thống kê phần mềm Design Expert 12 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 105 Cơng nghiệp rừng Hình Mẫu thí nghiệm Bảng Tiêu chuẩn kiểm tra TT Tính chất Chỉ tiêu theo dõi Độ ẩm Khối lượng riêng Vật lý Khả chống hút nước Cơ học Độ bền uốn tĩnh Độ bền nén dọc thớ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt – đến số tính chất vật lý gỗ Sa mộc Một số tính chất vật lý gỗ Sa mộc xử lý STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ĐC 106 Thứ tự 11 14 18 10 15 12 13 20 19 17 16 Tiêu chuẩn kiểm tra TCVN 8048-1:2009 TCVN 8048-2:2009 ASTM D4446-08 TCVN 8048-3:2009 TCVN 8048-5:2009 nhiệt – nghiên cứu độ ẩm, khối lượng riêng khả chống hút nước Kết nghiên cứu thể bảng Bảng Một số tính chất vật lý gỗ Sa mộc xử lý nhiệt - Tỷ Khối Nhiệt Thời gian ép Độ Độ suất lượng độ ép (phút/mm ẩm lệch nén riêng o ( C) chiều dày) (%) chuẩn (%) (g/cm3) 160 0,5 30 8,45 0,99 0,42 200 0,5 30 6,50 0,61 0,38 160 0,7 30 8,02 0,67 0,42 200 0,7 30 6,02 0,63 0,38 160 0,5 50 8,22 0,90 0,56 200 0,5 50 6,38 0,64 0,52 160 0,7 50 7,99 0,84 0,54 200 0,7 50 5,91 0,65 0,50 146,36 0,6 40 8,82 0,59 0,47 213,64 0,6 40 5,70 0,75 0,40 180 0,43 40 7,78 0,72 0,44 180 0,77 40 7,12 0,80 0,42 180 0,6 23,18 7,41 0,47 0,39 180 0,6 56,82 7,09 0,47 0,62 180 0,6 40 7,46 0,63 0,43 180 0,6 40 7,24 0,63 0,42 180 0,6 40 7,28 0,69 0,43 180 0,6 40 7,44 0,64 0,43 180 0,6 40 7,18 0,58 0,42 180 0,6 40 7,48 0,62 0,43 12,18 0,61 0,32 Độ lệch chuẩn 0,056 0,047 0,045 0,040 0,058 0,042 0,052 0,054 0,064 0,032 0,041 0,046 0,040 0,040 0,037 0,030 0,041 0,045 0,030 0,028 0,027 WRE (%) 10,48 29,65 5,36 46,59 9,21 33,01 7,31 50,60 8,35 64,24 16,16 27,15 10,80 13,53 18,87 19,14 19,23 18,49 20,02 19,11 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 Công nghiệp rừng Ảnh hưởng đến khối lượng riêng Kết bảng cho thấy tham số nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén ảnh hưởng đến khối lượng riêng gỗ nén Khối lượng riêng có thay đổi rõ nét tỷ suất nén thay đổi Cùng tham số nhiệt độ thời gian xử lý, tỷ suất nén cao, khối lượng riêng lớn Mặt khác, thời gian xử lý, nhiệt độ tăng, khối lượng riêng giảm Từ kết phân tích ANOVA cho thấy mơ hình phù hợp với hàm bậc hai có ý nghĩa Tham số nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén có giá trị P-value nhỏ 0,05 Điều cho thấy khối lượng riêng có khác biệt nhiệt độ, thời gian tỷ suất nén thay đổi Tỷ suất nén yếu tố ảnh hưởng lớn đến khối lượng riêng (F=2192,11), sau nhiệt độ (F=220,78), thời gian yếu tố có ảnh hưởng (F=7,80) Kết kiểm tra thể hiện: nhiệt độ xử lý làm cho khối lượng riêng gỗ giảm xử lý nhiệt-cơ, tỷ suất nén lại yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất, tất cơng thức thí nghiệm, khối lượng riêng gỗ nén tăng so với đối chứng Kết phân tích phần mềm Design Expert 12 cho thấy tỷ suất nén yếu tố ảnh hưởng lớn đến khối lượng riêng, sau nhiệt độ, thời gian yếu tố có ảnh hưởng Nhiệt độ 160oC, thời gian 0,5 phút, tỷ suất nén 50% cho ta kết khối lượng riêng gỗ nén cao (0,558g/cm3) Điều giải thích: tế bào gỗ liên kết với nhờ lignin hemicellulose, hợp chất hữu chịu tác động nhiệt độ cao làm mềm hóa Vì vậy, tác động nhiệt độ mối liên