Ván nhân tạo

Nhưng gỗ cũng là vật liệu không đồng nhất, có tính phương hướng, chênh lệch rất lớn giữa tính năng vật lý, cơ học chiều dọc thớ và ngang thớ trên 10 lần; cây trong quá trình sinh trưởng

Mục lục

Lời nói đầu vii

1 Phần mở đầu 1

1.1 Phát triển sản xuất ván nhân tạo 1

1.1.1 Tóm tắt lịch sử phát triển 1

1.1.2 Tình hình sản xuất 2

1.1.3 Xu thế phát triển 4

1.2 Phân loại ván nhân tạo 5

1.2.1 Phân loại theo loại hình quá trình sản xuất 5

1.2.2 Phân loại theo tính năng sử dụng 6

1.2.3 Phân loại theo đơn nguyên gỗ (hoặc ngoài gỗ) tổ thành 6

1.2.4 Phương pháp phân loại kiểu tổng hợp 7

1.3 Tính chất cơ bản và công dụng của ván nhân tạo 8

1.3.1 Tính năng ngoại quan 8

1.3.2 Tính năng nội quan 8

1.3.3 ứng dụng của ván nhân tạo 12

1.4 Phương pháp sản xuất ván nhân tạo 13

1.4.1 Sản xuất đơn nguyên 13

1.4.2 Gia công thành hình ván 14

1.5 Tiêu chuẩn ván nhân tạo 15

1.5.1 Tiêu chuẩn Quốc tế và tiêu chuẩn tiên tiến của nước ngoài 16

1.5.2 Nguyên tắc và yếu tố xây dựng Tiêu chuẩn kỹ thuật 16

1.6 Nguyên tắc cấu thành ván nhân tạo 19

1.6.1 Nguyên tắc đối xứng 19

1.6.2 Nguyên tắc sắp xếp chiều thớ giữa các lớp 21

1.6.3 Nguyên tắc lớp số lẻ 21

2 Nguyên liệu 22

2.1 Yêu cầu của sản xuất ván nhân tạo đối với nguyên liệu 22

2.2.1 Yêu cầu của sản xuất ván dán đối với nguyên liệu 22

2.1.2 Yêu cầu của ván dăm, ván sợi đối với nguyên liệu 23

2.2 Tính chất của nguyên liệu gỗ 23

2.2.1 Tính chất vật lý của gỗ 23

2.2.2 Tính chất cường độ của gỗ 25

2.2.3 Tổ thành hóa học và tính chất của gỗ 25

2.3 Đặc tính của nguyên liệu ngoài gỗ 32

2.4 Keo dán 34

2.4.1 Điều kiện cần có của keo dán 34

2.4.2 Keo dán nhựa tổng hợp 35

2.4.3 Keo dán vô cơ 37

2.5 Các chất phụ gia 40

2.5.1 Chất chống nước 40

2.5.2 Chất đóng rắn 41

2.5.3 Chất độn 41

2.5.4 Chất chống cháy 42

2.5.5 Chất bảo quản 44

2.6 Vật liệu phủ mặt 44

2.6.1 Ván mỏng 44

2.6.2 Giấy tẩm Melamine và tấm trang sức Melamine 47

2.6.3 Màng mỏng trang sức PVC 49

2.7 Dự trữ và bảo quản nguyên liệu 49

2.8 Bóc vỏ và loại vỏ 50

3 Gia công đơn nguyên cơ bản 53

3.1 Xử lý hoá dẻo nguyên liệu 53

3.1.1 Phương pháp xử lý hoá mềm 54

3.1.2 Công nghệ xử lý hoá mềm 55

3.1.3 Thiết bị xử lý hoá mềm 59

3.2 Chế tạo ván mỏng 60

3.2.1 Định tâm khúc gỗ 60

3.2.2 Bóc ván mỏng 65

3.2.3 Bóc tre 90

3.3 Tạo ván lạng 92

3.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu lạng ván lạng 92

3.3.2 Xử lý nhiệt gỗ hộp 94

3.3.3 Lạng ván 94

3.3.4 Máy lạng 97

3.3.5 Bóc nửa vòng 97

3.4 Tạo dăm 98

3.4.1 Cắt ngắn và chẻ gỗ nguyên liệu 98

3.4.2 Loại bỏ kim loại lẫn vào 98

3.4.3 Loại hình và hình thái dăm 98

3.4.4 Công nghệ tạo dăm 102

3.4.5 Thiết bị tạo dăm 103

3.5 Phân ly sợi 111

3.5.1 Lý thuyết phân ly sợi 111

3.5.2 Nhân tố chủ yếu trong quá trình nghiền bột 113

3.5.3 Công nghệ và thiết bị tạo bột phương pháp nghiền nhiệt 115

3.6 Chế tạo các đơn nguyên cơ bản khác và gia công đặc biệt 120

3.6.1 Chế tạo mảnh tre 120

3.6.2 Gia công nan tre 122

3.6.3 Gia công sợi gỗ hoặc sợi tre 124

3.6.4 Gia công bó sợi 124

3.6.5 Bóc siêu âm 125

4 Sấy 126

4.1 Nguyên lý cơ bản của sấy 126

4.1.1 Nguyên lý sấy 126

4.1.2 Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy 128

4.2 Hệ thống cung ứng lượng nhiệt 132

4.2.1 Tính nhiệt lượng 132

4.2.2 Mô thức cung ứng và chuyển đổi nhiệt lượng 134

4.3 Sấy ván mỏng 136

4.3.1 Nhân tố ảnh hưởng sấy ván mỏng 136

4.3.2 Máy sấy ván mỏng 141

4.3.3 Chất lượng sấy ván mỏng 147

4.4 Sấy sợi và dăm 150

4.4.1 Nhân tố ảnh hưởng công nghệ sấy 150

4.4.2 Máy sấy sợi và dăm 155

4.5 Khống chế quá trình sấy 165

4.5.1 Khống chế độ ẩm 165

4.5.2.Khống chế chống cháy 168

5 Gia công cất giữ bán sản phẩm 172

5.1 Gia công và cất giữ ván mỏng 172

5.1.1 Gia công và cất giữ ván mỏng ướt 172

5.1.3 Cất giữ ván mỏng 183

5.2 Gia công và cất giữ sợi 184

5.2.1 Phân loại sợi 184

5.2.2 Cất giữ sợi 187

5.3 Gia công và cất giữ dăm 188

5.3.1 Phân loại dăm 188

5.3.2 Làm nhỏ lại dăm 194

5.3.3 Cất giữ dăm 196

5.4 Vận chuyển bán thành phẩm 199

5.4.1 Vận chuyển ván mỏng 199

5.4.2 Vận chuyển sợi và dăm 199

6 Tráng (phun) keo 204

6.1 Điều chế keo 204

6.1.1 Mục đích điều chế keo 204

6.1.2 Dây chuyền công nghệ điều chế keo 204

6.2 Tráng keo nguyên liệu gỗ tấm lớn 205

6.2.1 Phương pháp tráng keo 205

6.2.2 Lượng keo tráng 208

6.3 Trộn keo dăm 209

6.3.1 Yêu cầu tính năng của keo dùng cho ván dăm 209

6.3.2 Lượng keo trộn 210

6.3.3 Tính lượng và khống chế 211

6.3.4 Phương pháp trộn keo và so sánh giữa chúng 213

6.3.5 Thiết bị trộn keo 217

6.4 Trộn keo sợi 221

6.4.1 Xử lý chống ẩm 222

6.4.2 Trộn keo sợi phương pháp khô 226

6.4.3 Công nghệ trộn keo 229

7 Trải thảm và ép sơ bộ 233

7.1 Xếp phôi vật liệu ép lớp 233

7.1.1 Xếp phôi ván dán 233

7.1.2 Xếp phôi ván chất liệu polime gỗ ép lớp 235

7.1.3 Xếp phôi ván ghép thanh có phủ mặt 237

7.1.4 Xếp phôi gỗ ép lớp ván mỏng (LVL) 240

7.2 Trải thảm dăm 241

7.2.1 Yêu cầu công nghệ trải thảm 241

7.2.2 Phương pháp trải thảm 242

7.2.3 Máy trải thảm 243

7.3 Trải thảm sợi 248

7.3.1 Trải thảm phương pháp khô 248

7.3.1 Trải thảm phương pháp ướt 256

7.4 Trải thảm định hướng 257

7.4.1 Trải thảm định hướng dăm 257

7.4.2 Trải thảm định hướng sợi 260

7.5 Thành hình mặt cong 261

7.5.1 Ván mỏng uốn cong dán dính 261

7.5.2 ép khuôn thành hình 266

7.6 ép trước 270

7.6.1 ép trước phôi ván dán 270

7.6.2 ép trước phôi ván dăm 270

7.6.3 ép phôi ván sợi 272

8 ép nhiệt 274

8.1 Nguyên lý cơ bản của ép nhiệt 274

8.1.1 Tác dụng của nhiệt độ 274

8.1.2 Độ ẩm của phôi ván và quan hệ của nó với nhiệt độ 278

8.1.3 Tác dụng của lực ép 281

8.1.4 Thời gian ép 286

8.2 Nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến công nghệ ép nhiệt 288

8.2.1 Độ ẩm của phôi ván 288

8.2.2 Đường cong ép nhiệt thường dùng 289

8.2.3 Tham số ép nhiệt thường dùng 292

8.3 Công nghệ ép nhiệt kiểu gián đoạn 293

8.3.1 Máy ép nhiệt nhiều tầng 293

8.3.2 Máy ép nhiệt một tầng 295

8.3.3 So sánh máy ép nhiệt 1 tầng và nhiều tầng 297

8.4 Công nghệ ép nhiệt kiểu liên tục 299

8.4.1 Máy ép nhiệt liên tục kiểu ép trục 299

8.4.2 Máy ép liên tục kiểu tấm phẳng băng thép 301

8.4.3 Máy ép đùn kiểu liên tục 303

8.5 Công nghệ ép nhiệt đặc biệt 307

8.5.1 Phun hơi nước 307

8.5.2 ép chân không 310

8.5.3 Máy ép nhiều tầng có tấm ép màng mỏng 310

9 Gia công sau ép nhiệt 312

9.1 Làm nguội 312

9.2 Cắt cạnh 314

9.2.1 Yêu cầu kỹ thuật của cắt cạnh 314

9.2.2 Dao cắt 314

9.2.3 Máy cắt cạnh 317

9.3 Gia công bề mặt 319

9.3.1 Sửa chữa mặt ván 319

9.3.2 Cạo nhẵn 319

9.3.3 Đánh nhẵn 321

9.4 Xử lý điều chất 327

9.5 Xử lý giảm lượng phát tán Formaldehyde 328

9.5.1 Xử lý amonium hydroxide NH4OH 328

9.5.2 Phương pháp xử lý bằng dung dịch Urea 329

9.6 Xử lý chậm cháy 330

10 Ván nhân tạo chất kết dính vô cơ 332

10.1 Ván dăm xi măng 332

10.1.1 Cơ chế cấu thành ván dăm xi măng 333

10.1.2 Công nghệ sản xuất ván dăm xi măng 336

10.1.3 Phương pháp sản xuất ván dăm xi măng đóng rắn nhanh 338

10.1.4 Nhân tố ảnh hưởng đến sản xuất ván dăm xi măng 338

10.1.5 Tính năng của ván dăm xi măng 340

10.2 Ván dăm thạch cao 341

10.2.1 Cơ chế cấu thành ván dăm thạch cao 341

10.2.2 Vật liệu tổ thành ván dăm thạch cao 342

10.2.3 Công nghệ sản xuất ván dăm thạch cao 342

