Ảnh hưởng của áp suất ép đến khả năng dán dính của gỗ thông nhựa với chất kết dính epi và pvac

ĐẶT VẤN ĐỀ Gỗ loại vật liệu đặc biệt, gắn liền với đời sống ngƣời mà nhiều loại vật liệu khác thay đƣợc Từ nhiều năm rừng tự nhiên nƣớc ta bị khai thác đến cạn kiệt nên khan nguyên liệu đặc biệt gỗ có kích thƣớc lớn Đứng trƣớc tình trạng nguyên liệu ngày khan nhƣ đặt tốn sử dụng nhƣ tìm kiếm nguyên liệu sử dụng hợp lý nguồn ngun liệu có Vì cần phát triển cơng nghệ sản xuất ván nhân tạo để phục vụ cho nhu cầu ngƣời, loại vật liệu gỗ đƣợc tạo nên từ gỗ nhỏ nên phát huy đƣợc tính tự nhiên gỗ, lại có tính ổn định kích thƣớc tốt hơn, đặc biệt ghép ván có kích thƣớc chiều dài, chiều rộng, chiều dày lớn Để tạo đƣợc loại ván đó, cơng nghệ sản xuất chúng cần sử dụng keo dán làm chất kết dính dƣới tác dụng áp suất ép để tạo thành mối liên kết gỗ-keo-gỗ Theo lý thuyết dán dính, khả dán dính phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Loại gỗ, khối lƣợng thể tích, độ ẩm gỗ, chất lƣợng bề mặt, loại keo, thông số kỹ thuật keo, áp suất, nhiệt độ thời gian ép….Trong yếu tố đó, áp suất ép yếu tố quan trọng hàng đầu, định đến mức độ dàn trải chất kết dính, làm tăng tiếp xúc chất kết dính lên bề mặt vật dán tạo điều kiện lí tƣởng để hình thành mối dán chất lƣợng Đƣợc đồng ý khoa chế biến lâm sản-trƣờng đại học lâm nghiệp, tiến hành đề tài nghiên cứu “Ảnh hưởng áp suất ép đến khả dán dính gỗ Thơng Nhựa với chất kết dính EPI PVAc” Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới Châu Âu nơi đầu lĩnh vực khoa học công nghệ không nằm ngồi quy luật đó, cơng nghệ sản xuất ván nhân tạo đời từ sớm nhƣng đƣợc phát triển mạnh từ sau năm 1970.Từ đến nay, ván nhân tạo có nhiều bƣớc phát triển số lƣợng, chất lƣợng qui mô sản xuất 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước Ở nƣớc ta loại hình sản xuất ván nhân tạo nói chung ván ghép nói riêng đƣợc trọng phát triển vài năm gần Đặc biệt loại gỗ có đƣờng kính lớn ngày thu hẹp Vì vậy, việc tìm kiếm thêm chủng loại gỗ có tính chất phù hợp cho cơng nghệ sản xuất ván ghép quan tâm nhiều nƣớc giới nhƣ nƣớc ta Là sở nghiên cứu đầu ngành, trƣờng Đại học Lâm nghiệp có nhiều đề tài nghiên cứu ván nhân tạo nói chung, ván ghép nói riêng Đối với hƣớng nghiên cứu áp suất ép sản xuất ván ghép thanh, có số cơng trình bật sau: Đề tài tiến sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu số yếu tố công nghệ sản xuất ván ghép từ gỗ Keo tai tượng” tác giả Phạm Văn Chƣơng, 2001 Đây cơng trình nghiên cứu tổng qt, giải nhiều vấn đề liên quan đến sản xuất ván ghép thanh, có áp suất ép Các đề tài khác nhƣ: “Nghiên cứu ảnh hưởng áp suất ép tới chất