Nghiên cứu công nghệ sản xuất vật liệu PSL(Parallel Strand Lumber) từ nguyên liệu tre gỗ kết hợp

Sơ bộ công nghiệp chế biến gỗ Việt Nam trong những năm gần đây, tỷ lệ phần trăm tăng trưởng trung bình trên hai con số. Năm 2020 cơ bản đạt mục tiêu xuất khẩu khoảng 12,5 tỷ USD và xuất siêu ước đạt 10 tỷ USD. 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 kết hợp với các loại nguyên liệu khác như tre nứa 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 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 với 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;… Ở Việt Nam, tre là loại thực vật có có diện tích và trữ lượng đứng thứ 2 sau gỗ. Với diện tích gần 1,4 triệu ha, nguồn nguyên liệu này đem về tổng giá trị sản xuất trung bình đạt 0,25 tỷ USDnăm. Trong đó, rừng tre luồng (Dendrocalamuss membranaceus Munro) rất lớn, với nhiều giá trị sử dụng và giá trị kinh tế. Tuy nhiên chúng ta vẫn chưa sử dụng hết lợi thế về tài nguyên tre của Việt Nam, một trong yếu tố đó là kỹ thuật và thiết bị chế biến lạc hậu, sản xuất quy mô nhỏ và phân tán nên công nghiệp chế biến tre của Việt Nam chưa phát triển được, vì đó tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu thấp, giá trị gia tăng của sản phẩm thấp. Đối với nguyên liệu gỗ rừng trồng nước ta, hiện nay phát triển rất nhanh về diện tích trồng và trữ lượng gỗ. Các loại gỗ rừng trồng chủ yếu là loài cây mọc nhanh, cơ tính thấp do đó phạm vi sử dụng nguyên liệu còn hạn chế (sản xuất ván nhân tạo, giấy và đồ mộc). Hiện nay, gỗ keo lai (Accacia mangium A.auriculiformis Wild) đang được trồng và sử dụng rộng rãi, cũng là một trong nhưng nguyên liệu tốt để sản xuất vật liệu composite gỗ. Để nâng cao giá trị sử dụng và giá trị kinh tế cho nguồn nguyên liệu tre gỗ, rất cần có nghiên cứu tạo vật liệu mới trên cơ sở nguồn nguyên liệu này, đồng thời đáp ứng nhu cầu sử dụng phong phú của người tiêu dùng. Vật liệu composite tre gỗ là một xu hướng mới cho giải pháp công nghệ này. Trong đó, vật liệu tregỗ dưới dạng PSL (parallel strand lumber) là một loại vật liệu mới chưa từng được nghiên cứu tại nước ta. Nghiên cứu các tạo vật liệu PSL thông qua việc khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và lượng keo sử dụng đến một số tính chất của sản phẩm là cần thiết. Xuất phát từ đó tôi tiến hành thực hiện luận văn: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất vật liệu PSL(Parallel Strand Lumber) từ nguyên liệu tre gỗ kết hợp”.

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ kỹ thuật mang tên “Nghiên cứu công nghệ sản xuất vật liệu PSL(Parallel Strand Lumber) từ nguyên liệu tre gỗ kết hợp” mã số 85 49 001 cơng trình nghiên cứu riêng tơi Tơi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác hình thức Tơi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sĩ lời cam đoan Đồng Nai, tháng năm 2020 Tác giả luận văn luận vănn văn Nguyễn Văn Duyệtn Văn Duyệtt ii LỜI CẢM ƠN Đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất vật liệu PSL(Parallel Strand Lumber) từ nguyên liệu tre gỗ kết hợp cơng trình nghiên cứu Việt Nam Việc tìm tài liệu ngồi nước, cũng máy móc thiết bị để thực đề tài gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên, với nỗ lực thân giúp đỡ tận tình hai thầy hướng dẫn quý thầy, cô thuộc Viện Công nghiệp gỗ nội thất, Trường Đại học Lâm nghiệp, đồng nghiệp gia đình đến luận văn