10.2.4 Nhân tố ảnh hưởng đến sản xuất ván dăm thạch cao 348

10.2.5 Tính năng của ván dăm thạch cao 350

10.3 Ván nhân tạo vô cơ khác 351

10.3.1 Ván dăm xỉ quặng 351

10.3.2 Ván dăm tro than cám 352

11 Gia công chiều sâu 353

11.1 Phân loại gia công chiều sâu 353

11.2 Chuẩn bị vật liệu nền 354

11.2.1 Đặc tính của vật liệu nền 354

11.2.2 Yêu cầu của gia công chiều sâu với vật liệu nền 355

11.3 Công nghệ dán keo 356

11.3.1 Dán mặt bằng ván lạng 356

11.3.2 Dán keo giấy trang sức in 359

11.3.3 Phủ mặt nhựa tổng hợp 361

11.4 Sơn trang sức bề mặt 365

11.4.1 Sơn trang sức bề mặt 365

11.4.2 In trực tiếp 369

11.4.3 Trang sức vật liệu sơn trong suốt 370

11.4.4 Trang sức vật liệu sơn không trong suốt 370

11.5 Gia công đặc biệt (chậm cháy, ổn định kích thước) 371

11.5.1 Xử lý chậm cháy 371

11.5.2 Xử lý ổn định kích thước 375

12 Khống chế chất lượng 379

12.1 Quản lý chất lượng sản xuất ván dăm 380

12.1.1 Đặc điểm sản xuất 380

12.1.2 Công nghệ sản xuất 380

12.1.3 Trọng điểm quản lý chất lượng 381

12.1.4 Chế định quy trình công nghệ và yêu cầu của các công đoạn 382

12.2 Xử lý số liệu 383

12.2.1 Mục đích thu thập số liệu và chủng loại số liệu 384

12.2.2 Phương pháp xử lý số liệu 384

12.3 Chỉ số năng lượng của công đoạn 393

12.4 Phương pháp cơ bản quản lý chất lượng 395

12.4.1 Phân tích hiện trạng tìm ra vấn đề 395

12.4.2 Nghiên cứu kế sách, xây dựng kế hoạch – P giai đoạn 398

12.4.3 Huấn luyện nhân viên, chấp hành kế hoạch – D giai đoạn 399

12.4.4 Kiểm tra kết quả, giải quyết vấn đề – giai đoạn C 400

12.4.5 Tổng kết kinh nghiệm, chế định tiêu chuẩn – giai đoạn A 400

12.4.6 Vấn đề tồn đọng, chuyển vào tuần hoàn sau 400

12.5 Khuyết tật thường gặp trong sản xuất ván nhân tạo và giải pháp cải tiến .400

12.5.1 Ván dán 400

12.5.2 MDF 403

13 Bảo vệ môi trường và vệ sinh công nghiệp 407

13.1 Môi trường và bảo vệ môi trường 407

13.1.1 Môi trường 407

13.1.2 Bảo vệ môi trường 407

13 2 Ô nhiễm môi truờng công nghiệp ván nhân tạo và xử lý nó 416

13.2.1 Ô nhiễm môi trường của công nghiệp ván nhân tạo 416

13.2.2 Kỹ thuật khống chế ô nhiễm không khí công nghiệp ván nhân tạo420 13.2.3 Xử lý ô nhiễm nước công nghiệp ván nhân tạo 429

13.2.4 Kỹ thuật khống chế tiếng ồn công nghiệp ván nhân tạo 440

13.3 An toàn vệ sinh lao động trong sản xuất ván nhân tạo 449

13.3.1 Tiêu chuẩn an toàn vệ sinh lao động 449

13.3.2 Chế độ quản lý an toàn vệ sinh lao động 451

14 Thiết kế công nghệ sản xuất 453

14.1 Tư liệu thiết kế 453

14.1.1 Bản nhiệm vụ thiết kế 453

14.1.2 Tư liệu gốc thiết kế 453

14.1.3 Những việc cần chú ý 454

14.2 Quá trình thiết kế 454

14.2.1 Nội dung thiết kế 454

14.2.2 Bước thiết kế 454

14.2.3 Chọn thiết bị và tính 460

14.2.4 Vẽ sơ đồ bố trí mặt bằng phân xưởng 461

14.2.5 Viết thuyết minh thiết kế công nghệ 465

Lời nói đầu

Giáo trình này là giáo trình trọng điểm mà Nhà nước “95” cho giáo dục Đại học

Gỗ có khối lập thể tự nhiên, vân thớ đẹp, có tác dụng hút và nhả ẩm, có công năng điều tiết ẩm, hệ số dẫn nhiệt nhỏ, có cảm giác ấm lạnh bề mặt tương đối tốt, vì thế nó là một loại vật liệu tốt dùng trong nội thất; cường độ so sánh của gỗ (giá trị so sánh giữa cường độ và khối lượng thể tích) tương đối lớn (thí dụ cường độ

so sánh của giới hạn bền kéo dọc thớ của Thông Vân Nam là 27x105cm, còn thép 45’ là 7,96x105cm, Nilon 66 là 5,99x105cm), dễ gia công, vì thế nó là một loại vật liệu công trình tốt, phạm vi sử dụng rộng Nhưng gỗ cũng là vật liệu không

đồng nhất, có tính phương hướng, chênh lệch rất lớn giữa tính năng vật lý, cơ học chiều dọc thớ và ngang thớ (trên 10 lần); cây trong quá trình sinh trưởng có thể hình thành các loại khuyết tật (mắt, xoắn thớ ), làm cho tính năng cơ học của gỗ tương đối lớn; hình dạng tự nhiên của cây, làm cho chiều rộng sản phẩm sử dụng trực tiếp gỗ tương đối hẹp, vì thế có hạn chế nhất định trong sử dụng Để khắc phục những tồn tại trên, dùng các loại đơn nguyên gia công (ván mỏng, dăm, sợi ), kỹ thuật tổ hợp và phức hợp trọng yếu tạo thành nhiều loại ván nhân tạo thỏa mãn nhu cầu của con người Gỗ là nguồn nguyên liệu có thể tái sinh, điều này là điều mà các loại vật liệu khác không thể có được, càng nhận được sự chú ý

và phạm vi sử dụng ngày càng mở rộng

Ván nhân tạo là một loại vật liệu do các đơn nguyên có hình dạng khác nhau thông qua dán dính của keo dán thành một khối, là một trong những vật liệu phức hợp Ngày nay, các tổ chức xã hội trên thế giới công nhận vật liệu, nguồn năng lượng và kỹ thuật tin học là 3 trụ cột của nền văn minh hiện đại “Công nghệ ván nhân tạo” là một môn khoa học ứng dụng nghiên cứu giữ gìn ưu điểm tự nhiên

của gỗ (tre), thông qua kỹ thuật phức hợp với các vật liệu khác, hình thành một loại vật liệu kiểu mới Loại vật liệu kiểu mới này vừa giữ được các đặc sắc chủ yếu của vật liệu gốc, lại có thể thông qua hiệu ứng phức hợp thu được những tính năng mà các vật liệu gốc không có được; còn có thể thông qua thiết kế vật liệu làm cho tính năng của các thành phần bổ sung cho nhau, thu được những tính năng của vật liệu mới, mở ra một con đường mới tạo nên vật liệu phức hợp có cường độ so sánh lớn hơn 4x106cm và modul so sánh lớn hơn 4x108cm Trọng

điểm của sách trình bày lý luận cơ bản và kỹ thuật ứng dụng hiệu quả cao, tổng hợp lợi dụng gỗ; các nguyên lý tạo các loại đơn nguyên kỹ thuật phức hợp và lý luận của đơn nguyên, chất kết dính và các vật liệu khác; gia công tinh và bảo vệ môi trường ván nhân tạo,

Chủ biên giáo trình này là giáo sư Hoa Dục Khôn Tác giả của chương 1, 12

là giáo sư Hoa Dục Khôn; chương 2, 6, 7, 11 và 13 tác giả là giáo sư Từ Vịnh Lan; tác giả của chương 3, 8 là giáo sư Lư Hiểu Ninh; tác giả chương 4, 5, 9, 10

và 14 là giáo sư Châu Định Quốc Thẩm duyệt giáo trình này là các giáo sư Trương Quí Lân và Đàn Thủ Hiệp, xin đặc biệt cảm ơn

Do trình độ và của các tác giả có hạn, lần đầu tiên đưa công nghệ ván dán, công nghệ ván dăm và công nghệ ván sợi hợp thành một cuốn công nghệ ván nhân tạo, thiếu sót khó tránh khỏi Kính mong nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc

Các tác giả

Tháng 8 - 2002

1 Phần mở đầu

Ván nhân tạo lấy gỗ và các thực vật có sợi khác làm nguyên liệu, thông qua quá trình công nghệ riêng, cho chất kết dính hoặc không chất kết dính, ở điều kiện nhất định ép thành ván hoặc gỗ ép Sản xuất ván nhân tạo là con đường lợi dụng có hiệu quả cao và tiết kiệm tài nguyên gỗ Ngày nay, công nghiệp ván nhân tạo đã trở thành một trong những nhánh quan trọng của công nghiệp gỗ nước ta

1.1 Phát triển sản xuất ván nhân tạo

1.1.1 Tóm tắt lịch sử phát triển

1000 năm trước công nguyên, người cổ Ai Cập là những người đầu tiên xẻ

được ván mỏng, chủ yếu dùng để làm vật liệu trang sức; cỗ máy bóc đầu tiên

được phát minh vào năm 1818, cuối thế kỷ XIX mới bắt đầu sản xuất ván dán sản lượng lớn, đến thế kỷ XX mới từng bước hình thành công nghiệp ván dán Hiện nay, sản xuất ván dán có 3 khu vực lớn: Bắc Mỹ dùng gỗ lá kim tạo thành ván mỏng dày ép thành ván dán dày; Bắc Âu dùng gỗ đường kính nhỏ nối dài ván mỏng ép thành kết cấu ván dán thớ ngang; Đông Nam á dùng gỗ lá rộng rừng mưa nhiệt đới chủ yếu sản xuất ván dán 3 lớp Trung Quốc lấy sản xuất ván dán 3 lớp làm chính, dùng gỗ nhập khẩu làm lớp mặt; một số sản xuất ván dán gỗ dày nội địa

