TẠP CHÍ KHOA H NGHIÊN CỨU ẢNH HƯ CHẤT LƯỢNG GỖ Phạm Văn Chương1, Vũ M 1GS TS Trường Đại học Lâm nghi 2,3TS Trường Đại học Lâm nghi 4ThS Trường Đại học Lâm nghi TÓM TẮT Chất lượng ván ghép khối phụ kết[.]
Công nghiệp rừng NGHIÊN CỨU ẢNH NH HƯỞNG HƯ CỦA THÔNG SỐ CHẾ Đ ĐỘ ÉP ĐẾN CHẤT LƯỢNG GỖ Ỗ GHÉP KHỐI DÙNG LÀM DẦM M CH CHỊU LỰC Phạm Văn Chương1, Vũ ũ Mạnh M Tường2, Nguyễn Trọng Kiên3, Lê Ng Ngọc Phước4 GS.TS Trường Đại học Lâm nghiệp nghi TS Trường Đại họcc Lâm nghiệp nghi ThS Trường Đại họcc Lâm nghiệp nghi 2,3 TÓM TẮT Chất lượng ván ghép khối phụ thuộc vào nhiều yếu tố cơng nghệ như: loạii ggỗ, kích thước sở, kết cấu sản phẩm, loại keo, lượ ợng keo, áp suất ép, thời gian ép, nhiệt độ ép… Khi sử dụng keo đóng rắn nguội, áp suất ép thờii gian ép hai tham số s quan trọng chế độ ép ảnh hưởng ng đáng kkể đến số tính chất học gỗ ghép khối Ảnh hưở ởng hai tham số đến tính chất học củaa ván ghép kh khối dùng làm dầm chịu lực, sản xuất từ gỗ Tống ng sủ s qua xử lý ổn định kích thước, xử lý bảoo qu quản xử lý chậm cháy với chất kếtt dính PRF 1734/2734 đ tiến hành nghiên cứu xác định với ba mứ ức áp suất ép (1,0 MPa, 1,2 MPa 1,4 MPa) ba mứcc thời th gian ép (180 phút, 210 phút 240 phút) Kếtt qu nghiên cứu cho thấy tính chất học dầầm ghép khối độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồii kh khả bám dính màng keo thay đổi thay đổii áp suất su thời gian ép (điều kiện ép nguội, nhiệt độ ng nh nhiệt độ môi trường), ảnh hưởng áp suấtt ép rõ nét h so với ảnh hưởng thời gian ép Sản phẩm dầm m ggỗ ghép khối đạt cấp chất lượng GL10 theo AS/NZS 1328.2 :1998 trị số áp suất ép 1,2 MPa thờii gian ép 210 phút Từ khóa: Áp suất ép, PRF 1734/2734, thời th gian ép, Tống sủ, ván ghép khối I ĐẶT VẤN ĐỀ Theo Hiệp hội gỗ giấy y Hoa kỳ, k dầm gỗ công nghiệp loại dầm đượcc ttạo thành từ gỗ, phiến gỗ,, ván ép llớp (dạng LVL) ghép lại với nhờ keo dán và/ho và/hoặc phụ kiện liên kết khác [2] Hình Dầm gỗ ghép khối Trên giới Việtt Nam đ có số cơng trình nghiên cứu ảnh nh hưởng hư chế độ ép đến chất lượng củaa ván gỗ g nhân tạo nói chung gỗ ghép khốii nói riêng Denny Ohnesorge, sorge, Klaus Richter, Gero Becker (2010) nghiên cứu u c cấu trúc điều kiện dán ép đến độ bền n dán dính c glulam từ gỗ Beech (Fagus Fagus sylvatica) Tác giả nghiên cứu với loại cấu u trúc (theo ( tiết diện ngang) khác dầm chịu u lực l với áp suất ép thời gian ép thay đổi Kếtt qu nghiên cứu cho thấy cấu trúc ván chế độ ộ ép ảnh hưởng đến hầu hết tính chất củaa glulam như: Độ Đ bong tách màng keo, độ bền n kéo