hồn thành nội dung nghiên cứu mục tiêu đặt Mặc dù vậy, lực thân điều kiện khách quan chủ quan khác, luận văn đề tài sẽ không tránh khỏi hạn chế thiếu sót Rất mong nhận thông cảm ý kiến chỉ bảo của quý thầy, để luận văn hồn thiện Nhân dịp này, Tơi xin đặc biệt bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn TS Phan Duy Hưng thầy giáo PGS.TS Vũ Mạnh Tường hết lịng dìu dắt, định hướng, tận tình hướng dẫn cung cấp nhiều tài liệu có giá trị khoa học thực tiễn để tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tới Ban Giám hiệu, Khoa Sau đại học, Viện Công nghiệp gỗ Nội thất, Trung tâm Thí nghiệm phát triển cơng nghệ, Thư viện, thầy, cô giáo Trường Đại học Lâm nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, tập thể cán bộ, thầy cô bạn bè trường Cao đẳng Công nghệ Nông Lâm Nam nơi tơi cơng tác tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện dành thời gian tinh thần cho thời gian học tập thực luận văn Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn tới tồn thể gia đình người thân động viên tạo điều kiện thuận lợi vật chất, tinh thần cho suốt thời gian qua Đồng Nai, tháng năm 2020 Nguyễn Văn Duyệt iii MỤC LỤC Tran LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG .vi DANH MỤC CÁC HÌNH .vii ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Công nghệ sản xuất ván PSL [2] 1.2 Tình hình nghiên cứu thế giới và ở Việt Namu thế giới và ở Việt Nam giới và ở Việt Nami và ở Việt Nam Việt Namt Nam 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước .20 1.2.3 Kết luận rút từ tổng quan .23 1.3 Mục tiêu luận văn 25 1.3.1 Mục tiêu tổng quát 25 1.3.2 Mục tiêu cụ thể 26 1.4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 26 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu .26 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 26 1.5 Nội dung nghiên cứu 27 1.6 Phương pháp nghiên cứu .27 1.6.1 Phương pháp kế thừa phương pháp chuyên gia 27 1.6.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: 28 1.6.3 Phương pháp phân tích xử lý số liệu [1] 40 Chương CƠ SỞ LÍ LUẬN 44 2.1 Lý thuyết vật liệu 44 iv 2.1.1 Nguyên liệu tạo dải ván mỏng nan tre 44 2.1.2 Chất kết dính UF 47 2.2 Lý thuyết dán dính .48 2.2.1 Lý thuyết liên kết học (liên kết đinh keo) .49 2.2.2 Lý thuyết điện tử .50 2.2.3 Lý thuyết đường ranh giới miền tiếp xúc .51 2.2.4 Lý thuyết khuếch tán 51 2.2.5 Lý thuyết hấp phụ .52 2.2.6 Lý thuyết liên kết hóa học 53 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng độ bền mối dán 54 2.3.1 Các yếu tố thuộc vật dán 54 2.3.2 Ảnh hưởng trình tráng keo thông số công nghệ ép 59 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 61 3.1 Kết trình tạo mẫu thí nghiệm 62 3.2 nh hưở Việt Namng c a lượng keo tráng và nhiệt độ ép đến khối lượng riêng củang keo tráng và nhi ệt Namt độ ép đến khối lượng riêng của ép đ ế giới và ở Việt Namn khối lượng riêng củai lượng keo tráng và nhiệt độ ép đến khối lượng riêng củang riêng c a ván PSL 64 3.3 Ảnh hưởng lượng keo tráng nhiệt độ ép đến trương nở chiều dày ngâm nước 24 ván PSL .68 3.4 Ảnh hưởng lượng keo nhiệt độ ép đến độ bền uốn tĩnh 71 3.5 Ảnh hưởng lượng keo nhiệt độ ép đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh ván… 74 3.6 Ảnh hưởng lượng keo nhiệt độ ép đến độ bền trượt nén dọc PSL… 76 3.7 Tối ưu hóa ảnh hưởng tham số công nghệ đến chất lượng PSL 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊN VÀ KIẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊN NGHỊ 82 Kết luận .82 2.Kiế giới và ở Việt Namn nghị 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ BIỂU BIỂUU v BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệtu CCD KLR Ý nghĩa Thiế giới và ở Việt Namt kế giới và ở Việt Nam hỗn hợp trung tâmn hợng keo tráng và nhiệt độ ép đến khối lượng riêng củap trung tâm Khối lượng riêng củai lượng keo tráng và nhiệt độ ép đến khối lượng riêng củang riêng Ván kế giới và ở Việt Namt cấu Laminated strand u Laminated strand LSL lumbwer Ván kế giới và ở Việt Namt cấu Laminated strand u Laminated veneer LVL MF MOE MOR MUF OSL PF PRF PSL lumber Keo Melanine Formaldehyde Mô đun đàn hồi uốn tĩnhi uối lượng riêng củan tĩnh Độ ép đến khối lượng riêng của bền uốn tĩnhn uối lượng riêng củan tĩnh Keo Melamine urea formaldehyde Ván kế giới và ở Việt Namt cấu Laminated strand u Oriented strand lumber Keo Phenol formaldehyde Keo Phenol resorcinol formaldehyde Ván kế giới và ở Việt Namt cấu Laminated strand u Parallel strand lumber Vật liệu Structural composite t liệt Namu Structural composite SCL TS lumber Trương nở chiều dàyng nở Việt Nam chiền uốn tĩnhu dày Đơn vịn vị kg/m3 MPa MPa % vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bố trí thí nghiệm 30 Bảng 2.1 Tính chất vật lý học gỗ keo lai 10-15 tuổi .44 Bảng 2.2 Tính chất vật lý học gỗ keo lai 8-10 tuổi 45 Bảng 2.3 Một số tính chất cơ, vật lý tre luồng 46 Bảng 3.1 Tổng hợp kết thực nghiệm .64 Bảng 3.2 Kết phân tích INOVA mơ hình bậc ảnh hưởng tham số đến khối lượng riêng .64 Bảng 3.3 Kết phân tích phù hợp mơ hình với thực nghiệm .65 Bảng 3.4 Kết phân tích INOVA mơ hình bậc ảnh hưởng tham số đến độ bền mức độ trương nở chiều dày ván PSL 68 Bảng 3.5 Kết phân tích phù hợp mơ hình với thực nghiệm 69 Bảng 3.6 Kết phân tích INOVA mơ hình bậc ảnh hưởng tham số công nghệ đến độ bền uốn tĩnh ván PSL 71 Bảng 3.7 Kết phân tích phù hợp mơ hình với thực nghiệm .72 Bảng 3.8 Kết phân tích INOVA mơ hình bậc ảnh hưởng tham số công nghệ đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh ván PSL 74 Bảng 3.9 Kết phân tích phù hợp mơ hình với thực nghiệm .75 Bảng 3.10 Kết phân tích INOVA mơ hình bậc ảnh hưởng tham số công nghệ đến độ bền trượt nén dọc thớ 77 Bảng 3.11 Kết phân tích phù hợp mơ hình với thực nghiệm .77 Bảng 3.12 Tham số lựa chọn tối ưu hóa tham số công nghệ đến chất lượng ván 80 Bảng 3.13 Kết phân tích phần mềm Design Expert 11.0 80 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mơ hình tốn ảnh hưởng thơng số tối ưu 28 Hình 1.2 Thiết kế thí nghiệm phương pháp RSM .29 Hình 1.3 Quy trình thực nghiệm 31 Hình 1.4 Máy ép nhiệt Henrriet 32 Hình 1.5 Thơng số kỹ thuật máy ép nhiệt Henrriet 33 Hình 1.6 Máy thử tính chất học MTS Qtest/25 34 Hình 1.7 Kích thước mẫu sơ đồ vị trí đo kích thước mẫu xác định khối lượng riêng vật liệu gỗ 35 Hình 1.8 Cách lắp mẫu thử độ bền uốn tĩnh mô-đun đàn hồi uốn tĩnh 37 Hình 1.9 Cách cắt mẫu thử độ bền trượt nén dọc 39 Hình 1.10 Cách gá lắp mẫu thử độ bền trượt nén dọc 39 Hình 2.1 Thông số kỹ thuật keo UF .59 Hình 3.1 Tạo dải ván mỏng nan tre 62 Hình 3.2 Tạo sản phẩm PSL gỗ keo lai tre luồng, keo UF .63 Hình 3.3 Đồ thị so sánh giá trị dự đoán giá trị thực tế .66 Hình 3.4 Đồ thị thể giá trị thực tham số công nghệ ảnh hưởng đến khối lượng riêng 67 Hình 3.5 Đồ thị so