Năm 1941 Đức là nước đầu tiên xây dựng nhà máy sản xuất ván dăm, năm

1948 phát minh ra máy ép đùn kiểu liên tục, những năm 50 bắt đầu sản xuất máy

ép nhiệt một tầng, và trên cơ sở máy ép nhiệt kiểu liên tục Bartev của Anh phát minh ra máy ép nhiệt liên tục cận đại kết cấu đơn giản, kỹ thuật tiên tiến, ứng dụng rộng rãi trong sản xuất ván dăm và ván sợi có khối lượng thể tích trung bình phương pháp khô Sau này do sản lượng keo dán tổng hợp tăng lên, giá thành giảm, càng thúc đẩy phát triển công nghiệp sản xuất ván dăm, làm cho nó trở thành một loại ván có sản lượng cao nhất trong 3 loại ván Sản xuất ván dăm của nước ta bắt đầu vào thời kỳ thành lập nước, chỉ cho đến sau khi nhập kỹ thuật ván nhân tạo đồng bộ sản lượng 30.000m3 của Đức mới phát triển nhanh chóng, và thành một ngành sản xuất Năm 1997 nước ta bắt đầu sản xuất ván dăm định hướng (OSB), (Oriented Structural Board, còn gọi là ván kết cấu định hướng) Sản xuất ván sợi bắt nguồn từ kỹ thuật sản xuất carton của công nghiệp sản xuất giấy, sản phẩm sản xuất mở đầu là ván sợi mềm, đầu thế kỷ XX ở Mỹ và một số nơi khác trở thành một loại công nghiệp Năm 1926 ứng dụng phương pháp bùng nổ của Mason bắt đầu sản xuất ván sợi cứng, năm 1931 sau khi phát minh ra máy nghiền nhiệt dăm kiểu liên tục Asplund thúc đẩy ván sợi cứng phương pháp ướt, và trở thành phương pháp chủ yếu Năm 1952 Mỹ bắt đầu sản xuất ván sợi cứng bằng phương pháp khô; năm 1965 bắt đầu chính thức xây xưởng sản xuất ván sợi có khối lượng thể tích trung bình (MDF) Năm 1958 nước

ta bắt đầu sản xuất ván sợi cứng phương pháp ướt, những năm 80 bắt đầu phát

triển ván sợi có khối lượng thể tích trung bình phương pháp khô Do khó khăn kỹ thuật xử lý nước thải và giá thành, của phương pháp ướt, làm cho phương pháp khô trở thành xu hướng phát triển của ván sợi

Ba Lan Nhật Thế giới

464

Đức

Luxambua

50

Trung Quốc

12

Bảng 1.3 Tỷ trọng của các loại ván nhân tạo (%)

Loại ván

Ván định hướng

Ván sợi có KLTT trung bình

Các loại khác (ván sợi p 2

đây tốc độ tăng trưởng hàng năm khoảng 13%, năm 1993 sản lượng đạt 7.700.000m3, năm 1996 đạt 15.000.000m3, năm 2000 đạt 21.000.000m3 Lượng tiêu thụ ván dăm định hướng hiện nay ở Mỹ là 10 triệu m3, năm 1996 sản lượng

đạt 8.200.000m3, năm 2001 đạt 10.600.000m3; sản lượng OSB cao gấp 3,5 lần ván dán, năm 2001 đạt 8.500.000m3, còn sản lượng ván dán gỗ lá kim từ 1.800.000m3 giảm còn 1.600.000m3

Tình hình phát triển ván nhân tạo của Trung Quốc xem bảng 1.4

Bảng 1.4 Sản lượng và dự báo ván nhân tạo của Trung Quốc (10.000m 3 )

Ván sợi Năm lượng ván Tổng sản

nhân tạo

Ván dán Ván dăm Tổng sản

Các loại ván nhân tạo khác

Từ bảng 1.4 ta có thể thấy tốc độ phát triển công nghiệp ván nhân tạo của Trung Quốc rất nhanh, nhưng lượng tiêu dùng bình quân đầu người còn rất thấp (bảng 1.5) Tuy nhiên rất có triển vọng, ứng dụng của ván nhân tạo ở nước ta chủ yếu tập trung ở đồ mộc (bảng 1.6); còn ở nước ngoài chủ yếu dùng trong kiến trúc, thường chiếm khoảng 50%

Bảng 1.5 Lượng ván tiêu dùng bình quân/người ở các nước (m 3 /người)

Lượng tiêu

Bảng 1.6 Tỷ lệ ứng dụng ván nhân tạo của nước ta (%)

Loại ván Đồ mộc Kiến trúc Giao thông vận tải Bao bì Các loại khác

Do con người sử dụng nhiều gỗ, dẫn đến trữ lượng rừng tự nhiên suy giảm,

ảnh hưởng đến môi trường sống của nhân loại; tài nguyên gỗ rừng tự nhiên là chính chuyển sang rừng trồng, ngoài ra tài nguyên ngoài gỗ như tre, phế liệu nông nghiệp, cũng tạo được sự chú ý của mọi người Thay đổi của tài nguyên nguyên liệu mang đến nhiều vấn đề kỹ thuật cho công nghiệp chế biến gỗ, chờ

đợi chúng ta giải quyết

- Kiên trì sản xuất sản phẩm ô nhiễm thấp, ít phá hủy môi trường sinh thái, tức là sản phẩm 4R

Lợi dụng triệt để tài nguyên có thể tái sinh (Regrown) Gỗ và các nguyên liệu sợi thực vật khác là một loại tài nguyên nhờ năng lượng mặt trời có thể tái sinh, vì thế nó là tài nguyên thiên nhiên, có hiệu ứng có ích đối với con người Do đó

được mọi người rất chú ý và mở rộng ứng dụng

Nguyên tắc giảm Entropy (Reduce Entropy), yêu cầu dùng nguồn nguyên liệu và năng lượng tương đối ít để đạt được mục tiêu kinh tế đã định, tức là trong quá trình sản xuất tạo ra ít và thấp phế liệu, khí thải, nước thải, tiêu hao năng lượng, , giảm ô nhiễm môi trường

Nguyên tắc sử dụng lại (Reuse), thể hiện tương đối nhiều trong chế tạo sản phẩm và bao bì Người sản xuất nên coi sản phẩm và bao bì một dụng cụ sinh hoạt hàng ngày để thiết kế, làm cho nó được sử dụng nhiều lần, chứ không phải dùng xong thì vứt đi Lon nước ngọt sau khi dùng xong rất nhiều người dùng nó

để làm cốc uống trà, đó là một thí dụ phù hợp nguyên tắc sử dụng lại

Nguyên tắc tuần hoàn lại (Recycle) Tức là làm cho các sản phẩm gỗ sau khi hoàn thành công năng sử dụng của nó, có thể lại biến thành tài nguyên có thể lợi dụng mà không phải là đống rác

- Nghiên cứu phát triển sản phẩm mới Thí dụ như ván nhân tạo tính công năng, ván nhân tạo kết cấu sắp xếp định hướng, ván nhân tạo phức hợp biến tính bằng hóa lý

- ứng dụng khoa học kỹ thuật cao Như kỹ thuật ép nhiệt chân không phun hơi nước, dùng keo loại mới, ứng dụng kỹ thuật mô phỏng vi tính để phát triển kỹ thuật hình mẫu của các công đoạn trong quá trình sản xuất ván nhân tạo

- Đi con đường kết hợp sản xuất, khoa học, phát huy thế mạnh của từng lĩnh vực, chi phí giá thành thấp nhất thu được hiệu quả lớn nhất, làm cho thành quả khoa học sớm được dùng vào sản xuất

1.2.1 Phân loại theo loại hình quá trình sản xuất

Hình 1.1 Phân loại ván nhân tạo theo loại hình quá trình sản xuất Căn cứ vào độ ẩm của phôi khi sản phẩm hình thành, phân thành phương pháp khô, phương pháp ướt và phương pháp nửa khô (hình 1.1) Do việc sản xuất bằng phương pháp ướt gặp khó khăn trong việc xử lý nước thải, giá thành cao, vì thế phương pháp sản xuất chủ yếu hiện nay là phương pháp khô

1.2.2 Phân loại theo tính năng sử dụng

Ván nhân tạo thuộc loại vật liệu phức hợp trong khoa học vật liệu, theo tính năng sử dụng của nó, có thể phân làm 2 loại lớn: Vật liệu kết cấu và vật liệu công năng (bảng 1.7) Tính năng sử dụng của vật liệu kết cấu chủ yếu là tính năng cơ học và tính năng bền lão hóa; tính năng sử dụng của vật liệu công năng chủ yếu là tính năng trang sức, chậm cháy, chống côn trùng phá hoại, chống mục, tính năng

đối với điện, quang, từ, nhiệt, âm thanh

Bảng 1.7 Phân loại ván nhân tạo theo tính năng

Phân theo tính năng Tái phân theo tính đặc biệt Tên sản phẩm

Ván kết cấu định hướng

- Gỗ ép lớp bằng các thanh gỗ

- Gỗ ép lớp bằng ván mỏng (LVL)

- Gỗ ép lớp bằng các mảnh gỗ (tre) (PSL)

- Gỗ ép lớp Polime

- Ván dán Polime hóa

- Ván sợi khối lượng thể tích cao (HDP)

- Ván dăm khối lượng thể tích cao (HDP)

1.2.3 Phân loại theo đơn nguyên gỗ (hoặc ngoài gỗ) tổ thành

+ Ván định hướng Wafer

- Ván dăm tính công năng:

+ Ván chậm cháy + Ván chống tĩnh điện

- ép khuôn bề mặt

- Thành hình hoàn chỉnh

4- Ván nhân tạo composite

Ván nhân tạo dán mặt Ván nhân tạo trang

sức Gỗ + Vật liệu khác Vật liệu kết cấu composite

- Các loại thuốc màu

Đơn nguyên (A) x Keo dán (B1) x Chất phụ gia (B2) x Hình dạng sản phẩm (C) = Ván nhân tạo

Đơn nguyên (A): Ván mỏng, miếng tre, ván gỗ, thanh gỗ, dăm lớn, dăm, sợi

Keo dán (B1): Keo tổng hợp - UF, PF, MF

Keo vô cơ - xi măng, thạch cao, xỉ than

Chất cho thêm (B2): Chất chống cháy, thuốc bảo quản, chất chống ẩm Hình dạng sản phẩm (C): Dạng phẳng, dạng khác thường (mặt cong, uốn cong), ép khuôn bề mặt

Thí dụ:

(A) Ván mỏng x (B2) Keo UF x (C) Dạng phẳng = Ván dán keo UF

Ván mỏng, thanh gỗ x Keo UF x Dạng phẳng = Ván ghép thanh

Dăm x Keo UF x Chất chống ẩm = Ván dăm phổ thông

1.3 Tính chất cơ bản và công dụng của ván nhân tạo

Tính chất cơ bản của ván nhân tạo quyết định bởi nơi sử dụng cuối cùng của ván nhân tạo Thí dụ, dùng làm vật liệu ngoại thất, yêu cầu đối với ván nhân tạo không chỉ có tính chất cơ học phải tốt, mà tính bền phải cao; dùng làm vật liệu trang sức, bề mặt phải có hình vân gỗ đẹp; sử dụng trong kiến trúc cao tầng, không chỉ có trang sức hoặc công năng khác, mà còn phải có tính năng chậm cháy

Tính chất cơ bản có thể phân thành tính năng ngoại quan và tính năng nội quan

1.3.1 Tính năng ngoại quan

Chủ yếu bao gồm kích thước ngoại hình và sai số của sản phẩm, độ cong vênh, khuyết tật của gỗ (mắt sống, mắt chết, mục, biến dạng ), khuyết tật gia công (lớp lõi chồng lên nhau, phồng rộp, tách lớp, vết ép ), cạnh ván không thẳng, sai số của đường chéo 2 góc Qui định cụ thể xem các tiêu chuẩn của sản phẩm tương ứng

2- Tính năng cơ học

Các loại sản phẩm ván nhân tạo chủ yếu nhờ keo gắn kết các đơn nguyên gỗ (hoặc ngoài gỗ) lại với nhau, vì thế chất lượng dán dính hình thành sản phẩm cuối

cùng vô cùng quan trọng Biểu trưng chủ yếu của nó là: Chất lượng dán dính, giới hạn bền uốn tĩnh, modul đàn hồi uốn tĩnh, giới hạn bền kéo dọc thớ, giới hạn bền kéo ngang thớ, tính dẻo xung kích, giới hạn bền kéo trượt màng keo, giới hạn bền