kết gỗ lỏng lẻo, mềm hóa tạo điều kiện cho trình nén ép gỗ Quá trình nén ép gỗ trình tác động lực lớn làm giảm khoảng cách tế bào gỗ, phần rỗng gỗ giảm xuống, khối lượng thể tích gỗ nén tăng lên Kết tương đồng với nghiên cứu Phạm Văn Chương (2014) Khả chống hút nước - WRE (Water Repellency Effectiveness) Khả chống hút nước tiêu quan trọng đánh giá chất lượng gỗ nén Kết kiểm tra khả chống hút nước gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – thể bảng Kết bảng cho thấy tất tham số chế độ nén ảnh hưởng đến WRE gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – Cùng tỷ suất nén, nhiệt độ xử lý cao, thời gian xử lý dài cho kết WRE tốt ngược lại Cùng tỷ suất thời gian nén, gỗ xử lý 200oC có WRE tốt Khi xử lý nhiệt độ 200oC, gỗ có xu hướng cho khả chống hút nước tốt Từ kết phân tích ANOVA cho thấy mơ hình phù hợp với hàm bậc hai có ý nghĩa Tham số nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén có giá trị P-value nhỏ 0,05 Điều cho thấy khả chống hút nước có khác biệt nhiệt độ, thời gian tỷ suất nén thay đổi Nhiệt độ yếu tố ảnh hưởng lớn đến WRE (F=8240,86), tiếp thời gian xử lý (F=355,39), tỷ suất nén có ảnh hưởng thấp khơng đáng kể đến WRE (F=26,84) Kết phân tích phần mềm Design Expert 12 cho thấy nhiệt độ yếu tố ảnh hưởng lớn đến khả chống hút nước (WRE), tiếp thời gian xử lý, tỷ suất nén có ảnh hưởng thấp không đáng kể đến WRE Nhiệt độ 200oC, thời gian 0,7 phút, tỷ suất nén 44,67% cho ta kết WRE tốt Điều giải thích: Dưới tác dụng nhiệt độ cao, thời gian xử lý dài, gỗ bị loại bỏ số chất chiết suất hemicellulose gỗ bị phân giải dẫn đến làm giảm số lượng nhóm hydroxyl (-OH) có gỗ, làm giảm độ hút nước vào gỗ sau xử lý, điều hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu RG Vasconcelos CHS Del Menezzi (2013) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 107 Công nghiệp rừng Kết nghiên cứu tương đồng với kết luận Mesut Yalcin (2015): Xử lý nhiệt gây thay đổi thành phần hóa học tùy thuộc vào nhiệt độ thời gian Trong hàm lượng holocellulose giảm nhiệt độ 200°C trở lên, hàm lượng lignin tăng theo tỷ lệ thuận Hàm lượng hemixenlulo bắt đầu giảm nhiệt độ STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ĐC Thứ tự 11 14 18 10 15 12 13 20 19 17 16 Bảng Độ bền nén dọc thớ gỗ Sa mộc xử lý nhiệt–cơ Nhiệt Thời gian ép Độ bền Độ bền Tỷ suất Độ lệch độ ép (phút/mm nén dọc uốn tĩnh nén (%) chuẩn (oC) chiều dày) thớ (MPa) (MPa) 160 0,5 30 35,43 4,26 55,03 200 0,5 30 32,19 3,72 51,67 160 0,7 30 36,27 4,36 55,59 200 0,7 30 31,28 5,00 51,49 160 0,5 50 42,43 2,73 62,57 200 0,5 50 39,48 3,61 61,01 160 0,7 50 41,05 2,53 61,89 200 0,7 50 37,35 3,66 59,37 146,36 0,6 40 38,26 4,79 56,82 213,64 0,6 40 32,17 3,03 52,03 180 0,43 40 39,59 3,67 57,25 180 0,77 40 38,34 4,63 56,28 180 0,6 23,18 32,12 3,81 53,86 180 0,6 56,82 44,83 3,72 68,01 180 0,6 40 42,80 5,53 62,29 180 0,6 40 43,30 2,54 62,29 180 0,6 40 43,01 3,77 62,32 180 0,6 40 44,90 3,07 62,29 180 0,6 40 43,80 3,71 63,02 180 0,6 40 43,5 4,56 62,47 29,96 4,24 49,76 Ảnh hưởng đến độ bền nén dọc thớ Kết độ bền nén dọc thớ gỗ Sa mộc xử lý nhiệt–cơ bảng cho thấy tất chế độ cho khả chịu nén tốt mẫu đối chứng