trượt trư màng keo, độ bền uốn tĩnh…[55] Dimitrios Tsalagkas Vassilios Vassiliou (2010), nghiên cứuu ảnh hưởng thời gian ép đến độ bền uốốn tĩnh gỗ ghép finger joint từ gỗ Thông đen ((Pinud nigra) gỗ Vân sam (Abies Abies borisii regis) regis) Kết nghiên cứu rằằng thay đổi thời gian ép ván độ bền uốnn ttĩnh mô đun đàn hồi ván thay đổổi [6] Ramazan Kurt, Kagan Aslan, Vedat Cavus (2013), nghiên cứu ảảnh hưởng áp suất ép đến tính chất củaa ván ép kh khối (dạng Parallel strand lumber/PSL) ssử dụng keo Urea Formaldehyde (UF) Kếtt qu nghiên cứu cho TẠP P CHÍ KHOA HỌC H VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP PS SỐ 3-2015 85 Công nghiệp rừng thấy, áp suất tăng từ 0,75 MPa lên 1,50 MPa độ bền uốn tĩnh (MOR) tăng 77,78 %; mô đun đàn hồi (MOE) tăng 60,49% độ bền nén vng góc với bề mặt ván (CS) tăng 19,86% Từ tác giả khuyến nghị, tuỳ thuộc vào yêu cầu chất lượng sản phẩm để xác định, lựa chọn áp suất ép phù hợp [11] Ramazan Kurt, Muhammet Cil (2012), nghiên cứu ảnh hưởng áp suất ép đến chiều dày màng keo số tính chất ván ghép khối (dạng Laminated Veneer Lumber/LVL) với chất kết dính Phenol Formaldehyde (PF) Nhóm tác giả rút kết luận: Với mức áp suất ép 0,25 - 0,50 - 0,75 - 1,00 - 1,25 MPa; độ bền uốn tĩnh (MOR) tương ứng 54,23 60,65 - 62,54 - 63,88 - 69,15 MPa; mô đun đàn hồi (MOE) tương ứng 5339,73 - 5496,22 5818,76 - 5946,67 - 6211,73 MPa Khi áp suất ép tăng tất tính chất vật lý, tính chất học thay đổi theo hướng tính cực Tuy nhiên, tăng áp suất ép làm tăng chi phí nguyên liệu, máy ép yêu cầu áp lực cao; tuỳ thuộc vào yêu cầu sản phẩm đơn đặt hàng để lựa chọ trị số áp suất ép hợp lý [12] Apri H Iswanto, Irawati Azhar, Supriyyato, Arida Susilowati (2014), nghiên cứu ảnh hưởng loại keo, nhiệt độ ép, thời gian ép đến số tính chất học, vật lý ván dăm làm từ bã mía Kết nghiên cứu rằng: Khi thay đổi loại keo (UF, PF, EPI), thay đổi nhiệt độ ép từ: 120-130oC keo UF, từ 170-180oC keo PF 150160oC keo EPI; tất tính chất như: độ hút nước, độ trương nở chiều dày, độ bền uốn tĩnh, độ bền kéo vng góc, mô đun đàn hồi thay đổi [3] Ở Việt Nam có số cơng trình nghiên cứu ảnh hưởng chế độ ép (áp suất, nhiệt 86 độ, thời gian) đến tính chất vật liệu composite gỗ (ván dán, ván dăm, ván sợi, glulam ) Bùi Văn Ái, Nguyễn Xuân Quyền, Phạm Thị Thanh Miền (2011), nghiên cứu sử dụng vỏ hạt Điều kết hợp với dăm gỗ Bạch đàn (Eucalyptus urophylla) để sản xuất ván dăm thông dụng Tác giả nghiên cứu ảnh hưởng chế độ ép (nhiệt độ, áp suất, thời gian) đến số tính chất ván dăm Kết nghiên