ép dọc thớ, độ cứng đầu mặt, giới hạn bền dán dính bên trong, giới hạn bền kết hợp bề mặt, lực bám đinh , xem bảng 1.9

Hình 1.2 Kết quả thí nghiệm lão hóa ván dán 9 lớp

Bảng 1.10 Tính năng cơ học sau thí nghiệm lão hóa ván nhân tạo

Ván dán gỗ Hoa dùng trong hàng không

Ván kết cấu

định hướng

MDF chịu

ướt của Châu

Âu

Ván cót

ép

sau khi mẫu đun trong nước 4

giờ, sấy khô 20 giờ (60 ± 3

GB 8624-88 Phương pháp phân cấp tính năng cháy

GB 8625-88 Phương pháp thí nghiệm tính khó cháy vật liệu kiến trúc

Formaldehyde tự do thoát ra của ván nhân tạo và chế phẩm khác

1.3.3 ứng dụng của ván nhân tạo

Phạm vi ứng dụng của ván nhân tạo rất rộng, kiến trúc, đồ mộc, tàu thuyền, bao bì, nhạc cụ, hàng không đều không tách rời khỏi nó (bảng 1.12)

Bảng 1.12 Thí dụ phạm vi ứng dụng của ván nhân tạo

ngoài

- Nhà ở

- Ván copha xây dựng

- Ván dán, OSB, Ván dăm, ván sàn, composite, dầm composite chữ I

- Ván dán,

- Ván dán, OSB

- Tường ngăn, ván sàn, tấm ngăn

- Ván dán, ván dăm, ván ghép thanh, MDF

- Ván dán, ván dăm, ván ghép thanh, MDF

- Ván dán, ván dăm, ván ghép thanh, MDF

- Ván dán, ván dăm, ván ghép thanh, MDF

(3) Phương pháp nửa khô (độ ẩm của đơn nguyên trên 30%)

Do sản xuất phương pháp ướt tạo ra lượng nước thải rất lớn, ô nhiễm môi trường, theo tiến bộ không ngừng của xã hội, mọi người nhận thức được tính quan trọng của môi trường, vì vậy mà phương pháp sản xuất lấy phương pháp khô làm chính

Căn cứ vào gia nhiệt và thông qua gia nhiệt cho phôi khi ép thành sản phẩm, chia thành phươngpháp ép nguội và phương pháp ép nóng Do thời gian ép của phương pháp ép nhiệt tương đối ngắn, hơn nữa chất lượng được đảm bảo, thường dùng phương pháp ép nhiệt

Tóm lại, phương pháp sản xuất ván nhân tạo hiện nay lấy phương pháp nhiệt khô làm phương pháp chủ đạo

Quá trình sản xuất ván nhân tạo có thể qui nạp thành 2 mảng, dơn nguyên, thành hình và gia công ván

1.4.1 Sản xuất đơn nguyên

Đơn nguyên ván nhân tạo chủ yếu bao gồm ván mỏng, dăm và sợi công đoạn chủ yếu tạo nó như bảng 1.13 Trong bảng xử lý sợi có cho thêm vào chất chống nước, keo và các chất tính công năng khác

Bảng 1.13 Công đoạn chủ yếu tạo đơn nguyên

Sản xuất ván

Tên công đoạn

Ván mỏng mỏng

Ván mỏng dày

Dăm lớn Dăm phổ

thôn

g Sợi

Bảng 1.14 Công đoạn chủ yếu thành hình ván từ ván mỏng

Ván dán phổ thông Tên công đoạn

Gỗ ép lớp Polim

Bảng 1.15 Công đoạn chủ yếu gia công thành hình ván dăm và ván sợi

Ván dăm Tên công đoạn

1.5 Tiêu chuẩn ván nhân tạo

Tiêu chuẩn ván nhân tạo chia làm 4 loại lớn: Tiêu chuẩn Nhà nước, Tiêu chuẩn Ngành, tiêu chuẩn địa phương và tiêu chuẩn Xí nghiệp Nhà nước khuyến khích Xí nghiệp xây dựng tiêu chuẩn Xí nghiệp sát với tiêu chuẩn Nhà nước hoặc tiêu chuẩn Ngành, sử dụng trong Xí nghiệp Quyền xây dựng, chấp hành và giám sát thuộc cục giám sát kỹ thuật chất lượng Nhà nước, cũng có thể ủy thác cho cơ quan hữu quan làm thay chức quyền của mình để giải quyết, như XX ủy viên tiêu chuẩn hóa, XX trạm kiểm tra chất lượng

Căn cứ vào quy định của pháp lệnh Tiêu chuẩn Nhà nước, Tiêu chuẩn Nhà nước, Tiêu chuẩn Ngành phân thành Tiêu chuẩn tính bắt buộc và Tiêu chuẩn tính giới thiệu Tiêu chuẩn bảo vệ sức khỏe con người, thân thể, an toàn tài sản và pháp luật cùng trên tiêu chuẩn thực hiện bắt buộc được pháp qui hành chính qui định là tiêu chuẩn tính bắt buộc, phải thực hiện Sản phẩm không phù hợp tiêu chuẩn tính bắt buộc, cấm sản xuất, tiêu thụ và xuất nhập khẩu Thí dụ, (qui phạm chống cháy thiết kế trang trí bên trong kiến trúc) (GB 56222-95), là tiêu chuẩn Nhà nước tính bắt buộc, trong đó qui định: (vật liệu trần nhà), gỗ và các vật liệu có liên quan đến

gỗ phải đạt được tính năng cháy cấp B1 Điều này yêu cầu các nhà sản xuất phải tiến hành xử lý chống cháy cho gỗ, sau khi đạt được mới có thể xuất xưởng sử dụng Các Tiêu chuẩn ván nhân tạo thường dùng phần lớn là tiêu chuẩn tính giới thiệu

Căn cứ vào các pháp lệnh liên quan của Nhà nước, khi ban hành tiêu chuẩn cố gắng lấy Qui trình kỹ thuật hoặc Tiêu chuẩn Quốc tế làm căn cứ, cho đến khi đạt

được ngang bằng mới dùng Tiêu chuẩn tiên tiến có liên quan của nước ngoài, như các Tiêu chuẩn: ISO, CEN, DIN, ASTM, JIS (JAS)

1.5.1 Tiêu chuẩn Quốc tế và tiêu chuẩn tiên tiến của nước ngoài

1- Tiêu chuẩn Quốc tế

Tiêu chuẩn quốc tế là tiêu chuẩn của tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO) và ủy ban công nghiệp điện quốc tế (IEC) ban hành, và tiêu chuẩn của tổ chức quốc tế

được ISO xác nhận và công bố cùng các tổ chức quốc tế khác, như, Cục đo lường quốc tế (BIPM), Tổ chức văn hóa, giáo dục liên hợp quốc (UNESCO), tổ chức quyền

sở hữu tri thức thế giới (WITO)

Tiêu chuẩn quốc tế liên quan đến phương diện ván nhân tạo có: ISO Plywood-Classification, ISO 1098-Veneer Plywood for Generaluse-General requirements

1096-2- Tiêu chuẩn tiên tiến của nước ngoài

Có thể chia thành Tiêu chuẩn tính khu vực có quyền uy Như Tiêu chuẩn do ủy ban tiêu chuẩn hóa Châu Âu (CEN) ban hành: EN 310 (Wood-based panel) Determination of modulus of Elasticity in Bending and of Bending Strength, EN 317 Particle Board and Fiber Boards Pr EN 300-94 Oriented Strand Board (OSB) Tiêu chuẩn Nhà nước của một số Quốc gia kinh tế phát triển chủ yếu trên thế giới Như, Mỹ ANSI, Đức DIN, Anh BS, Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật bản JIS, Tiêu chuẩn Nông-Lâm Nhật bản JAS như, JAS-91 (qui cách gỗ ép lớp bằng các thanh gỗ), ANSI A208 (Mat Formed Wood Particle Board), DIN 280 (Parkett) (Parquet)

3- Tiêu chuẩn của cácHội phổ biến trên thế giới

Tiêu chuẩn ban hành của hiệp hội thí nghiệm và vật liệu Mỹ (ASTM), Hiệp hội công trình sư cơ khí Mỹ (ASME) ; ASTM 1037-78 (Evaluating the Properties of Wood-Based Fiber and Particle Panel Materials), ASTMD 3500-90 (Structural Panels in Tension)

1.5.2 Nguyên tắc và yếu tố xây dựng Tiêu chuẩn kỹ thuật

Tiêu chuẩn ván nhân tạo chủ yếu là tiêu chuẩn sản phẩm, mục đích trực tiếp chế

định Tiêu chuẩn sản phẩm là: Cung cấp thông tin, tìm hiều lẫn nhau, và xúc tiến trao

đổi kỹ thuật, khắc phục ngăn cách kỹ thuật; khống chế chủng loại sản phẩm không nên quá lộn xộn; đảm bảo tính thích hợp của sản phẩm; đảm bảo tính an toàn và tin cậy của sản phẩm trong quá trình sử dụng, vệ sinh, tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường; đảm bảo sản phẩm trao đổi bình thường; đảm bảo buôn bán quốc tế tiến hành thuận lợi, khắc phục ngăn cách buôn bán Nguyên tắc chế định tiêu chuẩn sản phẩm có nguyên tắc tính mục đích, nguyên tắc độ tự do lớn nhất và nguyên tắc tính chứng thực

1- Nguyên tắc tính mục đích

Tức là căn cứ vào mục đích chế định sản phẩm để chọn nội dung kỹ thuật đã qui

định Đặc tính của một chủng loại sản phẩm có rất nhiều, mục đích của tiêu chuẩn chế định sản phẩm cũng rất nhiều, nhưng tiêu chuẩn của một hạng sản phẩm không

có khả năng, cũng không cần thiết phải đưa vào để phản ánh tất cả công năng có

được, trong tiêu chuẩn chỉ qui định trong một phạm vi nhất định những đặc tính nào

cần phải thống nhất, hoặc có thể nói là đặc tính đảm bảo tính năng sử dụng cơ bản của sản phẩm Thí dụ, phổ hình của loạt sản phẩm là để đơn giản hóa qui cách chủng loại sản phẩm; tiêu chuẩn độ chính xác của sản phẩm là để đảm bảo tính thích hợp của sản phẩm Đương nhiên, cũng có một số tiêu chuẩn sản phẩm, không chỉ phải qui định chỉ tiêu công năng chủ yếu, mà còn phải phản ánh yêu cầu công năng thứ yếu, như, vệ sinh, tiết kiệm năng lượng, thời gian sử dụng Vì thế, trong khởi thảo tiêu chuẩn, thường thường phải dùng đến giá trị nguyên lý và phương pháp phân tích công năng trong công trình