lượng ván ghép dạng Finger Joint”, Đào Xuân Tuấn, ĐHLN 2006, “nghiên cứu ảnh hưởng áp suất ép dọc tới chất lượng mối ghép sản xuất ván ghép thanh”, Đỗ Ngọc Hoàn, ĐHLN 2002, “Nghiên cứu ảnh hưởng áp suất ép tới khả dán dính số loại vật liệu gỗ (keo tai tượng keo lai), sử dụng chất kết dính EPI 1980/1993”, Đỗ Vũ Thắng, 2008 với mức áp suất ép khoảng 0.2-1.0MPa Đã phần giải đƣợc số vấn đề liên quan đến áp suất ép sản xuất ván ghép Qua tài liệu tham khảo trên, lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng áp suất ép tới chất lượng dán dính gỗ thơng nhựa sử dụng chất kết dính EPI 1999/1911 PVAc”, với mức áp suất lựa chọn 0.6-1.2MPa 1.2 Mục tiêu nghiên cứu - Xác định độ bền dán dính gỗ Thơng nhựa với chất kết dính EPI PVAc thay đổi trị số áp suất ép.Từ đƣa trị số áp suất ép hợp lí, phục vụ cho ghép ngang sản xuất ván ghép dán đồ mộc thông dụng 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ngun liệu gỗ: Thơng nhựa(Pinus merkusii) Chất kết dính: Keo EPI PVAc 1.4 Nội dung nghiên cứu Phân tích lựa chọn nguyên liệu gỗ sử dụng phổ biến Tìm hiểu số tính chất kỹ thuật, công nghệ keo EPI PVAc Lựa chọn khoảng trị số áp suất ép để thực nghiệm khảo sát Kiểm tra độ bền dán dính màng keo Xử lý số liệu, viết báo cáo 1.5 Phương pháp nghiên cứu Các phƣơng pháp nghiên cứu sử dụng đề tài -Phƣơng pháp kế thừa - Phƣơng pháp thực nghiệm - Xử lý số liệu phƣơng pháp thống kê toán học - Sử dụng tiêu chuẩn để kiểm tra, đánh giá chất lƣợng sản phẩm 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết đề tài bƣớc đầu làm sở khoa học cho việc nghiên cứu ứng dụng chất kết dính EPI PVAc vào công nghiệp ván nhân tạo, cụ thể ván ghép Việt Nam 1.7 Nguyên liệu gỗ Hiện nay, nguồn nguyên liệu dùng cho ngành công nghiệp gỗ nói chung cơng nghiệp ván nhân tạo nói riêng, chủ yếu sử dụng nguồn nguyên liệu gỗ rừng trồng Nguồn nguyên liệu đa số loại có tốc độ sinh trƣởng nhanh, nhằm mục đích vừa phủ xanh đất trống đồi núi trọc, tái tạo rừng, vừa mang lại sản lƣợng gỗ khai thác cao, phục vụ cho ngành công nghiệp gỗ Theo định số16/2005QĐ-BNN ban hành ngày 15/03/2005, danh mục loài gỗ đƣa vào trồng rừng phục vụ sản xuất gồm loại chủ yếu nhƣ: Keo lai, keo tai tƣợng, keo tràm, bạch đàn, thông… Trong loại gỗ trên, thấy gỗ thơng ngày có vị quan trọng Thơng khơng cho sản lƣợng nhựa lớn hàng năm mà đáp ứng đƣợc tốt cho ngành sản xuất ván nhân tạo Căn vào đặc điểm trên, đề tài em chọn nguyên liệu gỗ Thông nhựa Dƣới vài nét tổng quan nguyên liệu Do điều kiện khơng cho phép nên tính chất loại gỗ đƣợc nêu kế thừa nghiên cứu có từ trƣớc (đƣợc nêu phần tài liệu tham khảo) Gỗ thông nhựa Thông nhựa (pinus