cứu khẳng định: thông số chế độ ép ảnh hưởng tới tất tính chất ván dăm khối lượng thể tích, độ trương nở chiều dày, độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi, độ bền kéo vng góc bề mặt ván Từ kết nghiên cứu tác giả đề xuất trị số thông số chế độ ép: Áp suất 2,1 MPa, nhiệt độ ép 180oC, thời gian ép phút với chiều dày ván 16 mm [4] Phạm Văn chương (2000), nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thời gian ép lớp mặt tới chất lượng sản phẩm ván ghép từ gỗ Keo tai tượng chất kết dính UF Tác giả kết luận: Nhiệt độ thời gian ép ảnh hưởng rõ nét đến độ trương nở chiều dày (TS), độ bền uốn tĩnh (MOR), mô đun đàn hồi (MOE), độ bền kéo trượt màng keo (SS) ván ghép khối Trị số nhiệt độ ép tối ưu 120-125oC thời gian ép 2,8-3,2 phút/mm chiều dày sản phẩm [8] Phạm Văn Chương, Nguyễn Trọng kiên (2013), nghiên cứu ảnh hưởng áp suất ép, nhiệt độ ép thời gian ép đến tính chất học sản phẩm tre ép khối sử dụng keo PF WG 6111 Nhóm nghiên cứu kết luận: Khi tăng nhiệt độ ép từ 115oC lên 135oC, tính chất độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi tăng, trương nởi chiều dày giảm; thời gian ép tăng từ 12 đến 16 giờ, tính chất độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi tăng, trương nở chiều dày giảm; thời gian ép tăng từ 16 đến 20 giờ, tính chất độ bền uốn tĩnh, mơ đun đàn hồi giảm, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3-2015 Cơng nghiệp rừng trương nở chiều dày tăng Từ tác giả đề xuất trị số nhiệt độ ép thời gian ép đến tính chất học sản phẩm tre ép khối, sử dụng keo PF WG 6111: Nhiệt độ ép 135oC thời gian ép 15 [9] Phạm Văn Chương, Vũ Mạnh Tường, Nguyễn Văn Diễn (2014), nghiên cứu ảnh hưởng áp suất thời gian ép đến số tính chất học gỗ ghép khối sản xuất từ Keo tràm, chất kết dính Synteko 1985/1993 Nhóm tác giả kết luận: (1) độ bền uốn tĩnh mô đun đàn hồi ván ghép khối tăng tăng áp suất ép từ 1,0 - 2,0 MPa thời gian ép tăng từ 50 - 70 phút; (2) Khả dán dính keo gỗ, khả liên kết nội màng keo tăng tăng áp suất ép thời gian ép (độ bong tách màng keo giảm độ bền kéo trượt màng keo tăng); (3) Áp suất ép ảnh hưởng rõ nét đến tiêu học gỗ ghép khối so với ảnh hưởng thời gian ép; (4) Tác giả khuyến nghị chế độ ép tạo ván ghép khối từ gỗ keo tràm, chất kết dính Synteko 1985/1993 sản phẩm dạng thẳng, phẳng, điều kiện ép nguội: Áp suất ép từ 1,8 - 2,0 MPa, thời gian ép 60 phút [10] Trong nghiên cứu này, sử dụng keo PRF 1734/2734 loại keo có khả đóng rắn nguội Vì vậy, hai tham số chế độ ép dùng nghiên cứu áp suất ép thời gian