Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép và thời gian ép đến chất lượng ván dán chậm cháy từ gỗ Keo Lai

Nghiên cứu xác định chất lượng của ván mỏng gỗ Keo lai dùng trong sản xuất ván dán chậm cháy. Thí nghiệm theo ma trận xác định chỉ tiêu, tính chất của ván và xây dựng phương trình tương quan, xác định thông số công nghệ tối ưu. Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ ép, thời gian ép đến chất lượng ván dán chậm cháy. Đề xuất quy trình công nghệ tạo ván dán chậm cháy từ gỗ Keo lai trong điều kiện công nghệ sản xuất của Việt Nam.

MỞ ĐẦU

Công nghiệp sản xuất ván dán đang ngày một phát triển vì sự thiếu hụt ngày một tăng của nguyên liệu từ gỗ rừng tự nhiên, đồng thời nguồn gỗ tự nhiên có tính chất cơ lí cao không còn nhiều Trong khi đó, nhu cầu về gỗ cho cuộc sống của con người ngày một gia tăng cả về số lượng lẫn chất lượng Vì vậy, gỗ đã trở thành một loại vật liệu đặc biệt, có giá trị kinh tế cao

và đang được sự quan tâm từ các nhà sản xuất, kinh doanh, quản lí và các nhà khoa học Một trong những giải pháp được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu là sử dụng gỗ rừng trồng thay thế gỗ rừng tự nhiên là việc tạo ra ván mỏng là một phương thức kinh tế nhất trong việc sản xuất gỗ chất lượng cao

và thể hiện được hình ảnh gỗ trong sản phẩm Công nghệ mới đã có thể cho phép công nghiệp gỗ sử dụng rừng trồng, nguồn nguyên liệu gỗ mà trước kia

bị xem là gỗ có đường kính quá nhỏ để sản xuất ván ép

Công nghệ sản xuất ván dán nhiều lớp về cơ bản dựa trên công nghệ sản xuất ván dán thông thường Ván dán được tạo nên từ các lớp gỗ liên kết với nhau bởi chất dán dính Đây là loại vật liệu được đặc trưng bằng khả năng của nó được thiết kế và cấu tạo cho các ứng dụng trong xây dựng hay trang trí, định hình thẳng hay cong Ván dán được tạo ra từ gỗ lá rộng thông thường được sử dụng cho mục đích trang trí Ván dán được tạo ra từ gỗ lá kim thường được sử dụng cho xây dựng và kết cấu

Do tính năng sử dụng ván dán mang tính hiệu quả cao và đa dạng, gần gủi với con người nhất là những sản phẩm dùng trong hàng mộc và trong xây dựng Đồng thời cây gỗ Keo Lai ở nước ta là một sự phát hiện ngẫu nhiên, hiện nay nó là loại nguyên liệu được ưu tiên phát triển và khả năng sử dụng của nó áp dụng vào ngành ván nhân tạo là thế hệ lai nhân tạo F1 Ở Viêt Nam giống cây này được trồng ở rất nhiều nơi như: Bình Dương, Bình Phước, đồng Nai, Tây Ninh, Hoà Bình, Sơn La, Phú Thọ, Tuyên Quang, Vĩnh Phúc,

Thái Nguyên, Quảng Trị, Bình Định, Tây Ninh, Bình dương, Bình Phước, Đồng Nai…

Từ những nhận định và tầm quan trong, ý nghĩa nêu trên, được sự cho

phép của trường Đại học Lâm nghiệp, Khoa Đào tạo Sau Đại học, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép và thời gian ép đến chất lượng ván dán chậm cháy từ gỗ Keo Lai ”

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Từ trước đến nay, nhu cầu sử dụng gỗ của nhân loại là rất lớn và ngày càng tăng trên toàn cầu Nhưng diện tích rừng ngày càng giảm do nhiều nguyên nhân khác nhau: tốc độ tăng dân số quá nhanh, nhu cầu về củi đốt cũng như các mặt hàng về đồ gỗ cũng nhiều hơn, khiến cho tổng nhu cầu và khối lượng gỗ tính theo đầu người cũng tăng lên Nhu cầu lương thực tăng không ngừng, do đó nhiều diện tích rừng bị biến mất để nhường chỗ cho việc gieo trồng những loại cây lương thực Thêm vào đó, nạn cháy rừng xảy ra ở tất cả các Châu lục làm cho diện tích rừng trên toàn thế giới ngày càng thu hẹp, khả năng cung cấp gỗ của rừng tự nhiên ngày càng giảm xuống

Để giải quyết vấn đề này các quốc gia đều tập trung theo hướng đẩy mạnh trồng rừng và sử dụng nguồn nguyên liệu mới, phát triển ván nhân tạo

mà chủ yếu là ván dăm, ván dán, ván sợi, ván mộc các loại tăng nhanh công nghiệp chế biến lâm sản

Hình 1.1 Cháy rừng ở Sơn La

Cùng với sự khoa học công nghệ không ngừng phát triển kéo theo nhu cầu của con người ngày càng cao cả về tinh thần và vật chất Chính vì thế tài nguyên thiên nhiên trên trái đất ngày cạn kiệt Trong đó rừng là nguồn nguyên liệu gỗ ngày càng bị suy thoái cả về số lượng lẫn chất luợng Trên thế giới con người coi gỗ là một loại vật liệu được sử dụng rộng rãi, vì nguồn nguyên liệu gỗ phong phú và tái tạo vô tận So với các vật liệu xây dựng thì

gỗ có nhiều ưu điểm như: Màu sắc, vân thớ đẹp, nhẹ vì tỷ lệ sức bền so với trọng lượng cao nên giá trị sử dụng cao; dễ gia công; không bị gỉ như kim loại; cách âm, cách điện, cách nhiệt tốt Tuy vậy gỗ nguyên có một số nhược điểm như tính chất không đồng đều theo chiều thớ, dễ bị cháy, bị mục, mọt,

bị nứt nẻ, bị thay đổi hình dạng, kích thước do tác động của nhiệt, ẩm, bề rộng của ván xẻ bị hạn chế bởi đường kính của thân cây gỗ

Để khắc phục những nhược điểm, mở rộng phạm vi và giá trị sử dụng của gỗ và nhất là để tiết kiệm gỗ trong khai thác, chăm sóc rừng tự nhiên và rừng trồng (gỗ tỉa thưa), sử dụng các phế liệu gỗ qua chế biến cơ học (phoi bào, mùn cưa, đầu mẩu) và các phế liệu nông nghiệp (rơm rạ, bã mía, thân cây đay, xơ dừa ), tăng thêm nhiều sản phẩm mới cho sản xuất và tiêu dùng, góp phần tích cực vào công tác bảo vệ rừng ; đến cuối thế kỷ thứ XIX nhờ công nghệ hoá học phát triển tìm ra được những loại keo dán mới, công nghiệp sản xuất ván nhân tạo ra đời Xuất hiện gỗ dán có ảnh hưởng lớn đến việc sử dụng gỗ, nó bắt đầu thay thế gỗ xẻ và cạnh tranh được gỗ xẻ nhờ có tính chất đồng đều theo chiều thớ, có kích thước ván lớn, độ bền cơ học cao Cũng như các sản phẩm đồ mộc, nguyên liệu gỗ, gỗ Ván dán là vật liệu

dể bắt lửa và có tính nguy hiểm gây cháy Nó là nguyên nhân gây bùng phát

mở rộng ngọn lửa và duy trì đám cháy trong các vụ hoả hoạn Việc sử dụng rộng rãi ván dán làm sản xuất hàng mộc như mặt bàn, ghế, , làm trong trong công nghiệp chế tạo tàu, xe như: sàn, vỏ tàu xe, giường, ghế, và các công

trình xây dựng (trần nhà, vách ngăn ) làm tăng mức độ nguy hiểm về cháy, làm tăng phát sinh cháy Vì vậy ở những nước có nền công nghiệp ván nhân tạo phát triển người ta đã tạo được ván dán không những đảm bảo về tính chất cơ, vật lý mà còn có khả năng chậm cháy rất tốt Trong những năm gần đây ở Việt Nam vấn đề này cũng đang được quan tâm và nghiên cứu Việc nghiên cứu tạo ván dán chậm cháy vừa góp phần đảm bảo công tác phòng cháy chữa cháy mà còn nâng cao giá trị sử dụng của ván dán hiệu quả hơn