merkusii) xuất xứ từ Đơng Nam Á thích hợp với điều kiện nóng ẩm, có kích thƣớc lớn, sinh trƣởng nhanh (15-30m3/ha/năm) Là loại thông nhiệt đới ƣa sáng, sống vùng có lƣợng mƣa 1200-2200mm, có mùa khơ nóng dài từ 2-4 tháng Nhiệt độ trung bình tháng nóng từ 20280C, tháng lạnh 15-160C, nhiệt độ thấp tuyệt đối 00C Có khả chịu hạn cao, không sống nơi vùng nƣớc.Thông nhựa thƣờng mọc loại đất, phát triển đá mẹ Grannit, Sa thạch, Diệp thạch, …sống đƣợc đất nghèo xấu, khô, chua, bị đá ong hoá đá cát bồi tụ ven biển Ở nƣớc ta, Thông nhựa phân bố độ cao 1200m trở xuống so với mặt nƣớc biển, mọc tự nhiên loài hỗn giao với rộng tỉnh Lâm Đồng, Gia Lai, Kon Tum, Phú Yên, Khánh Hoà, Sơn La, tỉnh ven biển nhƣ:Quảng Bình, Quảng Trị,Thừa Thiên Huế, Nghệ An, Hà Tĩnh, Thanh Hoá, Quảng Ninh Cấu tạo gỗ Cấu tạo gỗ nhân tố chủ yếu định đến tính chất gỗ Cấu tạo đƣợc xem nhƣ biểu bên ngồi tính chất Những biểu cấu tạo sở khoa học để giải thích tƣợng sản sinh q trình gia công chế biến, lựa chọn công nghệ sản xuất phù hợp Theo kết nghiên cứu tác giả Lê Xn Tình vỏ thơng có lớp, lớp màu xám nâu mỏng sần sùi, lớp dày có màu nâu nhạt Gỗ có giác lõi phân biệt Gỗ giác có màu vàng nhạt, gỗ lõi có màu nâu đỏ Vịng năm rõ độ rộng trung bình 1cm, vịng năm có gỗ sớm gỗ muộn phân biệt (gỗ sớm quản bào gỗ sớm tạo nên, gỗ muộn quản bào gỗ muộn tạo nên), tia gỗ nhỏ, có ống dẫn nhựa tập trung phần gỗ muộn, gỗ thẳng thớ Một số tính chất chủ yếu gỗ Thơng nhựa Tỷ lệ co rút Tỷ lệ co rút theo phƣơng dọc thớ: 0,53% Tỷ lệ co rút theo phƣơng xuyên tâm: 4,19% Tỷ lệ co rút theo phƣơng tiếp tuyến: 8,2% Tỷ lệ dãn nở Tỷ lệ dãn nở theo phuơng dọc thớ: 0,51% Tỷ lệ dãn nở theo phƣơng xuyên tâm: 4,14% Tỷ lệ dãn nở theo phƣơng tiếp tuyến: 8,02% Tỷ lệ co dãn thể tích Co rút: 14,09% Dãn nở: 13,28% Khối lượng thể tích(KLTT) KLTT bản: 0,47 g/cm3 KLTT khô kiệt: 0,54 g/cm3 KLTT gỗ ƣớt (   30 ):0,71 g/cm3 Ứng suất ép Ứng suất ép dọc thớ :481,29 (105 N/m2) Ứng suất ép ngang thớ toàn xuyên tâm: 58,48 (105 N/m2) Ứng suất ép ngang thớ toàn tiếp tuyến: 73,36 (105 N/m2) Ứng suất kéo dọc thớ : 678,30 (105 N/m2) Ứng suất kéo ngang thớ xuyên tâm : 29,48 (105 N/m2) Ứng suất kéo ngang thớ tiếp tuyến : 46,86 (105 N/m2) Ứng suất trƣợt dọc xuyên tâm : 100,08 (105 N/m2) Ứng suất trƣợt dọc tiếp tuyến : 85,36 Ứng suất uốn tĩnh : 636,92 (105 N/m2) Mô đun đàn hồi uốn tĩnh : 153,37 (105 N/m2) (105 N/m2) 1.8 Chất kết dính Trong đề tài này, chất kết dính đƣợc sử dụng keo EPI PVAc đƣợc ứng dụng ngành công nghiệp gỗ đặc biệt ngành sản xuất ván nhân tạo Keo EPI: Ƣu điểm: + Có thể đóng rắn dễ dàng + Màng keo bền gia công cắt gọt + Bền với thời tiết + Hàm lƣợng formaldehyde