sánh giá trị dự đoán giá trị thực tế 69 Hình 3.6 Đồ thị thể giá trị thực tham số công nghệ ảnh hưởng đến mức độ trương nở chiều dày ván 70 Hình 3.7 Đồ thị so sánh giá trị dự đoán giá trị thực tế 72 Hình 3.8 Đồ thị thể giá trị thực tham số công nghệ ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh 73 Hình 3.9 Đồ thị so sánh giá trị dự đoán giá trị thực tế 75 Hình 3.10 Đồ thị thể giá trị thực tham số công nghệ ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh 76 viii Hình 3.11 Đồ thị so sánh giá trị dự đoán giá trị thực tế 78 Hình 3.12 Đồ thị thể giá trị thực tham số công nghệ ảnh hưởng đến độ bền trượt nén dọc thớ 79 ĐẶT VẤN ĐỀ Sơ công nghiệp chế biến gỗ Việt Nam năm gần đây, tỷ lệ phần trăm tăng trưởng trung bình hai số Năm 2020 đạt mục tiêu xuất khẩu khoảng 12,5 tỷ USD xuất siêu ước đạt 10 tỷ USD Trong đó, diện tích rừng tự nhiên bị thu hẹp dần, trữ lượng gỗ ngày 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 trình sản xuất cộng với việc sử dụng gỗ kết hợp với loại nguyên liệu khác tre nứa vấn đề quan tâm chế biến gỗ Các hướng nghiên cứu phục vụ mục đích tìm kiếm nguồn nguyên liệu, tìm kiếm loại sản phẩm cũng nâng cao, đổi công nghệ, thiết bị để cho sản phẩm phù hợp với yêu cầu sử dụng Để thực thành công mục tiêu chiến lược phát triển ngành từ phải sử dụng đồng kết hợp nhiều chương trình, kế hoạch khác như: Tăng nhanh diện tích rừng trồng loại gỗ mọc nhanh, thích hợp với điều kiện khí hậu, đất đai vùng Việt Nam; Đa dạng hoá nguồn nguyên liệu sản phẩm từ gỗ, không ngừng nâng cao hiệu sử dụng đất, sử dụng nguyên liệu; Tạo ra, trì phát triển loại gỗ có khả sinh trưởng nhanh, cung cấp nguồn nguyên liệu có đặc điểm tính chất phù hợp với chỉ tiêu, yêu cầu công nghệ sản xuất ván nhân tạo;… Ở Việt Nam, tre loại thực vật có có diện tích trữ lượng đứng thứ sau gỗ Với diện tích gần 1,4 triệu ha, nguồn nguyên liệu đem tổng giá trị sản xuất trung bình đạt 0,25 tỷ USD/năm Trong đó, rừng tre luồng (Dendrocalamuss membranaceus Munro) lớn, với nhiều giá trị sử dụng giá trị kinh tế Tuy nhiên vẫn chưa sử dụng hết lợi tài nguyên tre Việt Nam, yếu tố đó kỹ thuật thiết bị chế biến lạc hậu, sản xuất quy mô nhỏ phân tán nên công nghiệp chế biến tre Việt Nam chưa phát triển được, đó tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu thấp, giá trị gia tăng sản phẩm thấp Đối với nguyên liệu gỗ rừng trồng nước ta, phát triển nhanh diện tích trồng trữ lượng gỗ Các loại gỗ rừng trồng chủ yếu lồi mọc nhanh, tính thấp đó phạm vi sử dụng nguyên liệu hạn chế (sản xuất ván nhân tạo, giấy đồ mộc) Hiện nay, gỗ keo lai (Accacia mangium & A.auriculiformis Wild) trồng sử dụng rộng rãi, cũng nguyên liệu tốt để sản xuất vật liệu composite gỗ Để nâng cao giá trị sử dụng giá trị kinh tế cho nguồn nguyên liệu tre gỗ, cần có nghiên cứu tạo vật liệu sở nguồn nguyên liệu này, đồng thời đáp ứng nhu cầu sử dụng phong phú người tiêu dùng Vật liệu composite tre gỗ xu hướng cho giải pháp công nghệ Trong đó, vật liệu tre-gỗ dạng PSL (parallel strand lumber) loại vật liệu chưa nghiên cứu nước ta Nghiên cứu tạo vật liệu PSL thông qua việc khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ lượng keo sử dụng đến số tính chất sản phẩm cần thiết Xuất phát từ đó tiến hành thực luận văn: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất vật liệu PSL(Parallel Strand Lumber) từ nguyên liệu tre gỗ kết hợp”