Cái gọi là phân tích công năng, là thông qua phân tích nghiên cứu đặc trưng kỹ thuật công năng sản phẩm, chia ra những đặc trưng nào là chính, những đặc trưng nào là thứ sau đó tiến hành tiêu chuẩn hóa đặc trưng chính, làm cho tiêu chuẩn sản phẩm có thể thích ứng đầy đủ yêu cầu phát triển kỹ thuật mới và sự đa dạng hiện nay Khi phân loại công năng, trước tiên nên loại bỏ nội dung thiết kế cụ thể, chỉ nghiên cứu công năng, liệt kê đặc trưng kỹ thuật động, tĩnh của sản phẩm Thường thường, hình thái biểu hiện của sản phẩm trong tiêu chuẩn có 2 loại, một loại là mô tả kích thước kết cấu của sản phẩm , hoặc gọi là đặc trưng kỹ thuật tính mô tả; loại khác là mô tả tính năng sử dụng của sản phẩm, hoặc gọi là đặc trưng kỹ thuật tính công năng Loại thứ 1 nội dung rõ ràng, tính trao đổi tốt, cung cấp một kết quả rõ ràng chính xác, có lợi cho khống chế qui cách sản phẩm, dễ kiểm tra, nhưng tính thích ứng kém, thường gây trở ngại cho tiến bộ kỹ thuật; loại thứ 2 có lợi cho việc tìm kiếm kỹ thuật mới, sản phẩm không ngừng đổi mới, thỏa mãn yêu cầu nhiều mặt của khách hàng, nhưng tính trao đổi kém, mất đi tính chỉ đạo các vấn đề kỹ thuật Vì thế, trong tiêu chuẩn một loại sản phẩm, thường là tổng hợp hình thái biểu hiện của

2 loại

2- Nguyên tắc độ tự do lớn nhất

Cố gắng tối đa làm cho cách thực hiện phân loại và yêu cầu sử dụng sản phẩm

có điều kiện lựa chọn lớn nhất Mục đích của nó là kỹ thuật và phát triển giảm bớt trở ngại, mang đến cho người sản xuất tính linh hoạt lớn hơn trong quá trình thiết kế, chế tạo

Căn cứ vào nguyên tắc tính mục đích, Tiêu chuẩn sản phẩm là những bó buộc tính công năng sử dụng cuối cùng của sản phẩm, nhưng có nhiều cách để đạt đến cùng một mục đích, cách khác nhau để đạt được giá thành khác nhau, trong chế định Tiêu chuẩn, phải ngăn chặn cách làm tăng giá thành, cũng phải ngăn chặn những vấn đề do bản thân cách làm mang đến, khi phát sinh vấn đề sau, cần phải xem xét khống chế các cách làm này trong Tiêu chuẩn

công năng

Thành tích công năng

Vì thế, trong tiêu chuẩn sản phẩm, rất ít tiến hành hạn định quá trình công nghệ, phương pháp gia công, nguyên liệu bổ trợ, mà dành cho nhà sản xuất dưới tiền đề thỏa mãn sử dụng yêu cầu sản phẩm, kết hợp với trình độ thiết bị kỹ thuật và năng lực sản xuất của xí nghiệp để chọn lựa Đương nhiên, có một số tính năng sử dụng của sản phẩm liên quan trực tiếp đến nguyên liệu, phương pháp gia công, lúc đó, phải có hạn chế trong tiêu chuẩn đối với phạm vi lựa chọn, phương pháp công nghệ

và thứ tự gia công công đoạn của nó

3- Nguyên tắc tính có thể chứng thực

Yêu cầu kỹ thuật của qui định trong tiêu chuẩn nên có thể kiểm tra, cũng có chỉ tiêu có thể tiến hành kiểm tra lại, kiểm tra mẫu, lượng hóa, dùng hình thức tiêu chuẩn cố định lại, mới có ý nghĩa Kỹ thuật không thể tiến hành kiểm tra yêu cầu không đưa vào tiêu chuẩn Vì thế, tiêu chuẩn sản phẩm cần phải nhằm vào yêu cầu

kỹ thuật, qui định phương pháp kiểm tra và qui tắc lấy mẫu tương ứng, làm chuẩn tắc cho cung, cầu và phía thứ 3 phân định

Tính có thể chứng thực, còn phải chú ý, trong tiêu chuẩn không thể dùng điều khoản đảm bảo của người sản xuất thay thế điều khoản yêu cầu kỹ thuật hoặc điều khoản phương pháp thí nghiệm kiểm tra

Ba nguyên tắc chế định tiêu chuẩn sản phẩm xuyên suốt từ đầu đến cuối tiêu chuẩn sản phẩm, người xây dựng tiêu chuẩn xác định kết cấu của một mục tiêu chuẩn nào đó, hạng mục chỉ tiêu nào đó, cần phải vận dụng đầy đủ tư tưởng của 3 nguyên tắc trên

Loại tiêu chuẩn này chủ yếu để đảm bảo tính thích hợp của chất lượng sản phẩm, thuận lợi cho lưu thông trên thị trường Nội dung cơ bản của tiêu chuẩn sản phẩm này bao gồm (lấy ván dán làm thí dụ): Phân loại, thuật ngữ, kích thước và điều kiện kỹ thuật sai số, điều kiện kỹ thuật thông dụng (bao gồm kết cấu của ván, chất lượng gia công, chất lượng ván mỏng, chủng loại, tính năng vật lý, cơ học ), điều kiện kỹ thuật phân hạng ngoại quan, qui tắc kiểm tra, tiêu chí ván dán, đóng gói, vận chuyển và dự trữ, phương pháp rút mẫu kiểm tra ván dán, cắt mẫu, đo kích thước mẫu và xác định tính năng vật lý, cơ học

Khi chế định tiêu chuẩn nên căn cứ vào tình hình và chính sách của nước ta để

điều chỉnh hợp lý chế định tiêu chuẩn Như tài nguyên gỗ của nước ta rất căng thẳng, từ ứng dụng rừng tự nhiên là chính chuyển sang sử dụng rừng trồng mọc nhanh, do đó khi qui định cường độ dán dính của ván dán, nên căn cứ vào gỗ của các loài cây khác nhau để có những yêu cầu khác nhau Do cấp đường kính của khúc

gỗ tròn ngày một nhỏ, số mối ghép ván mặt của ván dán không có qui định, nhưng yêu cầu gia công nên nâng cao; cùngvới sự tiến bộ của kỹ thuật nâng cao yêu cầu của gia công, hạn chế chặt hiện tượng chồng lớp ván lõi Đặc biệt cùng với việc nâng cao mức sống của mọi người, hàm lượng Formaldehyde tự do của các loại sản phẩm ván nhân tạo cần qui định chặt, từng bước tiếp cận với thế giới Formaldehyde

tự do của ván nhân tạo nên từ cấp E2 đến cấp E1, đối với ván dán keo UF cũng nên qui định hàm lượng Formalđehyde tự do của nó đảm bảo sức khỏe của con người

Toàn bộ yếu tố cấu thành tiêu chuẩn một loại ván nhân tạo chia làm 3 loại, yếu

tố chung, yếu tố tiêu chuẩn và yếu tố bổ sung, các yếu tố bao hàm bên trong xem bảng 1.16

Bảng 1.16 Sắp sếp các yếu tố tiêu chuẩn sản phẩm (GB/T1.1)

1.6 Nguyên tắc cấu thành ván nhân tạo

Tính năng cơ học và tính năng vật lý của gỗ (tre) chiều dọc thớ và chiều ngang thớ chênh lệch nhau rất lớn, để cải thiện tính năng này, phát huy ưu thế của nó, đảm bảo ổn định hình dạng, kích thước thành phẩm, khi tạo phôi nên tuân theo 3 nguyên tắc dưới đây:

1.6.1 Nguyên tắc đối xứng

Đơn nguyên trong lớp tương ứng của hai phía mặt phẳng trung tâm đối xứng của ván nhân tạo, cần giống nhau về loại gỗ, chiều dày, phương pháp sản xuất, chiều thớ, độ ẩm (hình 1.3)

Hình 1.3 Sơ đồ kết cấu ván nhân tạo Thí dụ, khi độ ẩm ván nhân tạo có thay đổi, gỗ (tre) trong ván sẽ phát sinh biến dạng (hút nước trương nở, mất nước co rút), ứng lực do biến dạng tạo ra có thể dùng công thức dưới đây để tính:

s = e x E Trong đó:

L- Chiều dài hoặc chiều rộng hoặc chiều dày nguyên liệu (m)

DL- Lượng dãn nở hoặc co rút gây nên do thay đổi độ ẩm của nguyên liệu (m) E- Modul đàn hồi của gỗ (tre) (liên quan đến loại gỗ, chiều thớ, độ ẩm ) (MPa) Thí dụ, chỉ chiều dày lớp ván mỏng (đơn nguyên) đối ứng nhau trong ván dán không bằng nhau S1 > S2, khi ván dán hút ẩm sẽ gây ra lực biến dạng P1 = s x S1 x L

x W và P2 = s x S2 x L x W, do đó P1 > P2 (hình 1.4)

Trong tình huống này, trong ván dán sinh ra nội ứng lực, ván 3 lớp sẽ có thể có khuyết tật biến dạng cong lên phía trên, tách keo

Hình 1.4 Lực biến dạng của ván dán

1.6.2 Nguyên tắc sắp xếp chiều thớ giữa các lớp

Do tính năng vật lý, cơ học theo chiều thớ (chiều của sợi) của gỗ (tre) chênh lệch rất lớn, để giảm thiếu sót không đồng tính theo các hướng của nó, do đó có thể làm cho các hướng sắp xếp của sợi ván mỏng (lớp dăm, lớp sợi) liền kề nhau có thể thành vuông góc hoặc có thể giảm trị số góc làm cho tính dị hướng của thành phẩm giảm xuống nhỏ nhất, hoặc tùy ý sắp xếp (dăm sợi) Thí dụ, như ván dán, ván ghép thanh, ván kết cấu định hướng, ván dăm, ván sợi

Để phát huy đặc điểm cường độ và tính ổn định kích thước chiều dọc thớ của sợi gỗ, cũng có thể làm cho chiều sắp xếp sợi của ván mỏng liền kề nhau (ván dăm, lớp sợi) sắp xếp (ghép) cùng hướng, thành sản phẩm định hướng, thí dụ như gỗ ép lớp bằng ván mỏng (LVL), gỗ ép lớp bằng các thanh gỗ, gỗ (tre) ép lớp bằng các mảnh (PSL), gỗ sắp xếp lại (Scrimber)

Có thể coi sắp xếp chiều thớ giữa các lớp có ảnh hưởng rất lớn đối với tính năng vật lý, cơ học của sản phẩm

1.6.3 Nguyên tắc lớp số lẻ

Khi tạo phôi, để tuân thủ nguyên tắc đối xứng, nguyên tắc sắp xếp chiều thớ giữa các lớp, thường đều tuân thủ nguyên tắc lớp số lẻ Có khi để thỏa mãn yêu cầu của người dùng, giảm giá thành sản phẩm, cũng có thể sản xuất ván nhân tạo lớp số chẵn Thí dụ, người dùng yêu cầu hàng chiều dày, nhưng tính năng cơ học không cao, để giảm giá thành sản phẩm có thể sản xuất ván dán 4 lớp, không cần sản xuất ván dán 5 lớp, vì giảm một lớp có thể giảm lượng keo dùng cho một lớp, đồng thời sắp xếp chiều thớ của ván mỏng 2 lớp giữa cùng chiều, trên thực tế thành kết cấu ván dán 3 lớp Khi sản xuất ván dăm 3 lớp để thỏa mãn yêu cầu chiều dày của ván dăm và yêu cầu tỷ lệ chiều dày dăm lớp mặt và lớp lõi, có thể trải thảm bằng 4 đầu trải thảm, 2 đầu trải thảm giữa, chuyên trải thảm dăm lớp giữa, danh nghĩa 4 lớp, trên thực tế vẫn là kết cấu 3 lớp