Các tham số nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén ảnh hưởng đến khả chịu nén gỗ Cùng mức nhiệt độ thời gian xử lý, tỷ suất nén cao, khả chịu nén dọc gỗ tốt Từ kết phân tích ANOVA cho thấy mơ hình phù hợp với hàm bậc hai có ý nghĩa Tham số nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén có giá trị P-value nhỏ 0,05 Điều cho thấy độ 108 tương đối thấp trải qua suy giảm sâu rộng sau xử lý 220°C 3.2 Ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt–cơ đến số tính chất học gỗ Sa mộc Kết độ bền nén dọc thớ độ bền uốn tĩnh gỗ Sa mộc xử lý nhiệt–cơ thể bảng Độ lệch chuẩn 2,74 3,61 3,99 3,07 3,09 1,89 4,6 2,48 1,75 3,58 1,65 1,96 2,85 3,73 3,92 3,79 3,75 5,99 5,23 6,18 2,34 bền nén dọc thớ có khác biệt rõ rệt nhiệt độ, thời gian tỷ suất nén thay đổi Tỷ suất nén yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ bền nén dọc (F=352,21), tiếp nhiệt độ (F=102,67), thời gian yếu tố có ảnh hưởng thấp không đáng kể (F=5,25) Tỷ suất nén yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ bền nén dọc, tiếp nhiệt độ, thời gian yếu tố có ảnh hưởng thấp khơng đáng kể Nhiệt độ 175oC, thời gian 0,6 phút/mm chiều dày, tỷ suất nén 45,641% cho ta kết độ bền nén dọc thớ cao TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 Công nghiệp rừng Theo phân tích ANOVA, tỷ suất nén yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ bền nén dọc, tiếp nhiệt độ, thời gian yếu tố có ảnh hưởng thấp không đáng kể Trong công thức thí nghiệm chế độ nén gỗ, tỷ suất nén nhỏ 30% Như vậy, tất chế độ nén cho khả chịu nén tốt mẫu đối chứng hoàn toàn phù hợp với lý thuyết Từ kết phân tích tối ưu phần mềm Design Expert 12 lựa chọn tham số phù hợp là: nhiệt độ 175oC, thời gian 0,6 phút/mm chiều dày, tỷ suất nén 45,641% cho ta kết độ bền nén dọc thớ cao Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh Chế độ nén có ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh gỗ sau xử lý Kết độ bền uốn tĩnh gỗ Sa mộc xử lý nhiệt–cơ thể bảng Kết bảng cho thấy tất chế độ cho khả chịu uốn tốt mẫu đối chứng Các tham số nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén ảnh hưởng đến khả chịu uốn gỗ Cùng mức nhiệt độ thời gian xử lý, tỷ suất nén cao, khả chịu uốn gỗ tốt Cùng tỷ suất nén, nhiệt độ cao kéo dài thời gian nén, độ bền uốn có xu hướng giảm Đặc biệt, độ bền uốn tĩnh giảm mạnh nhiệt độ xử lý mức 200oC Từ kết phân tích ANOVA cho thấy mơ hình phù hợp với hàm bậc hai có ý nghĩa Tham số nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén có giá trị P-value nhỏ 0,05 Điều cho thấy độ bền uốn tĩnh có khác biệt rõ rệt nhiệt độ, thời gian tỷ suất nén thay đổi Tỷ suất nén yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ bền uốn tĩnh (F=2208,45), nhiệt độ tham số ảnh hưởng đáng kể (F=281,80), thời gian yếu tố có ảnh hưởng thấp (F=9,36) Tỷ suất nén yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ bền uốn tĩnh, tiếp nhiệt độ, thời gian yếu tố có ảnh hưởng thấp không đáng kể Nhiệt độ 176,5oC, thời gian 0,59 phút/mm chiều dày, tỷ suất nén 50% cho ta kết độ bền uốn tĩnh cao Theo phân tích ANOVA tỷ suất nén yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ bền uốn tĩnh, tiếp nhiệt độ, thời gian yếu tố có ảnh hưởng thấp Nhiệt độ tham số ảnh hưởng đáng kể đến độ bền uốn tĩnh gỗ Khi chịu tác động nhiệt độ, polyme vách tế bào, đặc biệt hemicellulose từ chuỗi dài chuỗi thành chuỗi ngắn hơn, dẫn đến khả chịu uốn giảm xuống Nhận định đồng quan điểm với nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ xử lý nhiệt khác đến thành phần hóa học cấu trúc Sa mộc Tác giả kết luận nhiệt độ thay đôi dẫn đến thay đổi cấu trúc hóa học hemicelluloses, cellulose lignin gỗ Sa mộc Những thay đổi bao gồm suy giảm dần nhóm cacbonyl đơn vị axit glucuronic, suy giảm pyranose hemicelluloses, giảm hàm lượng cellulose tinh thể, nhóm C = O C = C liên kết với cấu trúc lignin (Shichao Cheng cộng sự, 2016) Từ kết phân tích tối ưu phần mềm Design Expert 12 cho ta bảng tối ưu lựa chọn tham số phù hợp là: nhiệt độ 176,5oC, thời gian 0,59 phút/mm chiều dày, tỷ suất nén 50% cho ta kết độ bền uốn tĩnh cao (66,11 MPa) tăng 32,88% so với đối chứng Sự khác biệt tính chất học xử lý nhiệt giải thích: Về lý thuyết, xử lý nhiệt-cơ phương pháp điều chỉnh gỗ, làm đặc phương pháp nhiệt nén học áp dụng vng góc với sợi, kết hợp khác thời gian, nhiệt độ áp suất, làm tăng mật độ gỗ cải thiện số đặc tính Xử lý nhiệt-cơ cách để chuyển đổi loại gỗ mềm xốp thành loại gỗ dày đặc (khối lượng riêng tăng lên) khả chịu lực tốt Độ bền nén, độ bền uốn tĩnh cải thiện khối lượng riêng gỗ cải thiện phù hợp TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 109 Công nghiệp rừng sở lý thuyết Điều tương đồng với kết luận L M Arruda C H S Del Menezzi (2013) Misrian de Almeida Costa (2017) nghiên cứu độ bền gỗ xử lý nhiệt-cơ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu cho thấy tất tham số nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén có ảnh hưởng định đến tính chất vật lý học gỗ xử lý nhiệt–cơ Cụ thể là: Ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt-cơ đến số tính chất vật lý gỗ Sa mộc (1) Ảnh hưởng đến độ ẩm: Tham số nhiệt độ ảnh hưởng lớn nhất, thời gian ảnh hưởng thấp nhiều so với nhiệt độ, tỷ suất nén ảnh hưởng không đáng (2) Ảnh hưởng đến khối lượng riêng: Tỷ suất nén yếu tố ảnh hưởng lớn đến khối lượng riêng, sau nhiệt độ, thời gian yếu tố có ảnh hưởng Nhiệt độ 160oC, thời gian 0,5 phút, tỷ suất nén 50% cho ta kết khối lượng riêng gỗ nén cao (0,56 g/cm3) (3) Ảnh hưởng đến khả chống hút nước: Nhiệt độ yếu tố ảnh hưởng lớn đến khả chống hút nước WRE, tiếp thời gian xử lý, tỷ suất nén có ảnh hưởng thấp không đáng kể đếm khả chống hút nước WRE Nhiệt độ 200oC, thời gian 0,7 phút, tỷ suất nén 44,67% cho ta kết khả chống hút nước tốt Ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt-cơ đến số tính chất học gỗ Sa mộc (1) Ảnh hưởng đến độ bền nén dọc thớ: Tỷ suất nén yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ bền nén dọc, tiếp nhiệt độ, thời gian yếu tố có ảnh hưởng thấp không đáng kể Nhiệt độ 175oC, thời gian 0,6 phút/mm chiều dày, tỷ suất nén 45,641% cho ta kết độ bền nén dọc thớ cao (2) Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh: Tỷ suất nén yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ bền uốn tĩnh, tiếp nhiệt