Để tạo được ván dán chậm cháy thì chúng ta phải dùng hóa chất có tác dụng chống cháy phun, quét lên bề mặt ván thành phẩm hoặc trộn chất chống cháy vào ván dán, keo trong quá trình tạo ván Vấn đề đặt ra đó là dùng hóa chất với nồng độ, tỷ lệ bao nhiêu để đạt hiếu quả chống cháy cao nhất mà không làm ảnh hưởng, hoặc ảnh hưởng trong giới hạn cho phép đến chất lượng của ván

Khí nghiên cứu về ván dán chậm cháy, các yếu tố công nghệ ép là một trong những nguyên nhân quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng ván dán Đặc biệt với ván dán chậm cháy, nhiệt độ và thời gian ép ảnh hưởng nhiều hơn đến chất lượng ván dán chậm cháy và mức độ phân giải nhiệt của chất chống cháy

Hình 1.2 Sử dụng ván dán làm cầu thang & trang trí nội thất

Vì vậy, trong luận văn này chúng tôi nghiên cứu 2 thông số nhiệt độ và thời gian ép

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Khối lượng tiêu dùng ván nhân tạo trên thế giới phát triển với tốc độ cao, từ năm 1980 đến năm 2000 tăng lên 1,6 lần Năm 2003 toàn thế giới sản xuất khoảng 190 triệu m3 ván nhân tạo

Nước có khối lượng sản xuất ván nhân tạo lớn nhất là Mỹ tiếp đến là Trung Quốc, Canada, Đức Quốc gia tiêu dùng lượng ván nhân tạo lớn nhất là

Mỹ (chiếm khoảng 33%khối lượng tiêu dùng thế giới), Trung Quốc (chiếm 10%), sau đó đến Đức và Nhật Bản [4]

Các nước và vùng lãnh thổ Châu Á cũng đã phát triển mạnh sản xuất ván nhân tạo, năm 1976 Thái Lan có 58 triệu dân, sản xuất 2,2 triệu m3 ván nhân tạo, bình quân 0,04m3/người/năm (trong đó ván dăm 1,3 triệu m3); Malaysia

có 19 triệu dân, sản xuất khoảng 1 triệu m3 ván sợi, bình quân 0,05m3/người/năm; Đài Loan có 22 triệu dân, hàng năm sản xuất 40.000m3

ván MDF và nhập khẩu 350.000m3 ván nhân tạo các loại [4]

Quá trình hình thành và phát triển công nghiệp ván dán đã trải qua một thời gian dài, nên về cơ bản công nghệ sản xuất ván dán đã được hoàn thiện Tuy nhiên, về chất lượng ván thì vẫn cần phải nghiên cứu đề cập tới, vì vậy, đối với ván dán đã có rất nhiều các nghiên cứu được thực hiện theo hướng nâng cao các chỉ tiêu chất lượng ván, trong đó có tính chậm cháy của ván Năm 1907, người ta dùng MgO, MgCl2, MgBr2 vào trong các loại ván tương tự như ván amiăng Do đó, trong ván có thành phần halogen thể hiện tính chống cháy rõ rệt và nó được công nhận là những chất có khả năng chống cháy cho ván Số lượng các chế phẩm chống cháy cũng được nghiên cứu và chế tạo rất nhiều: Ở Mỹ sản xuất 2 tỷ đô US, ở Châu Âu

Bắt đầu từ những năm 1940 đã có một số quốc gia đã bắt đầu sản xuất các loại ván nhân tạo chậm cháy Tuy nhiên, công nghệ sản xuất ván nhân tạo chậm cháy phát triển mạnh từ những năm 1960.Các nước sản xuất nhiều các loại ván chậm cháy trong thời kỳ này như: Mỹ, Anh, Na Uy, Liên Xô Ngoài các nước ở châu Âu và châu Mỹ kể trên, còn có nhiều nước khác đã sản xuất ván nhân tạo chậm cháy và coi tiêu chuẩn chống cháy là tiêu chuẩn bắt buộc của chất lượng sản phẩm Các nước đó là: Brazil, Thuỵ Sĩ, Ireland, Phần Lan, Thuỵ Điển, Na Uy, Hy Lạp, Đức, Nhật Bản, Trung Quốc, Canađa…

Năm 1940, các công trình nghiên cứu của hãng “Bankroft” đã công bố một số chất chống cháy vô cơ (như: chất chống cháy muối bazơ), các sáng chế của Z.A Rogovin cùng các cộng tác viên đã tạo ra các chất chống cháy hữu cơ (chất cloparaffin) Rất nhiều các nhà khoa học đã nghiên cứu về cơ chế chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ gỗ Tuy nhiên, các giải thích về cơ chế chống cháy chỉ dừng lại ở một đến hai hướng và chỉ đúng cho một vài vật liệu Phải từ những năm 1970, các cơ chế chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ

gỗ mới hoàn thiện Các nhà khoa học đã đưa ra cơ chế chống cháy tương đối hoàn thiện như: A.A Moslemi-1978, леонович A.A-1994, Arsenault H.R.D-

1959, F.C Browe-1982…

Năm 1953, Anon đã đưa ra một số chất chống cháy vô cơ, như: chất chống cháy nhóm Bo, hợp chất kim loại Đến năm 1960, S.M.Gorxin đã công

bố các chất chống cháy vô cơ, như: chất chống cháy hệ P-N, nhóm halôzen

Vào những năm 1970 đến năm 1980, các nhà khoa học Liên Xô đã tạo

ra chất chống cháy axít photphoric đa tụ Chất này được tạo ra do các phản ứng của urê, mêlamin với axít photphoric (H3PO4) Chất chống cháy này được sử dụng nhiều để xử lý các loại vải chống cháy, trong ván dăm, ván sợi

Từ những năm 1970 trở lại đây, hợp chất đa tụ nhóm P-N, chất chống cháy ký hiệu (A-PP) có công thức phân tử (NH4)n+2PnO3n+1, được tạo ra Nó là

một hợp chất dạng bột màu trắng, có khả năng chống cháy tốt, khả năng tan trong nước 0.1  6% Vào những năm 1970, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra các loại keo kí hiệu (U.D.PF), MDPF, H3PO4.PFAC, H3BO3.MFAC,

H3PO4.MFAC có khả năng chống cháy Lưu Yến Cát và cộng sự đã lấy acid photphoric và Amoniac làm thành phần chính để tụ hợp nhiệt chế thành 3 loại dung dịch chống cháy: Ngâm tẩm gỗ thông với điều kiện áp suất không khí, lượng thấm thuốc phân biệt là 32,30,25 kg muối khô/m3gỗ, gỗ được xử lý chống cháy có thể đạt khó cháy cấp I JISD1201-77 và chống cháy cấp I JISD1322-75 Chống uốn của gỗ xử lý theo chiều dọc thớ đã giảm đi 6,25%-8,25%, việc làm rỉ sắt đối với tính tương tự như các gỗ khác, gỗ xử lý có thể được dùng trong nội thất [6]

Năm 1989, chính quyền Newyork đã quy định nếu là nhà từ 12 tầng trở lên thì nhất định phải dùng loại gỗ nhân tạo và gỗ đã được qua xử lý chống cháy năm 1984, pháp lệnh của Nhật quy định đối với nhà cao tầng(>31 m), các siêu thị, cửa hàng ăn uống và những công trình công cộng nhất thiết phải dùng sản phẩm gỗ và cellulose đã qua xử lý chống cháy ví dụ như đối với gỗ ván dán, ván sợi hoặc thảm

Hiện nay, các chất chống cháy có chứa photpho đang được ưa chuộng trong ván dăm, ván sợi Lượng hoá chất chứa photpho trên thế giới hiện nay

có khoảng 20 tỷ tấn, được sản xuất nhiều ở Nga, Mỹ

Ở Liên Xô cũ và Cộng Hòa Liên Bang Nga bây giờ các nhà khoa học rất chú trọng đến nghiên cứu ván gỗ chậm cháy Năm 1978, A.A Leonovich

đã viết những nghiên cứu của mình trong tác phẩm “Lý thuyết và thực hành chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ gỗ” Ngoài ra còn rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu về chống cháy như: I Litkin B.C; Nhikitin, ceprocki M.K, Urolep… Đặc biệt nhất là tác giả A.A Moslemi đã đưa ra phương pháp trộn chất chống cháy cùng keo dán Phương pháp này đã nhanh chóng được các

nhà sản xuất chấp nhận Từ đó đến nay, phương pháp này là một trong những phương pháp được sử dụng nhiều nhất