2 Nguyên liệu

Tính chất của nguyên liệu gốc có ảnh hưởng rất lớn đến công nghệ gia công, quyết định của dây chuyền, và chất lượng sản phẩm ván nhân tạo cuối cùng, trong sản xuất phải tuyển chọn hợp lý và sử dụng chính xác nguyên liệu

2.1 Yêu cầu của sản xuất ván nhân tạo đối với nguyên liệu

Trong tổng giá thành sản xuất của ván nhân tạo, giá thành của nguyên liệu gỗ là một bộ phận rất quan trọng Theo tài liệu thống kê, trong các xí nghiệp sản xuất ván dăm ở Châu Âu và Mỹ, nguyên liệu gỗ chiếm 24-33% trong tổng giá thành, còn ván ghép thanh lên đến 72% Điều này liên quan đến yêu cầu và tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu Tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu trong sản xuất ván dăm, ván sợi tương đối cao, đạt 75-85%, còn tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu sản xuất ván dán chỉ 45-55% Tính năng của các loại ván nhân tạo thay đổi theo hình dạng, chất lượng của đơn nguyên cơ bản (như ván mỏng, dăm, sợi ) cấu thành nó và kết cấu của phôi Vì thế, yêu cầu nguyên liệu đối với các chủng loại ván nhân tạo cũng không giống nhau

2.2.1 Yêu cầu của sản xuất ván dán đối với nguyên liệu

Trong sản xuất ván nhân tạo, yêu cầu tương đối cao đối với nguyên liệu là gỗ ép lớp dùng ván mỏng làm đơn nguyên cơ bản, chủ yếu là ván dán Yêu cầu đối với nguyên liệu của loại sản phẩm này bao gồm: Chất lượng gỗ nguyên liệu, chiều dài

gỗ nguyên liệu, đường kính gỗ nguyên liệu

Chất lượng gỗ nguyên liệu: Các khuyết tật như độ thót ngọn tương đối lớn, tổn thương cơ học, nứt vòng, nứt đầu, bướu, rỗng ruột, mục lõi đều có thể giảm tỷ lệ lợi dụng gỗ; lệch thớ nhỏ, mắt, loạn thớ, biến màu của gỗ nguyên liệu làm cho chất lượng bề mặt và cường độ của ván mỏng giảm xuống, làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm ván dán

Chiều dài gỗ nguyên liệu: Theo tiêu chuẩn Nhà nước, kích thước chiều dài gỗ nguyên liệu dùng sản xuất ván dán là 4m, 5m, 6m, sai số chiều dài là 6

2

± cm Căn cứ vào yêu cầu qui cách của ván sản xuất, chọn chiều dài hợp lý khúc gỗ bóc

Đường kính gỗ nguyên liệu: Đường kính gỗ nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp

đến tỷ lệ lợi dụng gỗ và năng suất lao động Nước ta qui định đường kính nhỏ nhất của gỗ dùng để sản xuất ván dán là 26cm, cấp đường kính gỗ tăng theo 2cm Cùng với việc đẩy mạnh lợi dụng tài nguyên rừng trồng cây mọc nhanh, cấp đường kính

gỗ dùng để sản xuất ván mỏng nhỏ đi là một xu thế

Ngoài yêu cầu của một số mặt đã trình bày ở trên, về mặt tính chất của gỗ cũng nên đặc biệt chú ý, loại cây có khối lượng thể tích đặc biệt lớn, độ cứng đặc biệt cao hoặc sau khi sấy cong vênh nghiêm trọng, nên tránh sử dụng Tính chất gỗ của các loài cây không giống nhau, trong quá trình gia công không được tùy ý dùng lẫn nguyên liệu

2.1.2 Yêu cầu của ván dăm, ván sợi đối với nguyên liệu

Trong sản xuất các loại ván dăm, ván sợi, chủ yếu sử dụng gỗ nguyên liệu

đường kính nhỏ; phế liệu khai thác, chết biến và nguyên liệu sợi thực vật ngoài gỗ

Để đảm bảo tính năng vật lý, cơ học của ván, yêu cầu cơ bản đối với nguyên liệu là: Nguyên liệu gỗ hoặc nguyên liệu sợi thực vật ngoài gỗ có hàm lượng Cellulose nhất

định, đều có thể dùng để sản xuất ván nhân tạo loại đơn nguyên không phải là ván mỏng

Khi sử dụng gỗ đường kính nhỏ, gỗ loại củi , tốt nhất là một loài cây, nếu như dùng hỗn hợp nguyên liệu của vài loài cây, nên để chung những loài cây có tính chất gần nhau (đặc biệt là các chỉ tiêu khối lượng thể tích, tỷ suất nén, tổ thành hóa học ), chủ yếu đảm bảo khống chế dễ dàng công nghệ sản xuất Chọn chủng loại nguyên liệu, thường xem xét chọn loài cây khối lượng thể tích thấp, cường độ cao,

để tạo điều kiện thuận lợi sản xuất sản phẩm chất lượng tốt

Gỗ đường kính nhỏ, cành ngọn và phế liệu chế biến, tỷ lệ vỏ cao có thể ảnh hưởng không tốt đến chất lượng và ngoại quan của sản phẩm, vì thế thường yêu cầu khống chế dưới 10%

Ngoài ra, độ ẩm của nguyên liệu cũng có ảnh hưởng tương đối lớn đến công nghệ sản xuất ván nhân tạo và tính chất của ván Độ ẩm quá thấp, độ cứng của nguyên liệu lớn, dòn, dễ vỡ, dễ nứt; độ ẩm quá cao, ảnh hưởng đến chất lượng cắt gọt, còn tăng phụ tải sấy khô Thường, khi độ ẩm nguyên liệu trong khoảng 40-60% tương đối lý tưởng

2.2 Tính chất của nguyên liệu gỗ

Tính chất cơ bản của nguyên liệu gỗ bao gồm: Tính chất vật lý, tính chất cơ học, tính chất hóa học, tính chất gia công ba tính chất đầu thuộc tính chất cơ bản, tính chất sau cùng gồm: Bào, cưa, bóc, sơn phủ, dán dính, sấy khô, bảo quản , liên quan đến tính chất cơ bản của gỗ và cấu tạo của gỗ Tìm hiểu tính chất cơ bản của

gỗ, rất quan trọng đối với quá trình gia công và lợi dụng gỗ

2.2.1 Tính chất vật lý của gỗ

Tính chất vật lý của gỗ là tính chất không thay đổi thành phần hóa học của gỗ, cũng không có tác dụng của lực cơ học bên ngoài, mà có thể hiểu được Chủ yếu bao gồm: Độ ẩm của gỗ, chất lượng và co rút, dãn nở, chúng có quan hệ đến gia công và lợi dụng gỗ; ngoài ra, còn có tính truyền dẫn điện, nhiệt, âm thanh tính thấu xạ sóng điện từ đều thuộc phạm trù loại tính chất này

1- Độ ẩm và co rút, dãn nở của gỗ

Nước trong gỗ chiếm một phần lớn khối lượng bản thân gỗ, lượng nước này ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều tính chất của gỗ, như chất lượng, cường độ, co rút và dãn

nở , tính bền, tính cháy và tính năng gia công

Nước trong gỗ có 2 loại: Nước thấm và nước tự do

Nước thấm tồn tại trong vách tế bào gỗ, kết hợp với vách tế bào, trực tiếp ảnh hưởng đến co rút, dãn nở và cường độ của gỗ Vì thế, loại nước này cần phải đặc biệt

coi trọng trong gia công lợi dụng gỗ Nước tự do tồn tại trong ruột tế bào và khe hở giữa các tế bào, không có quan hệ mật thiết với gỗ, chỉ ảnh hưởng đến lượng gỗ, tính bảo tồn và tính cháy của gỗ

Khi nước trong ruột tế bào bay hơi hết, nhưng khi nước thấm trong vách tế bào chưa mất hết; hoặc khi vách tế bào gỗ khô hút đầy nước thấm, tức là nước trong vách tế bào đạt đến trạng thái bão hòa, nhưng khi ruột tế bào hoàn toàn không có nước, trạng thái ẩm của gỗ lúc này gọi là điểm bão hòa sợi Điểm bão hòa sợi là

điểm ngoặt thay đổi tính chất của gỗ Khi độ ẩm ở trên điểm bão hòa sợi, cường độ

gỗ không thay đổi, gỗ không co rút, dãn nở; khi ở dưới điểm bão hòa sợi, cường độ

gỗ tăng lên, giảm xuống theo giảm độ ẩm của gỗ, co rút giảm theo độ ẩm của gỗ giảm đến 0%, co rút đạt đến giá trị lớn nhất, ngược lại, trương nở theo tăng lên của

độ ẩm, cho đến khi đạt đến điểm bão hòa sợi thì thôi Độ ẩm bão hòa sợi có sai khác theo loài cây, thông thường khoảng 30%

Co rút, dãn nở của gỗ giữa chiều dọc thớ (chiều dọc) và chiều ngang thớ (hướng xuyên tâm, hướng tiếp tuyến) khác nhau; chênh lệch giữa chiều xuyên tâm và chiều tiếp tuyến cũng rất lớn Chiều dọc thường tương đối nhỏ, khoảng 0,1%, chiều xuyên tâm bình quân khoảng 3-7%, chiều tiếp tuyến đến 6-14% Nó liên quan đến cấu tạo của gỗ, chủ yếu là kết cấu của vách tế bào, vì thế khô co, ướt dãn nở phát sinh ở hướng vuông góc với các microfiber, tác dụng chủ đạo là lớp giữa của vách thứ sinh trong vách tế bào sợi, ở lớp này, chiều sắp xếp của các microfiber gần như song song với chiều dọc của tế bào, vì thế co rút, dãn nở chiều ngang của gỗ lớn nhất, co rút, dãn nở chiều dọc nhỏ nhất Ngoài ra, phân bố của các thành phần hóa học chủ yếu trong vách tế bào cũng có quan hệ nhất định

Gỗ là vật liệu tính nhiều lỗ, thể tích ngoại hình của nó do vật chất vách tế bào và khe hở hiển vi (ruột tế bào, khe giữa các tế bào, lỗ thông ngang ) và khe hở siêu hiển vi (khe hở giữa các microfiber ) cấu thành, vì thế khối lượng thể tích của nó ngoài mật độ dung tích của gỗ, còn có mật độ vách tế bào và mật độ vật chất gỗ Mật độ vật chất gỗ ít có quan hệ với loài cây, giữa các loài cây khác nhau cơ bản tương tự, thường lấy 1,5 g/cm3 làm giá trị trung bình Mật độ vách tế bào thay đổi theo loài cây thường 0,71-1,27 g/cm3

Khối lượng thể tích của gỗ, có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến nó, thường căn

cứ vào độ ẩm của nó phân thành: Khối lượng thể tích cơ bản ri = lượng chất gỗ khô tuyệt đối/thể tích gỗ tươi; khối lượng thể tích gỗ tươi ry = lượng chất gỗ tươi/thể tích

gỗ tươi; khối lượng thể tích gỗ hong phơi rg = lượng chất gỗ phơi khô/thể tích gỗ phơi khô; khối lượng thể tích gỗ khô kiệt r0 = lượng chất gỗ khô kiệt/thể tích gỗ khô kiệt Thường dùng nhất là khối lượng thể tích cơ bản và khối lượng thể tích hong phơi, độ ẩm phơi khô Trung Quốc qui định là 15% Khối lượng thể tích của các loài

gỗ khác nhau có quan hệ với độ ẩm , cấu tạo gỗ, các chất chiết xuất , nhưng cấu tạo

và các chất chiết xuất của gỗ lại chịu ảnh hưởng của tuổi cây, vị trí thân cây, điều kiện lập địa