ép II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu a) Gỗ Tống sủ Gỗ Tống sủ sau xử lý (ổn định kích thước, xử lý bảo quản xử lý chậm cháy) với thơng số trình bày bảng Bảng Một số thông số gỗ Tống sủ dùng nghiên cứu TT Thông số Khối lượng thể tích (g/cm3) Hệ số chống trương nở (%) Hiệu suất chống hút nước (%) Độ bền uốn tĩnh (MPa) Độ bền nén dọc thớ (MPa) Mô đun đàn hồi (GPa) Độ cứng tĩnh (MPa) Trị số 0,72 29,13 17,53 104,45 45,30 75,15 81,60 b) Chất kết dính (keo dán) Bảng Một số thông số kỹ thuật chủ yếu hướng dẫn sử dụng keo Thông số Loại keo Trạng thái Màu sắc Độ nhớt pH Hàm lượng khô Thời gian bảo quản PRF 1734 Phenol Resorcinol Formaldehyde Lỏng Nâu đỏ 3000 - 9000 mPas, (Brookfield LVT, sp4, 12rpm, 25oC) 7,5-8,5 54-58% 20oC 30oC 12 tháng tháng Hardener 2734 RF Hardener Bột Nâu NA NA NA 20oC 12 tháng 30oC tháng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3-2015 87 Cơng nghiệp rừng Thông số Điều kiện bảo quản Formaldehyde Khối lượng thể tích Tính chất màng keo Sử dụng Áp dụng Nhiệt độ ép Tỷ lệ phối trộn (phần khối lượng) PRF 1734 Hardener 2734 Nhiệt độ từ 10-20oC, nhiệt độ Nhiệt độ từ 10-30oC, cần phải để cao 20oC, thời hạn sử dụng thùng kín, điều kiện khơ keo giảm Đáp ứng tiêu chuẩn F**** 1,150 g/cm3 NA Khả chịu nước, chịu nhiệt chịu thời tiết tốt RF 1734/2734 loại keo sau đóng rắn thuộc loại WBP (weather and Boiling Proof) dán ép với loại gỗ thông dụng Màng keo đáp ứng điều kiện thử để lạnh đun sôi (tiêu chuẩn JAS 1152) Sản xuất dầm, cột; sàn xe tải,ván ghép thanh, ván ghép khối Ép nguội, ép cao tần Khơng thấp 15oC 100:15, keo: chất đóng rắn Nhiệt độ màng keo (oC) Thời gian ép (phút) Thời gian ép 20 540 25 360 30 210 40 90 60 15 80 100 Áp suất ép Minimum 0,5 MPa gỗ kim Minimum 1,0 MPa gỗ rộng Lượng keo tráng 170-450 g/m2, trải mặt Gỗ rộng: 240-350 g/m2 Gỗ kim: 350-420 g/m2 Độ ẩm gỗ 10-15%, Khi ép cao tần: 12-15% Chuẩn bị gỗ Gỗ phải tráng keo vịng 24h sau gia cơng bề mặt Bề mặt ghép phải phẳng, nhẵn Nhiệt độ gỗ Để đảm bảo chất lượng màng keo suất ép, nhiệt độ gỗ không nhỏ 15oC Gia công sau keo 2-3 ngày Màng keo đạt độ bền dán dính tốt sau 5-8 ngày nhiệt đóng rắn độ 20oC 2 Phương pháp nghiên cứu a) Thiết kế thí nghiệm (ma trận thí nghiệm) Theo thiết kế, sản phẩm tạo ván ghép khối dạng Glulam lớp, với mục đích sử dụng làm dầm chịu lực Sản phẩm có kích thước là: l x w x t = 3000 x 120 x 60 mm 88 Áp suất ép thực nghiệm với 03 mức khác nhau: 1,0Mpa; - 1,2Mpa; - 1,4 Mpa Thời gian ép 180 phút; - 210 phút; - 240 phút Ma trận thí nghiệm thiết