Đầu thế kỷ 20, các phương pháp chống cháy đầu tiên được đưa vào sản xuất là phương pháp quét và phương pháp ngâm tẩm chất chống cháy Đến năm 1970, các nhà khoa học Trung Quốc đã dùng phương pháp tẩm áp lực và tẩm bằng dòng cao tần Cũng vào những năm này các nhà khoa học của Liên

Xô và Trung Quốc đã đưa ra phương pháp dán phủ lên ván nhân tạo các màng chống cháy Năm 1972, K.C.Shen và Fung.D.P.C đã đưa ra một phương pháp chống cháy mới cho ván nhân tạo nói chung và ván dán nói riêng- phương pháp ép nhiệt [22] Phương pháp này ngay lập tức được ứng dụng để chống cháy cho ván nhân tạo Phương pháp ép nhiệt vào những năm

1980 cũng được ứng dụng nhiều ở Liên Xô Năm 1978, Từ Vịnh Lan đã tiến hành ngâm dăm, sợi ván mỏng vào trong dung dịch chất chống cháy Phương pháp này sau đó, được ứng dụng nhiều trong chống cháy cho ván sợi ở Liên

Xô Sau đó, một số nước như Liên Xô, Thuỵ Sĩ, Mỹ, Trung Quốc đã tiến hành một số phương pháp chống cháy nữa, như: phun chất chống cháy riêng

và phun keo riêng, cho chất chống cháy vào công đoạn trải thảm… Tuy nhiên, các phương pháp đó cũng nhanh chóng bị các nhà sản xuất phê phán[5]

Ở Vương quốc Anh, các hãng nổi tiếng sản xuất ván nhân tạo chậm cháy gồm: Gardex, Homasote, Sundeala, Masonite, Caberboard, Caberwood, Spanboard FR Ngoài ra, còn các hãng Homasote của Mỹ, Huntonit của Thuỵ

Sỹ, Medite FR của Ireland, Schauman Pelloflam của Phần Lan, Swan và Unitex FCM của Thuỵ Điển, Homanit, Huntonit và Panelite của Na Uy cũng sản xuất ván dăm chậm cháy

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở nước ta, công nghiệp chế biến gỗ chậm phát triển và vẫn còn ở trình

độ thấp so với thế giới Sản phẩm chủ yếu gồm đồ gỗ gia dụng, hàng thủ

công mỹ nghệ, gỗ xây dựng cơ bản

Hiện nay cả nước có 25 dây chuyền sản xuất ván nhân tạo với hầu hết là công suất nhỏ dưới 6000 m3/năm Trong đó có 08 nhà máy ván dán

Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã có dự án 1999-2010 sản xuất 1.100.000m3 ván nhân tạo Trong đó ván dăm 698.000m3 chiếm 63,4%, ván sợi 375.000m3 chiếm 34,15%, ván ghép thanh khoảng 18.000m3, và ván dán chiếm 2,45%

Bộ cũng chủ trương hạn chế xây dựng mới các nhà máy ván dán vì sản phẩm này đòi hỏi loại gỗ có kích thước lớn; đồng thời chủ trương cải tạo nâng cấp hoàn chỉnh cơ sở sản xuất ván dán hiện có để tăng cường sử dụng

gỗ rừng trồng và gỗ nhập khẩu, lượng ván dán sản xuất khoảng 50.000m3 sản phẩm/năm

Tình hình sản xuất và nhập khẩu ván dán ở nước ta như sau:

TÌNH SẢN XUẤT VÁN DÁN Ở VIỆT NAM

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2009 37.000 37.000 37.000 37.000 37.000 37.000 37.000 37.000 70.000

TÌNH NHẬP KHẨU VÁN DÁN Ở VIỆT NAM

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2009 12.278 18.300 14.548 31.547 28.400 28.400 30.000 10.000 96.000

Ở Việt Nam, về phòng chống cháy nói chung đã và đang được chính phủ rất quan tâm Về phòng chống cháy cho vật liệu cũng đã được các nhà khoa học của trường Đại Học Phòng Cháy Chữa Cháy, Cục Phòng Cháy Chữa Cháy và Cục An Toàn Lao Động nghiên cứu Tuy nhiên, các nghiên cứu đó

chủ yếu là chữa cháy Còn việc phòng chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ gỗ thì có rất ít người nghiên cứu

Năm 2004, Quốc Hội nước Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam đã thông qua Luật Phòng chống cháy Trong đó, một trong những yêu cầu bắt buộc đối với gỗ dùng trong sản xuất hàng mộc, đồ dân dụng, trong xây dựng

là phải có tính chống cháy Vì vậy các nhà khoa học và các nhà sản xuất của ngành chế biến lâm sản cần phải có các nghiên cứu và sử dụng các loại gỗ và sản phẩm gỗ chống cháy

Ở Việt Nam, tính đến thời điểm hiện tại, cũng chỉ có một công trình nghiên cứu chống cháy cho gỗ và vật liệu gỗ Đó là Luận án Tiến Sĩ thuộc Viện Khoa Học Lâm Nghiệp Việt Nam của tác giả Trần Văn Chứ (2001) về:

“Nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy” Tác giả đã nghiên cứu khá đầy đủ về động học quá trình cháy ván dăm, phương pháp tạo ván dăm chậm cháy, sự ảnh hưởng về tỷ lệ chất chống cháy, tỷ lệ chất chống ẩm đến tính chất của ván dăm Và đặc biệt là tác giả đã đưa ra được những công thức pha chế chất chống cháy phù hợp

Về quá trình cháy của gỗ ở Việt Nam cũng đã có một số nhà khoa học nghiên cứu và đưa ra các kết quả nghiên cứu trong các công trình Đó là các công trình của các nhà khoa học: GS-TS Hà Chu Chử, PGS-TS Hoàng Thúc

Đệ, TS Nguyễn Cảnh Mão Các nghiên cứu đó đều về công nghệ sấy gỗ và hoá lâm sản

1.2.3 Nhận xét chung

Qua điều tra về các nghiên cứu của các nhà khoa học của các nước, chúng tôi thấy: các nhà khoa học của Liên Xô cũ (Liên Bang Nga ), Mỹ, Đức, Phần Lan, Thuỵ Điển, Nhật Bản, Trung Quốc…, đã có những nghiên cứu về ván dán chậm cháy rất kỹ lưỡng và ít hơn nhiều so với ván dăm chậm cháy,

do nguyên liệu đầu vào đòi hỏi loại gỗ có kích thước lớn Tuy nhiên, các

công bố đó chỉ có giá trị tham khảo và chỉ dừng lại ở những thông tin khoa học hết sức chung chung Chúng ta không thể áp dụng những kết quả đó vào sản xuất ván dán của nước ta

Ở các nước có ngành Chế biễn gỗ phát triển, khi sản xuất ván dán người ta có thể thay đổi nhiều công đoạn trong dây chuyền công nghệ, thậm chí thay cả dây chuyền mới mà không gặp quá nhiều khó khăn Ở Việt Nam,

sự thay đổi dù chỉ là một công đoạn nhỏ của dây chuyền sản xuất cũng sẽ gây rất nhiều khó khăn, do sự khác biệt của nước ta với các nước khác về điều kiện trang thiết bị, điều kiện địa lý, khả năng tìm kiếm nguyên liệu

Do đó, hướng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu, tạo ra loại ván dán chậm cháy có các tính chất cơ học, vật lý đáp ứng yêu cầu Quy trình sản xuất ván dán không xáo trộn (hoặc thay đổi rất ít) so với quy trình sản xuất ván dán thông dụng

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

1.3.2 Mục tiêu thực tiễn

Tìm ra các thông số công nghệ (nhiệt độ ép, thời gian ép) hợp lý, các giải pháp công nghệ tạo ván dán phù hợp khi sản xuất ván dán chậm cháy trong điều kiện công nghệ và sản xuất của Việt Nam

1.4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Công nghệ tạo ván dán chậm cháy và keo Urea-Formaldehyde Gỗ dùng trong nghiên cứu là gỗ Keo lai

1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu xác định chất lượng của ván mỏng gỗ Keo lai dùng trong

sản xuất ván dán chậm cháy

- Thí nghiệm theo ma trận xác định chỉ tiêu, tính chất của ván và xây

dựng phương trình tương quan, xác định thông số công nghệ tối ưu

- Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ ép, thời gian ép đến chất lượng ván

dán chậm cháy

- Đề xuất quy trình công nghệ tạo ván dán chậm cháy từ gỗ Keo lai

trong điều kiện công nghệ sản xuất của Việt Nam

1.6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Ván dán 5 lớp Chiều dày ván dán 6mm Chiều dày ván mỏng 1.5mm