Cường độ và độ cứng của gỗ thay đổi theo khối lượng thể tích của gỗ, thực chất của nó là số lượng vật chất vách tế bào gỗ trong một đơn vị thể tích, quyết định giá trị cường độ và độ cứng của gỗ

2.2.2 Tính chất cường độ của gỗ

Cường độ gỗ còn gọi là tính chất cơ học của gỗ, nó biểu thị năng lực chống lại tác dụng lực cơ học bên ngoài Tác dụng của lực cơ học bên ngoài có: Kéo, ép, cắt, uốn cong Do tổ chức tế bào của gỗ sắp xếp định hướng, các chỉ tiêu cường độ cũng khác nhau theo hướng sợi song song và hướng sợi vuông góc, hướng sợi vuông góc lại phân hướng tiếp tuyến, hướng xuyên tâm; cùng một chỉ tiêu cường độ do tính

dị hướng của gỗ, giá trị của nó ở 3 hướng khác nhau

Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của gỗ, chủ yếu là khuyết tật, thứ yếu là khối lượng thể tích gỗ, độ ẩm, điều kiện sinh trưởng, nhân tố giải phẫu Khối lượng thể tích lớn, cường độ càng lớn, cho nên khối lượng thể tích thường là tiêu chí phán đoán cường độ gỗ Nơi trồng khác nhau, điều kiện sinh trưởng khác nhau, cường độ gỗ có thể khác nhau Trên cùng một cây, do vị trí khác nhau cường

độ cũng có thể khác nhau, như bộ phận tủy, dễ nứt, cường độ cũng tương đối thấp

2.2.3 Tổ thành hóa học và tính chất của gỗ

1- Tổ thành hóa học gỗ

Hóa học gỗ là khoa học nghiên cứu các loại tổ thành vật chất, kết cấu, tính chất

lý, hóa trong gỗ và lợi dụng có hiệu quả tài nguyên gỗ Căn cứ vào vị trí của chất hữu cơ trong gỗ phân thành vật chất vách tế bào và vật chất không phải vách tế bào Vật chất vách tế bào cấu thành vật chất cơ bản của gỗ, như Cellulose, hemicellulose

và lignin, đều thuộc polime tự nhiên Vật chất không phải vách tế bào chủ yếu ở khe giữa các tế bào và trong ruột tế bào, vì có thể hòa tan trong nước hoặc dung môi hữu cơ trung tính, cho nên còn gọi là các chất chiết xuất của gỗ, ngoài ra, còn có khoảng dưới 1% chất vô cơ Tổ phần hóa học chủ yếu của cây lá kim và lá rộng ôn đới phân biệt là: Cellulose 42±2%, 45±2%; hemicellulose 27±2%, 30±5%; lignin 28±3%, 20±4%; các chất chiết xuất 3±2%, 5±3% Loại cây khác nhau, tổ phần chênh lệch rất lớn, tức là dùng cùng một loại cây, vì quan hệ điều kiện lập địa, tuổi cây và mùa khai thác, tổ phần cũng không giống nhau Tổ phần hóa học của một số loài cây chủ yếu của Trung quốc, xem bảng 2.1

Bảng 2.1 Tổ phần hóa học của gỗ (khô tuyệt đối)

Thông rụng lá Hoàng

Cây

lá

rộng

Từ những số liệu ở trên và trong bảng có thể thấy: So sánh giữa gỗ lá kim và gỗ lá rộng, hàm lượng lignin gỗ lá kim cao hơn gỗ lá rộng, hàm lượng Hemicellulose

trong gỗ lá rộng cao hơn gỗ lá kim, hàm lượng Cellulose trong gỗ lá kim và gỗ lá rộng chênh lệch nhau tương đối nhỏ

Trong cùng một cây, tổ thành hóa học của thân cây và cành cây chênh lệch rất lớn, chủ yếu biểu hiện ở 2 mặt: Hàm lượng Cellulose của thân cây cao hơn cành cây, hàm lượng chất chiết xuất bằng nước nóng của cành cây cao hơn thân cây Ván dăm, ván sợi dùng cành cây làm nguyên liệu cần chú ý sự khác biệt ở trên, nó không chỉ

ảnh hưởng đến tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu mà còn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Tổ thành hóa học của vỏ cây và tổ thành hóa học của phần gỗ thân cây rất khác nhau Hàm lượng chất chiết xuất nước nóng trong vỏ cây cao, hàm lượng Cellulose, Hemicellulose tương đối ít, hàm lượng Lignin tương đối lớn Hàm lượng vỏ cây trong nguyên liệu sợi lớn, có thể dẫn đến tính chất của ván xấu đi, tức là cường độ giảm xuống, tỷ lệ hút nước tăng lên, màu sắc bề mặt ván không đều từ đó ảnh hưởng

đến phạm vi sử dụng sản phẩm

2- Kết cấu của tổ thành chủ yếu và tính chất

- Kết cấu của Cellulose và tính chất

Cellulose là poly Sacarit đơn giản không hòa tan trong nước, do nhiều gốc gluco thông qua liên kết b ở vị trí nguyên tử carbon 1, 4 liên kết thành hợp chất phân

D-tử lớn mạch thẳng, có ảnh X-Quang đặc biệt Biểu thức phân D-tử Cellulose có thể dùng (C6H10O)n biểu thị, C6H10O5 trong biểu thức là gốc đường Gluco, n là độ trùng hợp Bông, đay và sợi gỗ ở trạng thái thiên nhiên, n gần bằng 10.000 Kết cấu chuỗi phân tử Cellulose như hình 2.1

Hình 2.1 Dạng kết cấu của Cellulose

Do nhiều mạch phân tử lớn, Cellulose có độ dài khác nhau tổ thành Microfiber, còn khung của vách tế bào do các Microfiber với các góc độ khác nhau quấn quanh

mà thành Về kết cấu cụ thể và kích thước của Microfiber còn có nhiều cách giải thích, theo lý luận kết cấu 2 pha được nhiều người công nhận cho rằng, các chuỗi phân tử lớn Cellulose trong Microfiber không phải hỗn loạn quấn vào nhau thành 1 cục, mà ở mức độ khác nhau, sắp xếp có qui luật ở đoạn sắp xếp chặt chẽ thể hiện

đặc trưng của tinh thể, gọi là vùng kết tinh; đoạn sắp xếp ở mức độ lỏng lẻo gọi là vùng không định hình (hình 2.2)

Hình 2.2 Vùng kết tinh và không kết tinh của phân tử lớn Cellulose

Có người đo được đường kính của microfiber cơ bản nhất cấu thành gỗ là kim khoảng 3,5 nm, phần kết tinh trong microfiber chiếm 70% tổng thể tích

Giữa các chuỗi phân tử lớn cellulose có thể sắp xếp có thứ tự, là do khi khoảng cách giữa các gốc -OH tự do trong khoảng 0,25-0,30nm, có thể hình thành liên kết hydro Tồn tại của liên kết hydro giữa các chuỗi phân tử có ảnh hưởng rất lớn đến tính hút ẩm, tính hòa tan, năng lực phản ứng

Cellulose là chất polyme có màu trắng, không mùi, không vị, tính chất giữa các hướng khác nhau, khối lượng thể tích 1,52-1,56, tỷ nhiệt khoảng 0,32 Căn cứ vào liên kết phân tử có thể tính được giới hạn bền kéo của cellulose, đạt 8,0x103MPa, nhưng trong cellulose tự nhiên sợi đay có cường độ cao nhất, giới hạn bền kéo của

nó mới đạt 1,1x103MPa Đây là vì phá hoại của cellulose do trượt lên nhau của các chuỗi phân tử gây nên, cho nên cường độ chủ yếu do lực kết hợp giữa các chuỗi phân tử quyết định, độ kết tinh càng cao, tính định hướng càng tốt, cường độ của cellulose càng lớn Ngoài ra, khi độ trùng hợp của mạch phân tử dưới 700, độ trùng hợp tăng lên, cường độ tăng lên rõ rệt, khi độ trùng hợp dưới 200, cellulose hầu như mất đi cường độ

Vùng không định hình của cellulose có rất nhiều gốc OH tự do tồn tại, gốc

-OH có cực tính, có thể hút phân tử nước có cực tính, hình thành liên kết hydro, vì thế, vùng không định hình của cellulose có tính hút ẩm, vùng kết tinh không có Tính hút ẩm liên quan đến độ ẩm của không khí, nhiệt độ càng cao, vùng không

định hình của cellulose càng lớn, lượng hút ẩm càng nhiều Sau khi cellulose hút ẩm, hút nước có thể gây ra trương nở, vùng không định hình do có ít liên kết hydro sẽ bị phá vỡ, tạo ra gốc -OH tự do mới, và cùng với phân tử nước hình thành liên kết hydro mới, có lúc còn có thể hình thành hấp phụ nhiều lớp, nước của những hấp phụ này gọi là nước tự do Tỷ lệ phần trăm vùng không định hình chiếm càng lớn, thì nước kết hợp càng nhiều Tính hút ẩm lớn, có thể ảnh hưởng đến tính năng vật lý, cơ học của sản phẩm, vì thế, khi chọn nguyên liệu và công nghệ, cần xem xét từ nhiều mặt

Căn cứ vào kết cấu hóa học của cellulose, có thể biết tính chất hóa học của nó Trong quá trình sản xuất ván nhân tạo, điều thường gặp phải nhất là phản ứng thoái biến

Hiện tượng dùng phương pháp vật lý, hóa học hoặc hóa lý làm cho kích thước phân tử của hợp chất polime nhỏ đi, độ trùng hợp giảm đi gọi là phản ứng thoái biến Loại hình thoái biến của Cellulose rất nhiều, chủ yếu có thoái biến thủy phân (có tham gia của axít và bazơ), thoái biến oxy hóa, thoái biến nhiệt…

Dưới đây sẽ giới thiệu 2 loại thoái biến thường gặp trong sản xuất ván nhân tạo: Loại thứ nhất là thoái biến thủy phân tính axít, Cellulose dưới tác dụng của axít, liên kết aldehyde bị đứt, gây ra phản ứng thủy phân Sau phản ứng thủy phân, độ trùng hợp của Cellulose giảm xuống, năng lực hoàn nguyên tăng lên, tính hút ẩm mạnh lên, tính năng cơ học giảm xuống… khi luộc nguyên liệu ở nhiệt độ cao, có thể gây ra thoái biến thủy phân tính axít, tính axít có từ axít hữu cơ được phân giải

từ bản thân Cellulose (như axít HCOOH, CH3COOH), gây tác dụng xúc tác

Loại thứ 2 là thoái biến nhiệt, là tác dụng giảm độ trùng hợp do hợp chất polime thu nhiệt gây nên Mức độ thoái biến nhiệt của Cellulose có quan hệ mật thiết với nhiệt độ, thời gian tác dụng, độ ẩm và hàm lượng oxy của môi trường Thời gian thu nhiệt càng dài, thoái biến càng nghiêm trọng Oxy có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ thoái biến, thí dụ, trong không khí, gia nhiệt lên trên 400oC, độ trùng hợp của Cellulose giảm rất rõ rệt, nhưng gia nhiệt trong cùng nhiệt độ trong môi trường khí trơ, tốc độ giảm độ trùng hợp chậm lại rõ rệt Từ đó cho thấy, những thay đổi phát sinh khi gia nhiệt Cellulose trong không khí, trước là oxy hóa, sau mới là phân giải Nước có thể làm giảm tác dụng của nhiệt đối với Cellulose Thí dụ, khi nhiệt và nước đồng thời tác dụng với Cellulose, tức là làm cho nhiệt độ đến 150oC, thay đổi cũng không lớn, chỉ khi nhiệt độ lên trên 150oC mới bắt đầu thoát nước