độ, thời gian yếu tố có ảnh hưởng thấp khơng đáng kể Nhiệt độ 176,5oC, thời gian 0,59 phút/mm chiều dày, 110 tỷ suất nén 50% cho ta kết độ bền uốn tĩnh cao TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Văn Chương, Vũ Mạnh Tường, Nguyễn Trọng Kiên Lê Ngọc Phước (2019), "Ảnh hưởng tỷ suất nén đến số tính chất gỗ Keo lai, Thơng nhựa Bạch đàn Uro xử lý phương pháp nhiệt cơ", Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Lâm nghiệp số 01 tr 88-95 Phạm Văn Chương Vũ Mạnh Tường (2014), "Ảnh hưởng nhiệt độ nén đến số tính chất lý gỗ nén từ gỗ Tống q sủ", Tạp chí Nơng nghiệp PTNT 11, tr 12-16 Lê Ngọc Phước, Phạm Văn Chương, Vũ Mạnh Tường, Trần Minh Sơn (2018), Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian nén ép đến số tính chất vật lý học gỗ Keo lai, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Lâm nghiệp số 03, tr 193-200 Zeki Candan, Suleyman Korkut and Oner Unsal (2013), "Effect of thermal modification by hot pressing on performance properties of paulownia wood boards", Industrial Crops and Products 45, pp 461-464 Misrian de Almeida Costa (2017), "Effect of thermo-mechanical treamean on properties of parica plywoods (Schizolobium amazonicum Huber ex Ducke)", Articles • Rev srvore 41 (1), https://doi.org/10.1590/1806-90882017000100015 Juan Guo, Jiangping Yin, Yonggang Zhang, Lennart Salmén and Yafang Yin (2017), "Effects of thermo-hygro-mechanical (THM) treatment on the viscoelasticity of in-situ lignin", De gruyter DOI 10.1515/hf-2016-0201 Mesut Yalcin and Halil Ibrahim Sahin (2015), "Changes in the chemical structure and decay resistance of heat-treated narrow-leaved ash wood", Maderas, Cienc tecnol vol.17 no.2 Concepción Apr 2015 Epub Mar 25, 2015 Norbert Horváth, Károly Csupor, Sándor Molnár and Róbert Németh (2012), "Chemical-free Wood Preservation – The Effect of Dry Thermal Treatment on Wood Properties with Special Emphasis on Wood Resistance to Fungal Decay", International Scientific Conference on Sustainable Development & Ecological Footprint, Sopron, Hungary RG Vasconcelos and CHS Del Menezzi (2013), "Utilization of a three-step thermo-mechanical treatment to modify wood properties ", Proceedings of the 19th International Conference on Composite Materials, Quebec, Canada, pp 7692-7699 10 Shichao Cheng, Anmin Huang, Shennan Wang and Qiuhui Zhang (2016), "Effect of Different Heat TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 Công nghiệp rừng Treatment Temperatures on the Chemical Composition and Structure of Chinese Fir Wood", BioResources 11(2), pp 4006-4016 11 Olekandr Skyba (2008), Durability and Physical Properties of Thermo-Hygro-Mechanically (THM)densified Wood, citizen of Ukraine 12 Tao Li, Jia-bin Cai and and Ding-guo Zhou (2013), "Optimization of the Combined Modification Process of Thermo-Mechanical Densification and Heat Treatment on Chinese Fir Wood", BioResources (4), pp 5279-5288 13 Youke Zhao, Zhihui Wang, Ikuho Iida, Rongfeng Huang, Jianxiong Lu and Jinghui Jiang (2015), "Studies on pre-treatment by compression for wood drying I: effects of compression ratio, compression direction and compression speed on the