kế theo bảng Lần lặp thí nghiệm: 03 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3-2015 Cơng nghiệp rừng Bảng Ma trận thí nghiệm Áp suất ép, MPa Thời gian ép, phút 180 1,0 210 240 b) Tiêu chuẩn phương pháp kiểm tra [1] Tiêu chuẩn kiêm tra độ bền uốn: AS/NZS 1328.2:1998 + Các bước tiến hành: mẫu đo thước kẹp thước Panme có độ xác 0,01 mm Sau đưa mẫu thử lên máy thử vạn năng, mẫu kiểm tra theo phương pháp điểm đặt lực Công thức xác định: 240 180 1,4 210 240 Sau đưa mẫu thử lên máy thử vạn năng, mẫu kiểm tra theo phương pháp điểm đặt lực Cơng thức xác định: + Kích thước mẫu: 600x50xt, mm = 180 1,2 210 = ; ℎ Trong đó: MOE - độ bền uốn tĩnh gỗ, MPa Lg - khoảng cách hai gối đỡ (l = 360 mm) P - lực tác dụng lên mẫu, N; P = Pmax/4 ℎ f- độ võng thử mẫu Trong đó: h - kích thước chiều dày mẫu gỗ, mm MOR - độ bền uốn tĩnh gỗ, MPa, b - kích thước chiều rộng mẫu gỗ, mm Lg - khoảng cách hai gối đỡ, mm; Pmax - lực tác dụng thời điểm mẫu bị phá hủy, N; h - kích thước chiều dày mẫu gỗ, mm; b - kích thước chiều rộng mẫu gỗ, mm Tiêu chuẩn kiểm tra mô đun đàn hồi: AS/NZS 1328.2:1998 + Kích thước mẫu: 600 x 50 x t, mm + Các bước tiến hành: mẫu đo thước kẹp Panme có độ xác 0,01 mm Tiêu chuẩn kiểm tra độ bền kéo trượt màng keo gỗ ghép khối AS/NZS 1328.2:1998 Mẫu kiểm tra lấy ngẫu nhiên từ lô sản phẩm/lô mẫu thử Độ ẩm mẫu kiểm tra từ 10 - 12% Các mẫu kiểm tra mẫu khơng có khuyết tật mắt gỗ, lẹm cạnh, gỗ sâu, mục Cắt mẫu kiểm tra theo hình hình Dung lượng mẫu: 10 mẫu/serie Màng keo kiểm tra Hình Cắt mẫu từ gỗ ghép khối TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3-2015 89 Cơng nghiệp rừng Hình Hình dạng d kích thước mẫu thử độ bền kéo trượt ợt Công thức xác định: Trong đó: t- chiều dày ày ghép sở s mm = a- chiều dài mẫu thử: 25-55 mm Trong đó: ( ) P- lựcc phá hu huỷ mẫu, N; b- chiều dài mẫu thử: ử: 25-55 25 mm Phương pháp kiểm tra: Mẫu kiểm tra đạt tiêu chuẩn n đư đưa lên thiết bị chuyên dùng (Máy AMSLER) Mẫu M lắp thẳng đứng, ng, phương gia lực l song song với bề mặtt màng keo; tốc t độ gia lực không 9800 N/phút a, b- diệnn tích màng keo, mm2 III KẾT QUẢ VÀ THẢ ẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng củaa ch chế độ ép đến độ bền uốn tĩnh Nghiên cứu tiếnn hành xác đđịnh độ bền uốn tĩnh cho sản phẩm m glulam ttừ gỗ Tống sủ qua xử lý thủy nhiệtt bi biến tính chậm cháy MAP Kết thể hi bảng Bảng Độ ộ bền uốn tĩnh dầm gỗ ghép khối với chế độ ép khác Đặc trưng mẫu Áp suất ép, MPa Thời gian ép, phút s m% P% C(95%) Chế độ ép CĐ1 CĐ2 CĐ3 CĐ4 CĐ5 CĐ6 CĐ7 CĐ8 