tự đạt tiêu chuẩn F**** Nhƣợc điểm: + Do keo dễ đóng rắn gặp ẩm, nên cần thiết phải có chất chống bám dính mặt bàn ép, lót chống bám dính +Có tƣợng phân lớp +Đòi hỏi điều kiện bảo quản phải cẩn thận hơn, thời gian sống công nghệ thấp +Isocyanate tác nhân gây độc hại không đƣợc sử dụng cách Keo EPI gồm thành phần ký hiệu Synteko1911 Hardener 1999 Các thông số kỹ thuật keo nhƣ sau: TÊN KEO SYNTEKO 1911 AND HARDENER 1999 (TIÊU CHUẨN JAIA-005432) Thông số kỹ thuật Loại keo 1911:keo EPI 1999:Chất đóng rắn có thành phần Isocyanate Trạng thái 1911:lỏng 1999:lỏng Màu sắc 1911:màu trắng 1999:màu nâu Độ nhớt 1911: 8,000-15,000 mpas, Brookfield LVT,sp4, 6rpm,250C 1999:170- 250 mpas, Brookfield LVT,sp4, 6rpm,250C Khối lƣợng thể tích pH 1911:1300Kg/m3 1999:1300Kg/m3 1911: 7-8 1999: NA( khơng đo) Thời gian bảo quản 1911: tháng (tại 300C) 1999: tháng (tại 300C) Nhiệt độ bảo quản 1911: 5-350C 1999: 5-350C Khuyến nghị nhà sản xuất Độ ẩm vật dán 8- 15% Trộn keo Bằng máy thủ công Tỷ lệ trộn 1911:1999 adhesive: hardener 100:15 phần Thời gian trộn 30 giây với máy trộn, phút trộn tay.Dung dịch sau trộn phải đồng Thời gian sống công nghệ Lớn 30 phút 300C Lƣợng keo tráng 150-300g/m2 tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể Thời gian để Khoảng phút 300C Thời gian xếp ván Khoảng phút 300C Áp suất ép 0,1-1,2 Mpa Keo PVAc (Polyvinyl axetate) Ƣu điểm: + Điều kiện thao tác tốt, an tồn + Tốc độ đóng rắn nhiệt độ thƣờng tƣơng đối nhanh + Nhiệt độ dán dính cao thời kì đầu, sử dụng đơn giản, khơng phải gia nhiệt, thời gian bảo quản dài(1 năm) +Lớp keo có tính dẻo dai Nhƣợc điểm: + Tính chịu nƣớc tính chịu ẩm + Tính chịu nhiệt + Dƣới tác dụng tải trọng tĩnh liên tục, thời gian dài, lớp keo xuất hiện tƣợng biến dạng + Ở điều kiện mùa đông nhiệt độ thấp, keo lỏng sữa đơng kết, ảnh hƣởng đến sử dụng Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mối dán Chất lƣợng mối dán phụ thuộc vào đặc tính gỗ (vật dán), đặc tính chất kết dính thơng số chế độ ép Q trình dán ép hai hay nhiều vật liệu với có tham gia chất kết dính cơng đoạn đặc biệt quan trọng công nghiệp sản xuất ván nhân tạo Để đạt đƣợc độ bền tốt nhất, cần xem xét đến yếu tố vật dán, chất kết dính, thông số chế độ ép 2.1.1 Ảnh hưởng vật dán (gỗ)  Loại gỗ Ứng với loại gỗ có khối lƣợng thể tích (KLTT) thành phần chất gỗ khác Ngƣời ta chứng minh rằng, độ bền màng keo tăng dần theo khối lƣợng thể tích gỗ KLTTcủa gỗ khơng vƣợt 0,7-0,8 g/cm3 (MC=12%) Nếu gỗ có KLTT vƣợt q giới hạn q trình dán dính gỗ với keo bị hạn chế, chất lƣợng mối dán giảm đáng kể Nguyên nhân xuất phát từ đăc điểm cấu tạo, gỗ có KLTT lớn đồng nghĩa với việc cấu tạo