( 1,5mmx3=4,5mm, 2 lớp mặt mỗi lớp 0,75 mm)

- Loại keo dán: Urea – Formaldegyde, lượng keo tráng: 180g/m2,

- Loại chất chống ẩm: paraffin

- Chất chống cháy: Borat và Axit boric (Na2B4O7.10H2O và H3BO3)

Lượng chất chống cháy cho vào 10% (so với lượng keo khô kiệt)

1.6.2 Các yếu tố thay đổi

Các thông số chế độ ép như sau:

- Nhiệt độ ép: T = 110, 120, 130, 140, 150oC

- Thời gian ép: 5, 7, 9, 11, 13 phút

1.7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.7.1 Phương pháp chuyên gia

Phương pháp chuyên gia được sử dụng khi điều tra, khảo sát nghiên cứu

về hiện trạng công nghệ sản xuất ván dán Các tư liệu, tài liệu có tính lịch sử,

tài liệu cung cấp các thông tin tổng quan về kinh tế xã hội, tự nhiên thuộc các

vùng lãnh thổ và các kết quả nghiên cứu có liên quan đã được xuất bản,

1.7.3 Phương pháp thực nghiệm

Ngày nay, để giải quyết các bài toán trong kỹ thuật, người ta thường sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà ít sử dụng phương pháp lý thuyết thuần tuý Tuy nhiên, trong nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp nghiên cứu cổ điển chỉ cho phép tìm kiếm các mối phụ thuộc đơn định giữa chỉ tiêu đánh giá và yếu tố ảnh hưởng một cách riêng biệt nên không cho kết quả chặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố và sự tác động qua lại giữa chúng với nhau

Mục đích của kế hoạch đa yếu tố là nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt

độ ép, thời gian ép, lượng keo đến các tính chất vật lý, cơ học của ván dán từ

gỗ Keo lai

Có rất nhiều yếu tố công nghệ tham gia vào quá trình sản xuất sản phẩm Tuy nhiên, dựa trên tính điều khiển được, khả năng tác động mạnh đến chất lượng, năng suất, giá thành của quá trình sản xuất của các yếu tố, chúng tôi lựa chọn các yếu tố nghiên cứu như sau:

- Nhiệt độ ép T (0C): mã hóa (X1)

- Thời gian ép  (phút) : ký hiệu (X2)

Các chỉ tiêu chất lượng đầu ra của ván dán theo tiêu chuẩn GB9846.8-88

và GB 9846.9-88 như sau: độ bền uốn tĩnh u=Y213MPa, độ bền kéo trượt màng keo KT=Y30.7MPa, tỷ lệ tổn thất khối lượng ván dán Y4<20%; tỷ lệ trương nở chiều dày TS = Y1 8%

1.7.3.1 Phương pháp thực nghiệm

Quy hoạch thực nghiệm là phương pháp nghiên cứu khi ta không có đầy đủ thông tin về đối tượng và phải thực nghiệm để xây dựng mô hình Theo nghĩa rộng thì quy hoạch thực nghiệm là tập hợp các tác động nhằm đưa ra chiến thuật làm thực nghiệm, từ giai đoạn đầu tiên đến giai đoạn kết thúc của quá trình nghiên cứu đối tượng

Cơ sở toán học nền tảng của lý thuyết quy hoạch thực nghiệm là toán học thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi quy

Đối tượng nghiên cứu của quy hoạch thực nghiệm trong các ngành kỹ thuật là một quá trình, một cơ cấu hoặc một hiện tượng có những tính chất, đặc điểm chưa biết cần nghiên cứu

Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm: không lấy toàn bộ các trạng thái đầu vào, phức tạp dần mô hình toán học, đối chứng nhiễu, ngẫu nhiên hóa, tối ưu

Ưu điểm của phương pháp này là các thí nghiệm dễ dàng tiến hành, đối tượng nghiên cứu đa dạng, chúng ta chỉ quan tâm đến các yếu tố đầu vào và yếu tố đầu ra Ngoài ra ta có thể khống chế các yếu tố đầu vào hoặc làm giảm

sự ảnh hưởng của các yếu tố khác tác động tới, số lần thí nghiệm ít, tiết kiệm được thời gian cũng như chi phí, phương pháp này có thể xây dựng phương pháp hồi quy rất thuận tiện cho việc khảo sát kết quả tìm phương pháp tối ưu

Nhược điểm của phương pháp quy hoạch thực nghiệm là tính toán và

xử lý số liệu khá phức tạp Tuy nhiên, vấn đề này có thể nhờ sự hỗ trợ của các phần mềm máy tính để giải quyết một cách nhanh chóng và dễ dàng

Từ các ưu nhược điểm trên, trong đề tài này chúng tôi chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm cho quá trình nghiên cứu và phương trình hồi quy có dạng tổng quát như sau :

2 1 1

n j jj j

i n j i ij j

n j j

Bố trí thí nghiệm gồm 3 loại thí nghiệm :

 Loại 1: Gồm N1 = 2n thí nghiệm toàn phần Yêu cầu phải đảm bảo tính được các hệ số hồi quy tuyến tính b j và tương tác cặp đôi b ij.Tác động của chúng không bị trộn lẫn với nhau

 Loại 2: Gồm No (No >= 1) thí nghiệm ở tâm miền quy hoạch, tại đó giá trị mã của các thông số bằng 0

 Loại 3: Nα = 2n thí nghiệm bố trí trên các trục toạ độ, cách gốc tọa độ một đoạn α > 0 sao cho ma trận x trực giao, tức là ta lấy xj = ± α

Tổng số thí nghiệm cần tiến hành: N = N1 + Nα + no = 2n + 2n + no

Với n = 2 ta có:

 N1= 2n = 4: số thí nghiệm tuyến tính

 Nα = 2n = 4: số thí nghiệm tại điểm sao ± α

 no= 1: số thí nghiệm tại mức trung tâm

Số thí nghiệm cần tiến hành: N = 4 + 4 + 1 = 9 (thí nghiệm)

Có thể diễn tả mô hình khối bài toán tối ưu trong nghiên cứu thực nghiệm tạo ván dán theo sơ đồ ở hình 1.3, đồng thời ma trận quy hoạch thực nghiệm, mức và bước thay đổi các thông số thí nghiệm được trình bày ở bảng 1.1 và 1.2

Bảng 1.1: Mức, bước thay đổi các thông số thí nghiệm

Thời gian ép ( 0 C)

Độ bền uốn tĩnh (KG/cm 2 )

Tỷ lệ trương nở chiều dày (%)

Độ bền kéo trượt màng keo (KG/cm 2 )

Hình 1.3 Mô hình bài toán xác định các thông số tối ưu tạo ván dán

Tỷ lệ tổn thất khối lượng (%)

có ảnh hưởng Phương pháp này giúp loại bỏ các yếu tố ít làm ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu cũng như mức độ tương quan Ngoài ra, còn giúp kiểm tra các giả thiết đồng nhất phương sai, độ tin cậy các hệ số hồi quy và mức độ phù hợp của mô hình lựa chọn theo tiêu chuẩn Fisher khi thực nghiệm

Nội dung xử lý số liệu bao gồm các bước sau:

 Bước 1: Xây dựng phương trình hồi quy

 Bước 2: Phân tích phương sai để loại bỏ các hệ số hồi quy không đảm bảo đủ độ tin cậy ở mức ý nghĩa  = 0,05

 Bước 3: Xác định các hệ số hồi quy theo hàm toán mới, sau khi đã loại

bỏ các hệ số hồi quy không đảm bảo độ tin cậy

 Bước 4: Kiểm tra sự phù hợp của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher Kiểm tra tính tương thích mô hình: Ft Fb = F (0,05; k1; k2)

Nếu Ft < Fb thì mô hình đảm bảo tính tương thích Ngược lại, nếu Ft >

Fb thì mô hình không đảm bảo tính tương thích, lúc này cần loại bỏ các hệ số không đảm bảo tính tương thích khỏi mô hình và tiến hành chạy lại phương trình tương quan

 Bước 5: Chuyển mô hình về dạng thực theo công thức sau:

Trong đó: Zj là các giá trị thay thế

xj0 lần lượt là các giá trị tại mức cơ sở (điểm 0)

l là cánh tay đòn của các yếu tố công nghệ tính toán (khoảng biến thiên)

Sau khi lập được phương trình hồi qui Y = f(xj), tiến hành tính toán các giá trị tối ưu của các thông số mục tiêu bằng phần mềm Excel

1.7.4 Kiểm tra chất lượng ván dán chậm cháy

1.7.4.1 Kiểm tra chất lượng keo

Độ pH của hỗn hợp keo, thời gian gel hoá của hỗn hợp keo được đo

bằng máy đo độ pH HI 9224 Microprocessor printing pH meter (Hình 1.4)

Độ chính xác của máy đo độ pH là ± 0.1

Độ nhớt của dung dịch keo đo bằng máy đo độ nhớt (DV-I + Viscometer)

(1.2)Trong đó: m

1 - khối lượng gỗ ban đầu (có nước) (g); m0 - khối lượng gỗ khô kiệt (g)

Sử dụng máy đo độ ẩm kiểu cảm ứng để xác định độ ẩm ván mỏng

1.7.4.3 Kiểm tra sai số chiều dày ván mỏng

+ Dụng cụ kiểm tra thước panme điện tử, độ chính xác 10-2 mm

+ Kích thước mẫu kiểm tra: 100 x 100 (mm), số lượng 10 mẫu

+ Phương pháp kiểm tra

Kẻ 4 điểm t1, t2, t3, t4 trên mẫu như hình vẽ:

Máy đo độ pH

HI 9224 Microprocessor printing pH meter

Máy đo độ nhớt DV-I + Viscometer Hình 1.4 Máy kiểm tra chất lượng của keo

Trong đó: Tdn - chiều dày ván mỏng danh nghĩa;

Ttb - chiều dày ván mỏng trung bình

1.7.4.4 Kiểm tra tần số vết nứt và chiều sâu vết nứt

- Dụng cụ kiểm tra: Mực tàu, chổi quét, kéo cắt, cốc đựng và kính lúp

- Phương pháp kiểm tra: kẻ mẫu thành các ô có kích thước 100 x 100 (mm), dùng mực tàu quét vào các ô xen kẽ như hình vẽ

Để ván khô khoảng 30 phút rồi dùng kéo cắt các ô đã quét mực tàu Dùng kính lúp đếm số vết nứt và chiều sâu vết nứt lần lượt trên 10 mẫu Kết quả được tính như sau:

Tần số vết nứt được xác định theo công thức

N - Số lượng vết nứt đo được trên mẫu

Chiều sâu vết nứt được tính theo công thức

Cs =

t N

Trong đó: Hi - Chiều sâu vết nứt thứ i (mm);

t - Chiều dày trung bình của ván (mm)

N - Số lượng vết nứt đo được trên mẫu

1.7.4.5 Tỷ lệ trưởng nở chiều dày ván dán

Độ trương nở của ván dán xác định theo tiêu chuẩn  OCT 9624 – 72, kích thước mẫu 25x25x6mm, số lượng mẫu thử: là 9

Công thức tính độ trương nở:  

(%)100

1

1 2

s

s s

S1 Chiều dày mẫu thử trước khi ngâm nước S2 Chiều dày mẫu thử sau khi ngâm nước

1.7.4.6 Độ bền uốn tĩnh của ván dán

Độ bền uốn tĩnh ván dán chậm cháy kiểm tra theo tiêu chuẩn GB 9846.8-88[21] Phương pháp xác định các số liệu trên máy thử tính chất cơ lý thuộc phòng thí nghiệm Khoa lâm sản – Đại học Nông Lâm TP HCM

Dụng cụ: Máy kéo vạn năng, độ chính xác đến ±10N Thước kẹp độ chính xác ±0,1mm Thước panme có độ chính xác ±0,01mm Đồng hồ bấm giây

Hình 1.5 Sơ đồ kiểm tra độ bền uốn tĩnh

Hình 1.6 Thiết bị đo độ bền uốn tĩnh

Phương pháp kiểm tra như sau:

Mẫu đặt trong điều kiện chuẩn cho đến khi khối lượng không đổi Chiều rộng được xác định ở điểm giữa cạnh dài mẫu, độ chính xác đến

±0,1mm Chiều dày được xác định ở điểm giữa cạnh dài mẫu, cách mép cạnh 10mm, mỗi cạnh xác định một điểm, độ chính xác đến ±0,1mm, khi tính dùng giá trị bình quân toán học của hai điểm, chính xác đến ±0,1mm

Khi chiều dày mẫu thử ≤ 7mm thì đường kính đặt tải và gối đỡ 15±0,5mm Khi chiều dày mẫu thử > 7mm thì đường kính đặt tải và gối đỡ

30 ± 0,5mm Chiều rộng bộ phận đặt tải và gối đỡ nên lớn hơn chiều rộng mẫu thử Khoảng cách giữa hai gối đỡ bằng 10 lần chiều dày danh nghĩa ván nhưng không nhỏ hơn 150mm

Tải trọng

Giao tuyến giữa mặt trục gia tải và mặt ván phải vuông góc với trục dài mẫu thử Khi xác định, căn cứ vào sự khác nhau giữa hướng trải thảm và bề mặt phải trái mỗi loại xác định ba mẫu Khi xác định tải trọng tăng đều (trong vòng 30– 90 giây mẫu phải bị phá hủy) Ghi tải trọng lớn nhất chính xác

±10N

Độ bền uốn tĩnh

xbxt

L P

2

xx3

 (N/mm2)(KG/cm2) (1.6)

Trong đó: P - lực cực đại (N)(KG/cm2); L - khoảng cách giữa 2 gối đỡ (mm)(cm); b - chiều rộng mẫu kiểm tra (mm)(cm); t - chiều dày mẫu kiểm tra (mm)(cm)

Khi tính tìm ra giá trị bình quân của các mẫu thử cường độ bề mặt của

ván và công bố giá trị đó

1.7.4.7 Độ bền kéo trượt màng keo

- Tiêu chuẩn kiểm tra: Tiêu chuẩn Nhật Bản JAS S – 11 15.2 (1993)

- Kích thước mẫu thử: L x W x t = 35 x 25 x t,mm

Cắt mẫu theo hình 1.7

Hình 1.7 Mẫu kiểm tra độ bền kéo trượt màng keo

- Số lượng mẫu: Mỗi mức tỷ lệ hỗn hợp keo là 10 mẫu

Mẫu kiểm tra độ bền kéo trượt màng keo được kiểm tra trên máy thử tính chất cơ lý Amsler 5 tấn 11/2612 thuộc phòng thí nghiệm Khoa lâm sản – Đại học Nông Lâm Thủ đức TP HCM Công thức xác định:

MPa w

+ Dùng thước kẹp đo (a,w) để xác định diện tích kéo trượt

+ Gá mẫu vào bộ gá trên máy thử cơ lý

+ Tiến hành tăng lực đến khi màng keo lớp giữa bị phá hủy thì dừng + Đọc trị số lực phá hủy trên đồng hồ đo lực

1.7.4.8 Kiểm tra tính chậm cháy của ván

Qua tìm hiểu các chỉ tiêu đánh giá khả năng chống cháy, các phương pháp kiểm tra khả năng chống cháy và điều kiện vật chất thí nghiệm hiện tại nên chỉ tiêu được lựa chọn cho thí nghiệm tạo ván chậm cháy là chỉ tiêu tổn thất khối lượng (M) và được kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM – E69-70 của

Mỹ

1.7.4.9 Chỉ tiêu tổn thất khối lượng

Phương pháp xác định của chỉ tiêu này được tính theo công thức:

(1.8) Trong đó:

M1 là khối lượng mẫu trước khi đốt

M2 là khối lượng mẫu sau khi đốt

Theo tiêu chuẩn này chia vật liệu làm 3 nhóm:

Vật liệu khó cháy : M < 9%

Vật liệu khó bắt lửa : M = 9 – 30%

Vật liệu dễ cháy : M > 30%

Dụng cụ kiểm tra là “ống lửa”

Số lượng mẫu kiểm tra: 03 mẫu/1 thí nghiệm tổng số mẫu cho 09 thí nghiệm là 27 mẫu

Kích thước mẫu (dài x rộng x dày ): 700 x 700 x 6 (mm)

Dụng cụ kiểm tra khả năng chậm cháy của ván gồm có:

+ Cân điện tử có độ chính xác đến ±0.01g

+ Ống lửa

+ Đèn cồn, gương phản chiếu, đồng hồ bấm giây

Phương pháp kiểm tra: Phương pháp “ống lửa” được mô tả như sau: mẫu ván dán được đặt vào trong ống sắt tây (kích thước ống sắt: đường kính 50mm, chiều dài 165mm) Mẫu ván thò ra ngoài ống sắt về phía dưới 5mm Phía sát đáy ống sắt có đặt gương quan sát quá trình cháy của ván dán Mẫu ván dán treo vào dây nối với cân điện tử

Đèn dùng để đốt cháy mẫu thử là đèn cồn hoặc đèn hơi Khi đốt cháy mẫu tim ngọn lửa phải đúng vào đoạn cuối của mẫu thử (cách 10mm) Nếu dùng đèn cồn thời gian đốt là 2.5 phút, đèn hơi thời gian đốt là 2 phút Khi hết thời gian đốt, chuyển đèn đi ngay Qua cân điện tử, có thể đo được tổn thất khối lượng trong quá trình cháy của ván và khối lượng mẫu trước và sau khi thử cháy

1.7.5 Xác định các thông số tối ưu và chỉ tiêu tối ưu

1.7.5.1 Định nghĩa thông số tối ưu và chỉ tiêu tối ưu

Chỉ tiêu tối ưu của hàm Y1 được hiểu là giá trị Y1 thấp nhất (Y1min) trong quá trình thực nghiệm và sản xuất

Chỉ tiêu tối ưu của hàm Y2 được hiểu là giá trị Y2 đạt được cao nhất (Y2max) trong quá trình thực nghiệm và sản xuất

Chỉ tiêu tối ưu của hàm Y3 được hiểu là giá trị Y3 đạt được cao nhất (Y3max) trong quá trình thực nghiệm và sản xuất

Cân điện tử

Cân điện tử

Đồng hồ bấm giây Cân điện tử

Ống lửa

Hình 1.8 Các thiết bị kiểm tra khả năng chậm cháy của ván

Chỉ tiêu tối ưu của hàm Y4 được hiểu là giá trị Y4 thấp nhất (Y4min) trong quá trình thực nghiệm và sản xuất

Thông số tối ưu là giá trị các thông số đảm bảo trị số chỉ tiêu tối ưu

1.7.5.2 Các bài toán tối ưu hóa

Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm chứng minh rằng các mô hình thống

kê thực nghiệm bậc hai đã mô tả gần đúng các đối tượng được lựa chọn nghiên cứu Dựa trên mô hình toán là những phương trình hồi quy dạng đa thức bậc hai để tiến hành xây dựng các bài toán tối ưu hóa dạng quy hoạch phi tuyến cho các hàm Y1, Y2, Y3, Y4

Các bài toán tối ưu được giải trên máy tính nhờ sự hỗ trợ của phần mềm Excel

 Bài toán tối ưu hoá một mục tiêu :

Hàm mục tiêu về độ dãn nở tính theo phương trình Y1  min

Thoả mãn các điều kiện ràng buộc: -1,414 < xj <1,414 ; j = 1, 2

Hàm mục tiêu về độ bền uốn tĩnh tính theo phương trình Y2max Thoả mãn các điều kiện ràng buộc: -1,414 < xj <1,414 ; j = 1,2

Hàm mục tiêu về độ bền uốn tĩnh tính theo phương trình Y3max Thoả mãn các điều kiện ràng buộc: -1,414 < xj <1,414 ; j = 1,2

Hàm mục tiêu về độ dãn nở tính theo phương trình Y4  min

Thoả mãn các điều kiện ràng buộc: -1,414 < xj <1,414 ; j = 1, 2

Gỉai bài toán tối ưu hoá có điều kiện hàm đa biến bằng phần mềm Excel (phụ lục 9 đến phụ lục 12) kết quả bài toán tối ưu hàm một mục tiêu được trình bày ở bảng 3.9

1.8 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

1.8.1 Ý nghĩa khoa học

Luận văn nêu ra các vấn đề cốt yếu về lý thuyết nghiên cứu tạo ván dán

từ gỗ Keo Lai với các trang thiết bị và điều kiện sản xuất của Việt Nam Các vấn đề cốt yếu về lý thuyết tạo ván dán đã được trình bày rõ như:

- Quá trình công nghệ xác định các thông số như: Chiều dày dán, chiều dày ván mỏng, loại keo dán và chất chống ẩm paraffin cũng như lượng chất

chống cháy Brorat và Boric

- Các vấn đề về kỹ thuật khi tạo ván dán từ gỗ Keo Lai như: Sự ảnh hưởng của nhiệt độ ép, thời gian ép, lượng keo đến các chỉ tiêu chất lượng ván dán chậm cháy

1.8.2 Ý nghĩa thực tiễn

Tạo ván dán từ gỗ Keo Lai là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn lớn Những kết quả nghiên cứu và kết luận của luận án hoàn toàn có thể áp dụng vào thực tiễn sản xuất ván dán của Việt Nam Điều này chẳng những giúp cho ván dán của Việt Nam nâng cao chất lượng, tăng khả năng cạnh tranh, hạ giá thành sản phẩm và mở ra hướng sử dụng vật liệu mới

Chương 2

CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DÁN

Ván dán được hình thành theo các nguyên tắc sau:

- Số lớp ván mỏng trong một sản phẩm bao giờ cũng là số lẻ tấm, thông dụng nhất là 3, 5 hoặc 7 lớp, tương ứng gọi là gỗ dán 3 lớp, 5 lớp hoặc 7 lớp;

- Các lớp ván mỏng đối xứng nhau qua đường trung tâm của ván phải có chiều dày, loại gỗ và các tính chất như nhau;

- Hai lớp ván mỏng kế tiếp nhau có chiều thớ vuông góc với nhau;

- Chiều dày của ván mỏng tăng dần từ ngoài vào trong (lớp ván giữa bao giờ cũng có chiều dày lớn nhất)

2.1.2 Một số tính chất cơ bản của ván dán

2.1.2.1 Khối lượng thể tích của ván

Khối lượng thể tích của ván dán thường lớn hơn khối lượng thể tích của

gỗ sản xuất ra nó từ 18-25% Nguyên nhân của hiện tượng này là trong quá trình ép, dưới tác dụng đồng thời của áp suất và nhiệt độ, gỗ bị co rút đáng

kể Độ co rút này không đồng đều cho tất cả các lớp ván mỏng; lớp bề mặt bao giờ cũng bị co rút lớn hơn Chính vì vậy mà khối lượng thể tích phụ thuộc rất lớn vào chiều dày và số lớp ván trong sản phẩm

Mặt khác khi số lớp ván mỏng trong sản phẩm tăng thì lượng chất khô của chất kết dính trong một đơn vị thể tích ván cũng tăng do đó làm cho khối lượng thể tích của ván tăng

Hiện nay các loại ván dán thông thường có khối lượng thể tích từ 0.8g/cm3

0.6-Khối lượng thể tích của ván ảnh hưởng rất lớn đến độ bền cơ học của sản phẩm Ván có khối lượng thể tích càng lớn thì độ bền cơ học của ván càng cao

2.1.2.2 Tính chất hút ẩm của ván

Khả năng hút ẩm của ván dán kém hơn rất nhiều so với khả năng hút ẩm của gỗ sản xuất ra nó Điều này có thể giải thích được như sau: Dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất dán ép cấu tạo của gỗ bị thay đổi, đồng thời các màng keo trong ván hút ẩm kém hơn gỗ do đó nó cản trở cho quá trình hút ẩm của ván

Khả năng hút ẩm của ván phụ thuộc vào loại gỗ, loại chất kết dính sử dụng và khối lượng thể tích của ván

Sự phụ thuộc của độ ẩm cân bằng của ván dán vào điều kiện môi trường được biểu thị ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Độ ẩm cân bằng của ván dán(ép nhiệt), độ dày 3-5 mm(ở 20 o C)

, % 9,0 22,0 30,5 39,0 50,0 60,0 79,0 90,0 100,0

MCCB, % 3,2 5,4 6,6 7,7 9,3 11,0 15,7 21,0 23,6

2.1.2.3 Tính chất hút nước của ván dán

Khả năng hút nước của ván dán phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Loại

gỗ, loại keo, khối lượng thể tích của ván Khi ván dán hút nước, thường kéo theo sự trương nở và làm giảm độ bền của ván một cách đáng kể Sự trương

nở của ván không đồng đều theo các chiều; chủ yếu là theo phương chiều dày ván, còn theo phương chiều dài và chiều rộng sự trương nở không đáng kể