CĐ9 1,0 180 1,2 180 1,4 180 1,0 210 1,2 210 1,4 210 1,0 240 1,2 240 1,4 240 85,03 2,20 2,58 3,04 2,34 89,30 4,00 4,48 5,01 2,55 100,47 5,26 5,23 5,21 4,12 85,20 5,29 6,20 7,28 4,35 110,38 9,60 8,70 7,88 3,21 82,89 6,21 7,49 9,03 3,67 84,35 5,62 6,66 7,89 4,11 80,63 7,18 8,90 11,04 2,90 81,90 3,53 4,31 5,26 3,82 - giá trị trung bình cộng, c s - sai tiêu chuẩn mẫu, m% - hệ số biếnn đđộng, P% - hệ số ố xác, C(95%) - sai số tuyệt đối ước lượng ng Hình Độ ộ bền uốn tĩnh dầm gỗ ghép khối với chế độ ép khác 90 TẠP P CHÍ KHOA HỌC H VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP PS SỐ 3-2015 Cơng nghiệp rừng 3.2 Ảnh hưởng chế độ ép đến đ mô đun đàn hồi Bảng Mô đun đàn hồi hồi dầm gỗ ghép khối với chế độ ép khác Chế độ ép Đặc trưng mẫu CĐ1 CĐ2 CĐ3 CĐ4 CĐ5 CĐ6 CĐ7 CĐ8 CĐ9 Áp suất ép, MPa 1,0 1,2 1,4 1,0 1,2 1,4 1,0 1,2 1,4 Thời gian ép, phút 180 180 180 210 210 210 240 240 240 , MPa 8253,90 8831,67 9449,89 9688,38 10366,57 9846,23 9820,16 9143,56 8428,87 s 159,47 170,63 182,57 195,35 209,03 217,39 221,74 226,17 232,96 m% 50,43 53,96 57,73 61,78 66,10 68,74 70,12 71,52 73,67 P% 3,73 3,73 3,73 3,89 3,89 4,26 4,36 4,77 5,33 C(95%) 163,68 163,68 163,68 156,83 156,83 143,23 140,05 127,84 114,42 Hình Mơ đun đàn hồi h dầm gỗ ghép khối với chế độ ép khác 3.3 Ảnh hưởng chế độ ép đến đ độ bền kéo trượt màng keo Bảng Độ bền kéo trư ượt màng keo dầm gỗ ghép khối với chế độ ép khác Đặc trưng mẫu Chế độ ép CĐ1 CĐ2 CĐ3 CĐ4 CĐ5 CĐ6 CĐ7 CĐ8 CĐ9 Áp suất ép, MPa 1,0 1,2 1,4 1,0 1,2 1,4 1,0 1,2 1,4 Thời gian ép, phút 180 180 180 210 210 210 240 240 240 14,96 15,76 16,81 17,65 16,05 16,35 15,76 15,09 14,96 s 0,62 0,66 0,70 0,74 0,67 0,68 0,66 0,63 0,62 m% 0,20 0,21 0,22 0,23 0,21 0,22 0,21 0,20 0,20 P% 1,32 1,45 1,48 1,53 1,46 1,56 1,61 1,73 1,32 C(95%) 2,11 2,21 2,11 2,08 2,19 2,28 2,45 2,75 2,11 TẠP P CHÍ KHOA HỌC H VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP PS SỐ 3-2015 91 ... hồi h dầm gỗ ghép khối với chế độ ép khác 3.3 Ảnh hưởng chế độ ép đến đ độ bền kéo trượt màng keo Bảng Độ bền kéo trư ượt màng keo dầm gỗ ghép khối với chế độ ép khác Đặc trưng mẫu Chế độ ép CĐ1... dăm thông dụng Tác giả nghiên cứu ảnh hưởng chế độ ép (nhiệt độ, áp suất, thời gian) đến số tính chất ván dăm Kết nghiên cứu khẳng định: thông số chế độ ép ảnh hưởng tới tất tính chất ván dăm khối. .. keo tăng); (3) Áp suất ép ảnh hưởng rõ nét đến tiêu học gỗ ghép khối so với ảnh hưởng thời gian ép; (4) Tác giả khuyến nghị chế độ ép tạo ván ghép khối từ gỗ keo tràm, chất kết dính Synteko 1985/1993