reduction of moisture content in wood ", The Japan Wood Research Society 14 L M Arruda C H S Del Menezzi (2013), "Effect of thermomechanical treatment on physical properties of wood veneers", International Wood Products Journal 4, pp 217-224 EFFECTS OF HEAT - MECHANICAL TREATMENT ON PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES of Cunninghamia lanceolata Lamb Hook Nguyen Thi Tuyen1, Pham Van Chuong2, Nguyen Viet Hung1 University of Agriculture and Forestry – Thai Nguyen University Vietnam National University of Forestry SUMMARY Heat-mechanical treatment of wood to improve some physical, mechanical, and natural properties of wood This study aims to investigate the influence of heat-mechanical treatment (temperature, time, compression ratio) on some physical and mechanical properties of wood After heat-mechanical treatment, Cunninghamia lanceolata Lamb Hook is tested for moisture, density, resistance to water absorption, compressive strength, and static bending strength of wood according to TCVN 8048:2009 and ASTM D4446-08 The scope of research showed that all processing parameters have a certain influence on the physical and mechanical properties of wood At the same temperature and compression ratio, as the curing time is extended, the moisture content decreased The moisture content of compressed wood tended to increase when treated at a temperature below 160oC (146.36oC, moisture content of compressed wood reached 8.82) and decreased when the temperature is above 200oC, moisture content of compressed wood only reached above 200oC (213.64oC; 5.70%) The temperature of 160oC, the time of 0.5 minutes, and the compression ratio of 50% resulted in the highest density of compressed wood (0.56g/cm3) The temperature of 200oC, the time of 0.7 minutes, and the compression ratio of 44.67% showed the best resistance to water absorption Temperature 175oC, time 0.6 min/mm thickness, compression ratio 45.641% resulted in the highest compressive strength along the grain Temperature 176.5oC, time 0.59 min/mm thickness, compression ratio 50% for the highest static bending strength results Keywords: Cunninghamia lanceolata Lamb Hook, heat-mechanical treatment, mechanical properties, physical properties, thermal denaturation Ngày nhận Ngày phản biện Ngày định đăng : 26/8/2022 : 04/10/2022 : 20/10/2022 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 111 ... thấy độ 108 tương đối thấp trải qua suy giảm sâu rộng sau xử lý 220°C 3.2 Ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt? ? ?cơ đến số tính chất học gỗ Sa mộc Kết độ bền nén dọc thớ độ bền uốn tĩnh gỗ Sa mộc xử lý nhiệt? ? ?cơ. .. xử lý nhiệt- cơ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu cho thấy tất tham số nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén có ảnh hưởng định đến tính chất vật lý học gỗ xử lý nhiệt? ? ?cơ Cụ thể là: Ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt- cơ. .. nhiệt- cơ đến số tính chất vật lý gỗ Sa mộc (1) Ảnh hưởng đến độ ẩm: Tham số nhiệt độ ảnh hưởng lớn nhất, thời gian ảnh hưởng thấp nhiều so với nhiệt độ, tỷ suất nén ảnh hưởng không đáng (2) Ảnh hưởng