tế bào có vách dày, khoảng trống gỗ ít, làm cho keo khó khăn việc thẩm thấu, xuyên vào gỗ Gỗ có KLTT lớn u cầu chất lƣợng bề mặt cao lực ép khơng cần lớn Độ ẩm gỗ: Độ ẩm gỗ ảnh hƣởng đến độ bền mối dán đƣợc xem xét hai khía cạnh ảnh hƣởng tới khả thấm keo khả dàn trải keo Nếu độ ẩm thích hợp giúp cho vật dán ổn định kích thƣớc hạn chế tƣợng bong tách màng keo Tuy nhiên, độ ẩm khơng đƣợc q thấp điều làm cho vật dán dễ dàng thấm hút dung môi dẫn đến khả dàn trải keo giảm, màng keo khơng Đối với q trình ép thơng thƣờng độ ẩm thích hợp để dán dính từ 6-14% + Nếu kết trị số độ bền kéo trƣợt trung bình nhỏ quy định, tỷ lệ phá huỷ gỗ  80% kết cho phép nhỏ 20% so với quy định 4.1.2 Phương pháp xử lí số liệu kiểm tra Chúng tơi dùng phƣơng pháp thống kê tốn học để xử lí kết thí nghiệm Theo đó, đặc trƣng mẫu đƣợc tính nhƣ sau: a Trị số trung bình cộng n Đƣợc xác định theo công thức: x  Trong đó:  i 1 xi n xi - Các giá trị ngẫu nhiên mẫu thí nghiệm n- Là số mẫu quan sát x - Là trị số trung bình mẫu b Độ lệch tiêu chuẩn (sai quân phương) Đƣợc xác định theo công thức: n S   (x i 1 i  x) n Trong đó: S- sai quân phƣơng c Sai số trung bình cộng m S n Trong đó: m- Là sai số trung bình cộng d Hệ số biến động S x S%=  100% Trong đó:S%- Là hệ số biến động e Hệ số xác P%= m  100% x Trong đó: P%- Là hệ số xác f Sai số cực hạn ước lượng C(95%) C95%= t / (k ) S (với độ tin cậy 95%) n 4.1.3 Kết kiểm tra độ bền kéo trượt màng keo Sau tiến hành kiểm tra độ bền kéo trƣợt màng keo, kết cụ thể đƣợc thể phần phụ lục Dƣới đây, tập hợp kết qua xử lí thơng kê: Bảng 01: Độ bền kéo trượt màng keo gỗ Thông nhựa: KEO PVAc x 4.93 5.01 5.49 5.19 S 0.31 0.31 0.18 0.23 S% 6.18 6.20 3.23 4.46 P% 1.96 1.96 1.02 1.41 C(95%) KEO EPI x 6.07 6.19 6.30 5.88 S 0.31 0.24 0.20 0.23 S% 5.05 3.80 3.19 3.84 P% 1.60 1.20 1.01 1.22 C(95%) Ghi chú: Các mức 1-2-3-4 tƣơng ứng với mức áp suất ép lần lƣợt 0.60.8-1.0-1.2 (Mpa) 4.2 Kiểm tra bong tách màng keo 4.2.1 Phương pháp thử bong tách màng keo: Mẫu thử độ bong tách màng keo đƣợc nấu nhiệt độ 70 0C 2giờ Khi nấu để đảm bảo độ xác kết quả, mẫu đƣợc nhấn chìm nƣớc chèn chặt để q trình nấu gỗ khơng bị lên Nƣớc sử dụng để nấu loại nƣớc cất hóa học, sau nhiệt độ nƣớc đƣợc tăng lên tới 700C cho gỗ vào nấu Nấu xong vớt gỗ lau khô cho vào tủ sấy đạt 600C, sấy nhiệt vòng Sau sấy xong gỗ đƣợc bỏ chờ cho gỗ ổn định tối thiểu khoảng 10h đo chiều dài màng keo bị bong tách cạnh mẫu Sau sử lý số liệu so sánh với tiêu chuẩn đặt 4.2.2 Phương pháp xử lý số liệu kiểm tra:  chiều dài vết nứt Tỷ số chiều dài vết nứt = x 100%  chiều dài mặt cắt đo Tỷ lệ bong tách=  chiều dài bong tách cạnh Tỷ số phải