2.1.2.4 Độ bền cơ học của ván dán

Độ bền cơ học của ván được đặc trưng bởi các đại lượng như: Giới hạn bền kéo theo các phương dọc và ngang thớ; độ bền uốn tĩnh; độ bền kéo tách Các đại lượng này hoàn toàn có thể xác định được bằng các thí nghiệm tương ứng

Độ bền cơ học của ván dán phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố: Loại gỗ, khối lượng thể tích của ván; kết cấu ván, loại keo cũng như công nghệ sản xuất

- Ván dán sản xuất từ gỗ lá kim có độ bền cơ học thấp hơn so với ván dán sản xuất từ gỗ lá rộng (do cấu tạo gỗ);

- Khối lượng thể tích của ván tăng thì độ bề cơ học của ván cũng tăng;

- Độ ẩm của ván cũng ảnh hưởng lớn tới độ bền của ván; khi độ ẩm của ván tăng dẫn tới hiện tượng trương nở ván, đặc biệt khi độ ẩm của ván lớn hơn độ ẩm bão hòa thớ gỗ thì độ bền của ván giảm xuống rất nhanh

Một trong những yêu cầu đối với công nghệ sản xuất ván dán là tạo được ván có độ bền đồng đều theo mọi phương trong mặt phẳng ván Thực tế cho thấy, ta có thể đáp ứng được yêu cầu này khi sản xuất ván dán nhiều lớp

và chiều thớ gỗ các lớp kế tiếp nhau tạo bởi góc 45-60o, nhưng đó là vấn đề

lý thuyết, thực tế sản xuất tại các nhà máy rất khó thực hiện được điều này Hiện nay chủ yếu người ta tạo ra sự đồng đều về độ bền của ván theo hai phương dọc thớ và ngang thớ của lớp bề mặt ván

Ta có thể xác định được giới hạn độ bền của ván theo các đại lượng khi ảnh hưởng tác dụng của ngoại lực tạo với thớ gỗ lớp bề mặt một góc  nào

đó

Hình 2.1 Sơ đồ tính độ bền cơ học của ván dán theo các phương

Trong đó: o; 90; 45 là giới hạn độ bền kéo hoặc uốn của ván dán khi phương của ngoại lực tạo với thớ gỗ lớp bề mặt một góc: 0o; 90o; 45o Ro; R90;

R45 là giới hạn độ bền tách của ván dán khi phương của lực tác dụng tạo với thớ gỗ lớp bề mặt một gúc: 0o; 90o; 45o o; 90; 45 là giới hạn độ bền cắt của ván dán khi phương của ngoại lực tạo với thớ gỗ lớp bề mặt một góc: 0o; 90o;

R R

2.1.3 Ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến chất lượng sản phẩm

Chất lượng sản phẩm ván dán phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố công nghệ Chúng ta có thể biểu diễn mối quan hệ này theo phương trình:

Trong đó:  - chất lượng sản phẩm; x - các thông số của vật dán; y - các thông số của chất kết dính; z - các thông số của chế độ dán ép

2.1.3.1 Ảnh hưởng của gỗ và ván mỏng

Mỗi một loại sản phẩm cần có một loại nguyên liệu sản xuất phù hợp với yêu cầu công nghệ và chất lượng sản phẩm Chủng loại nguyên liệu, các đặc điểm, tính chất của nguyên liệu sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm và tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu và giá thành sản phẩm

Đối với nguyên liệu sản xuất ván mỏng nói chung thường phải đáp ứng các yêu cầu ở bảng 2.2

Bảng 2.2 Yêu cầu đối với nguyên liệu sản xuất ván mỏng

Bên cạnh đó, khối lượng thể tích của ván quyết định đến khối lượng thể tích và cường độ của sản phẩm Thông thường gỗ dùng cho sản xuất ván nhân tạo nói chung và ván dán nói riêng phải bị nén và phải nén được Tuy nhiên múc độ nén cũng chỉ nằm trong một giới hạn nhất định (khối lượng thể tích của sản phẩm bằng 1,18-1,25 lần khối lượng thể tích của nguyên liệu)

Gỗ có khối lượng thể tích càng lớn cường độ sẽ càng cao và khối lượng thể tích của ván càng cao và ngược lại Không thể sử dụng gỗ có khối lượng thể tích nhỏ để sản xuất ván có cường độ cao Đường kính gỗ ảnh hưởng đến chất lượng ván mỏng và tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu Gỗ có đường kính càng lớn thì chất lượng ván mỏng và tỷ lệ lợi dụng gỗ càng cao Kết quả nghiên cứu đã chứng minh điều này

Bảng 2.3 Quan hệ giữa đường kính gỗ tròn và tỷ lệ lợi dụng

Đường kính

D (cm)

Tỷ lệ lợi dụng P(%)

Đường kính

D (cm)

Tỷ lệ lợi dụng P(%)

gỗ và chất lượng ván mỏng Gỗ có độ tròn đều thấp, độ thót ngọn và cong lớn

sẽ làm giảm tỷ lệ lợi dụng gỗ đi đáng kể, đồng thời làm cho bề mặt ván mỏng

bị xơ xước, chất lượng dán dính sẽ thấp Gỗ bị xốp hoặc rỗng ruột sẽ rất khó khăn trong quá trình vam kẹp để bóc gỗ Phần lớn các khúc gỗ có khuyết tật này đều phải loại bỏ Tuy nhiên, trong điều kiện kỹ thuật cho phép, có thể sử dụng các khúc gỗ bị xốp hoặc rỗng ruột ở mức độ có thể bóc được

Các khúc gỗ bị nấm mốc mục mọt đều không được sử dụng vì khó có thể dán dính được đồng thời sẽ làm giảm cường độ ván Gỗ có mắt lớn và số lượng mắt gỗ nhiều hoặc tập trung đều không được sử dụng Tuỳ thuộc vào yêu cầu đối với sản phẩm các khúc gỗ có đường kính và số lượng khác nhau

được sử dụng Tốt nhất nên sử dụng các khúc gỗ có đường kính mắt nhỏ hơn 3cm và số lượng không vượt quá 4 –5 mắt trên 1mét dài khúc gỗ

Ngoài các yêu cầu trên, nguyên liệu trước khi bóc ván mỏng cần được làm sạch cát đá, kim loại hoặc các vật liệu ngoại lai khác, đồng thời phải được bóc vỏ trước khi bóc Khối lượng thể tích là đại lượng đặc trung cho tính chất cơ vật lý của nguyên liệu, tuy nhiên để khẳng định được khả năng

sử dụng nguyên liệu chúng ta cần kiểm tra các thông số về tính chất cơ vật lý của nó, từ đó có thể định hướng được tính chất của sản phẩm Thông thường nguyên liệu dùng để sản xuất ván mỏng có khối lượng thể tích trung bình nên các tính chất cơ vật lý của nó cũng thuộc mức độ trung bình Song có một số loại gỗ có khối lượng thể tích xấp xỉ nhau nhưng tính chất cơ vật lý lại khác nhau Sở dĩ có điểm khác biệt này là do cấu tạo của gỗ gây ra Và chính các tính chất của nguyên liệu này quyết định đến khả năng gia công và chất lượng sản phẩm mà nó tạo ra

Ván mỏng có các thông số đặc trưng là: Độ nhẵn bề mặt, độ ẩm ván mỏng, sai số chiều dày ván

đó dẫn đến nội ứng suất sinh ra trong màng keo khi đóng rắn lớn, làm chất lượng mối dán giảm

Độ nhấp nhô tốt nhất đối với ván mỏng thường là: Đối với gỗ lá kim: H

= 300-350 m Đối với gỗ lá rộng: H = 160-200 m

Ảnh hưởng của độ ẩm ván mỏng

Độ ẩm ván mỏng là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Vì vậy, trị số độ ẩm phải được xác định một cách

cụ thể tùy thuộc từng điều kiện công nghệ

Nếu độ ẩm của ván mỏng lớn hơn độ ẩm qui định, dẫn tới hiện tượng:

- Làm giảm độ nhớt của keo, do đó để tạo thành màng keo không liên tục và kéo dài thời gian đóng rắn của màng keo

- Trong điều kiện ép nhiệt màng keo có thể bị phá vỡ ở giai đoạn cuối (nổ ván) do hơi nước không thoát được ra ngoài

- Trong điều kiện ép nguội: Độ ẩm ván mỏng lớn nghĩa là độ ẩm sản phẩm cao, do vậy phải sấy ván sau khi ép, tạo thành nội ứng suất trong sản phẩm

Ngược lại, nếu độ ẩm ván mỏng nhỏ hơn độ ẩm qui định:

- Gỗ sẽ hút dung môi của keo làm cho nồng độ keo tăng dẫn tới khó có khả năng trải đều trên bề mặt ván

- Ván mỏng có độ ẩm thấp, độ đàn hồi kém, khả năng tiếp xúc giữa 2 lớp ván mỏng khó

Bằng thực nghiệm, người ta xác định được rằng: Khi dùng keo U-F: Độ

ẩm cuối cùng của ván mỏng, MCc = 10-12% Khi dùng keo P-F: Ván có sấy sau khi tráng keo: MCc = 12-14% Ván không sấy sau khi tráng keo: MCc = 7-10%

Ảnh hưởng của sai số chiều dày ván mỏng

Trong quá trình bóc ván mỏng, do quan hệ động học giữa dao bóc và gỗ hoặc do lắp dao bóc và thước nén không chính xác thường tạo ra tấm ván mỏng có chiều dày không đều tại một tiết diện nào đó của tấm ván

Sai số chiều dày của ván mỏng sẽ dẫn đến:

- Chiều dày màng keo không đều, chất lượng mối dán giảm;

- Mật độ ván tại các vị trí không đều nhau sinh ra nội ứng suất trong tấm ván

Do vậy, khi bóc yêu cầu không được tạo ra các tấm ván mỏng có chiều dày không đều (tại một tiết diện tấm ván)

2.1.3.2 Ảnh hưởng của keo dán (chất kết dính)

Hiện nay, trong sản xuất ván dán thường sử dụng 2 loại keo: Formaldehyde và Phenol-Formaldehyde Ảnh hưởng của keo dán đến chất lượng sản phẩm được thể hiện qua các thông số:

Urea-Ảnh hưởng của nồng độ keo

Nồng độ keo có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối dán vì trong quá trình dán ép dung môi chủ yếu của keo được gỗ hút thấm Nếu nồng độ của keo thấp thì làm cho độ ẩm của sản phẩm cao

Trong điều kiện ép nhiệt, nếu nồng độ keo thấp sẽ dẫn tới độ nhớt của keo giảm, chất lượng mối dán giảm Mặt khác, khi nồng độ keo thấp thường

có hiện tượng keo bị đóng rắn trong dung môi trước khi sử dụng

Ngược lại, nếu nồng độ của keo quá cao, khả năng trải đều giữa keo và

gỗ khó, do vậy, thường tạo ra màng keo không liên tục

Trong sản xuất ván dán, nồng độ của keo phù hợp là: Đối với keo U-F: Nồng độ của keo 40-60% Đối với keo P-F: Nồng độ keo 35-50%

Ảnh hưởng của độ nhớt

Độ nhớt của keo đặc trưng cho nội lực sinh ra trong keo khi các phân tử chuyển động, quyết định khả năng thấm ướt keo lên bề mặt gỗ Muốn có màng keo mỏng, đều và liên tục yêu cầu keo phải có độ nhớt phù hợp

Độ nhớt của keo thấp chứng tỏ mức độ trùng ngưng của keo thấp, chất lượng dán dính thấp

Độ nhớt của keo cao, khả năng dàn trải keo lên bề mặt ván mỏng khó do vậy khó tạo ra một màng keo liên tục

Độ nhớt của keo phù hợp trong sản xuất ván dán hiện nay: Đối với keo U-F: 400-600 mPas (ở 20oC) Đối với keo P-F: 300-450 mPas (ở 20oC)

Ảnh hưởng của lượng keo tráng

Trong thực tế sản xuất hiện nay tỷ suất của keo chiếm hơn 20% giá thành sản phẩm Chính vì vậy, người ta tìm mọi cách giảm chi phí của keo trên cơ sở màng keo tạo thành phải liên tục

Chi phí keo phụ thuộc vào loại keo, thiết bị tráng, chất lượng ván mỏng

và trình độ công nhân Để giảm chi phí keo, trong sản xuất ván dán người ta

sử dụng một lượng chất độn như tinh bột, bột gỗ yêu cầu với chất độn là không ảnh hưởng đến sự đóng rắn của keo và lượng chất độn cho vào ảnh hưởng không lớn đến chất lượng của mối dán

Lượng keo tráng thông thường: 140 - 240 g/m2 bề mặt

2.1.3.3 Ảnh hưởng của các thông số chế độ dán ép

Nhiệt độ dán ép: Về nguyên lý ta có thể ép ván ở nhiệt độ bình thường

hoặc ở nhiệt độ cao Song thực tế cho thấy ép ván ở nhiệt độ cao ván có tất cả các tính chất tốt hơn ép ở nhiệt độ bình thường Do ép ván ở nhiệt độ cao gỗ được mềm hóa, khả năng tiếp xúc giữa các lớp ván mỏng tốt hơn Ép ở nhiệt

độ cao, độ nhớt của keo giảm, khả năng trải đều của keo tăng

Ngoài ra, khả năng chịu nhiệt của keo tương đối lớn; cho nên để nâng cao năng suất máy ép cho phép chúng ta có thể dán ép ván ở nhiệt độ cao Tuy nhiên, nếu nhiệt độ dán ép quá cao thì độ nhớt của keo (đặc biệt là keo P-F) giảm rất nhanh, làm tăng khả năng thấm sâu của keo vào trong gỗ, màng keo dễ bị dán đoạn, độ bền mối dán giảm

Trong trường hợp chiều dày sản phẩm lớn, nếu nhiệt độ ép quá cao, để đạt được mức độ đóng rắn cần thiết của màng keo trong cùng thì các màng keo phía ngoài thường bị phá hủy vì nhiệt (đặc biệt đối với ván mỏng là gỗ lá kim)

Nếu nhiệt độ quá cao, thường có hiện tượng màng keo bị khô hoặc bị đóng rắn cục bộ, chất lượng mối dán giảm đáng kể

Vì vậy, khi xác định trị số nhiệt độ dán ép ngoài các yếu tố kể trên, phải

kể đến số lớp ván mỏng của một sản phẩm, loại keo sử dụng, sự khác nhau giữa hệ số truyền nhiệt của gỗ và keo

Bằng thực nghiệm, đã xác định trị số nhiệt độ dán ép thích hợp: Đối với keo P-F: Ván có sấy sau khi tráng keo: T = 150-160oC Ván không sấy sau khi tráng keo: T = 130-145oC Đối với keo U-F: Ván lớn hơn 5 lớp: T = 105-

120oC Ván nhỏ hơn hoặc bằng 5 lớp: T = 120-140oC

Áp suất dán ép: Theo nguyên lý dán dính, khi bề mặt vật dán phẳng và

nhẵn, khả năng trải đều của keo lớn thì lực ép không đáng kể Trị số của áp suất ép phù hợp là trị số để tạo thành màng keo mỏng, đều và không có bọt khí giữa 2 lớp ván mỏng Áp suất dán ép phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố:

- Trạng thái gỗ: Bao gồm độ ẩm; khối lượng riêng, độ nhẵn bề mặt

- Trạng thái keo: Chủ yếu là độ nhớt

Đặc biệt, khi xác định trị số của áp suất dán ép còn phải lưu ý đến đến sai số chiều dày của ván và mức độ đồng phẳng của bàn ép

Trong điều kiện tối ưu (lý tưởng) trị số áp suất ép chỉ cần: 5-7 N/cm2 Nhưng trong thực tế sản xuất người ta chọn trị số áp suất ép và phương pháp ép: Ép nguội: P = 0,7-1,2 Mpa; Ép nhiệt: P = 1,4-2,2 MPa

Trị số áp suất này không nhất thiết phải duy trì trong toàn bộ thời gian

ép, điều đó dẫn đến độ co rút của ván tăng và tiêu hao nguyên liệu lớn (đặc biệt trong trường hợp ván dày) Trong thực tế chỉ cần duy trì Pmax khoảng 0,5-0,65 thời gian dán ép, nghĩa là khi các liên kết keo được định hình

Giai đoạn giảm áp có ý nghĩa hết sức quan trọng Sự toàn vẹn của liên kết keo có thể bị phá hủy nếu giảm áp suất ép đột ngột Thông thường quá