- Kết cấu và tính chất của Hemicellulose

Hemicellulose là tên gọi chung của hợp chất Hydratcarbon không phải Cellulose (có trừ một ít tinh bột và pectin) Hemicellulose do chất đa tụ của đường xylose, đường mannose, đường glucose, đường arabinose, glucuromic, đường galactose axít cấu thành Một loài cây thường có vài loại Hemicellulose khác nhau, trong đó acid bất kỳ loại nào lại do polypanto không đồng đều do 2 hoặc trên 3 gốc

đường đơn cấu thành Chuỗi phân tử Hemicellulose thường có nhánh, chuỗi bên, độ trùng hợp của chuỗi phân tử chính khoảng 200 Loài cây khác nhau, kết cấu hóa học của Hemicellulose cũng khác nhau Vùng không kết tinh của Hemicellulose là chất không định hình

Do nguyên nhân kết cấu của Hemicellulose, cho nên tính hút ẩm, năng lực thấm

ướt của nó lớn hơn Cellulose rất nhiều Có lợi cho việc nâng cao tính dẻo của nguyên liệu và tăng cường độ ván nhân tạo Nhưng hàm lượng Hemicellulose quá cao, sẽ có ảnh hưởng không tốt đến tính chịu nước, tính ổn định kích thước… của ván nhân tạo Độ hòa tan của các loại Hemicellulose trong nước và dung dịch bazơ

có liên quan đến độ phân nhánh và kết cấu của nó (tỷ lệ giữa số gốc đường trên chuỗi nhánh bên và độ trùng hợp chuỗi chính), đối với cùng một dung môi, cùng một loại đường, độ phân nhánh tương đối cao, độ hòa tan tương đối lớn

Trong chuỗi phân tử Hemicellulose có nhiều loại gốc đường và phương thức liên kết khác nhau, trong đó có loại bị axít hòa tan, có loại bị bazơ phá hủy, cho nên khả năng chống thoái biến của Hemicellulose yếu hơn Cellulose rất nhiều Trong quá trình sản xuất ván nhân tạo, nếu có công đoạn tác dụng của nước, nhiệt đều có thể xuất hiện phản ứng thoái biến Hemicellulose ở các mức độ khác nhau

- Kết cấu và tính chất của Lignin

Lignin trong sợi thực vật cùng với Hemicellulose cấu thành chất vỏ, tồn tại giữa các lớp tế bào và Microfiber trên vách tế bào Một bộ phận của lignin có liên kết hóa học với Hemicellulose Lignin là một loại nhóm chất mạch thơm phức tạp, thuộc hợp chất polime tự nhiên, phân tử lượng của nó rất lớn, khoảng 800-10.000 Đơn nguyên cơ bản cấu thành Lignin là bezenpropan, các đơn nguyên cơ bản này, thông qua các liên kết ete và liên kết carbon-carbon tương đối ổn định liên kết chúng lại với nhau Trong kết cấu của Lignin tồn tại các nhóm chức sau đây: -OH;

Lignin của gỗ nguyên liệu có màu trắng và vàng nhạt, còn Lignin phân ly đều

có màu tương đối đậm Lignin và thuốc thử tương ứng có phản ứng màu đặc biệt

được dùng làm phản ứng đặc trưng phân biệt Lignin có tồn tại hay không

Lignin là chất tính nhiệt dẻo, vì nó là chất không định hình, cho nên điểm nóng chảy không cố định Loài cây khác nhau, nhiệt độ hóa dẻo và nóng chảy của nó cũng khác nhau, nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là 140-150oC, cao nhất là 170-180oC Nhiệt độ hóa dẻo của Lignin có quan hệ mật thiết với độ ẩm (hình 2.3)

Hình 2.3 Quan hệ giữa nhiệt độ hóa dẻo của Lignin và độ ẩmTính dẻo của Lignin là căn cứ chủ yếu xác định điều kiện công nghệ sản xuất ván nhân tạo Như trong sản xuất ván sợi là một trong những tiền đề quan trọng phân ly sợi và kết hợp lại của sợi

Trong kết cấu của Lignin có nhiều loại nhóm chức hóa học, cho nên tính hoạt

động của nó rất cao, có thể tiến hành các loại phản ứng hóa học, như oxy hóa, este hóa, metyl hóa, hydro hóa…, còn có thể tác dụng với phenol, alcohol, axít và bazơ… Những điều này đối với nghiên cứu sản xuất và biến tính ván nhân tạo là vô cùng quan trọng Lignin trong quá trình sản xuất ván nhân tạo, chủ yếu là khi chịu tác dụng của thủy nhiệt, gây ra thoái biến thuỷ phân: Xử lý ở nhiệt độ cao, thời gian dài, thoái biến thủy phân của các tổ phần của gỗ nghiêm trọng Trong tổ phần chủ yếu, năng lực chống thoái biến thuỷ phân của Lignin mạnh nhất, thứ đến là Cellulose, Hemicellulose kém nhất Tác dụng thủy nhiệt có thể làm cho Lignin thoái biến hoạt hóa, dưới tác dụng tiếp tục của nhiệt, lại có thể đa tụ lại Thí dụ, khi nấu nguyên liệu sợi, đa tụ tự động của Lignin bắt đầu ở 130oC Sau đó phản ứng ngược 2 chiều của thoái biến và đa tụ đồng thời tiến hành Khi nhiệt độ 140-160oC, phản ứng

đa tụ của Lignin tăng nhanh Nước có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phản ứng đa tụ của Lignin Khi có nước tồn tại, hợp chất hydratcarbon thoái biến ở nhiệt độ cao có khả năng hòa tan trong nước, làm cho Lignin thoái biến hoạt hóa bộc lộ ở bề mặt, và làm cho chúng tiếp xúc lẫn nhau dẫn đến đa tụ ở trạng thái không có nước, hợp chất Hydratcarbon thoái biến phủ trên bề mặt Lignin tạo nên tác dụng ngăn cách, cản trở tiến hành phản ứng đa tụ, vì thế tốc độ thoái biến Lignin lớn hơn khi có nước Đây là tác dụng bảo vệ Lignin của nước ở nhiệt độ cao Sản vật thoái biến của Lignin, sản vật thoái biến của Hydratcarbon và Lignin tương tự nhau, vì thế các chất loại này được gọi là Lignin giả hoặc tương tự Lignin

- Chất chiết xuất và tính axít - bazơ

Chất chiết xuất của gỗ là tên gọi chung của các chất chiết xuất được bằng dung môi trung tính như nước, etanol, benzen, ete, hơi nước, hoặc dung dich axít loãng hoặc bazơ loãng ngoài Cellulose, Hemicellulose và Lignin cấu thành vách tế bào Chất chiết xuất là nghĩa rộng, ngoài các chất kết cấu cấu thành vách tế bào, tất các chất chứa đều bao hàm trong đó Hàm lượng chất chiết xuất của nguyên liệu thực vật ít khoảng 1%, nhiều là trên 40% Hàm lượng chất chiết xuất phụ thuộc vào loài cây, tuổi cây, vị trí ở thân cây và điều kiện lập địa sinh trưởng, thường là gỗ lõi cao hơn gỗ giác Chất chiết xuất không chỉ quyết định tính chất nguyên liệu, mà còn là một trong những điều kiện dựa vào để xây dựng công nghệ sản xuất ván nhân tạo,

nó không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, có một số còn có thể ăn mòn thiết bị

Tính axít-bazơ của gỗ cũng là một trong những tính chất hóa học quan trọng của nguyên liệu Kết quả nghiên cứu ở trong, ngoài nước cho thấy, tuyệt đại bộ phận

gỗ trên thế giới có tính axít yếu, chỉ có cá biệt có tính bazơ yếu, thường giá trị pH từ 4,0-6,1 Đây là do trong gỗ có axít acetic, axít formic, axít nhựa và các chất tính axít khác Ngoài ra, trong quá trình cất giữ gỗ lượng axít không ngừng tăng lên; trong quá trình sấy khô, do gốc acetyl của Hemicellulose thủy phân thành axít acetic tự

do, dẫn đến gỗ có phản ứng tính axít

Tính axít, bazơ của gỗ có ảnh hưởng quan trọng đến sản xuất ván nhân tạo, như khi dán dính sợi, đối với giá trị pH bề mặt của nó có yêu cầu nhất định, chất tính bazơ trong gỗ không có lợi trong quá trình đóng rắn của keo UF; chất tính axít với một lượng nhất định có thể nâng cao cường độ kết hợp bên trong của sản phẩm; gỗ

có dung lượng chất hoãn xung bazơ cao cần lượng chất đóng rắn tính axít càng nhiều mới có thể đảm bảo chất lượng dán dính…

2.3 Đặc tính của nguyên liệu ngoài gỗ

Như mọi người đều biết, tài nguyên rừng của nước ta tương đối nghèo, bất kể nhìn vào hiện tại hoặc trung, dài hạn, mâu thuẫn cung cầu gỗ đều là vấn đề tương

đối nổi bật Đẩy mạnh phát triển công nghiệp ván nhân tạo, mở rộng sử dụng ván nhân tạo là một trong những giải pháp có hiệu quả bổ sung do cung ứng gỗ không

đủ của nước ta, hơn nữa có thể điều chỉnh thay đổi kết cấu tài nguyên của nước ta,

đặc biệt là lợi dụng tổng hợp tài nguyên rừng, như “3 phế liệu”, “củi nhỏ” của rừng

và đẩy mạnh phát triển giáo dục định hướng tài nguyên lâm sản sang cây mọc nhanh rừng trồng; mặt khác không thể không thừa nhận nước ta là một nước lớn nông nghiêp, lợi dụng có hiệu quả lượng lớn nguyên liệu ngoài gỗ, cũng có ý nghĩa quan trọng đối với giải quyết nguyên liệu không đủ của công nghiệp ván nhân tạo Mở rộng lợi dụng nguyên liệu ngoài gỗ sản xuất ván nhân tạo đã thành một trong những vấn đề nóng được các cơ quan khoa học và các xí nghiệp sản xuất trong và ngoài nước quan tâm Đến hiện nay, nước ta đã mở rộng lợi dụng hơn 10 loại nguyên liệu thực vật ngoài gỗ, chủng loại sản phẩm ván nhân tạo ngoài gỗ đã đạt mấy chục loại

So với gỗ, nguyên liệu ngoài gỗ ở các mặt cấu tạo thô đại và cấu tạo hiển vi, tính năng vật lý, cơ học và các đặc tính hóa học… có tính đặc biệt của nó, cụ thể biểu hiện ở những mặt sau đây:

Nguyên liệu ngoài gỗ so với gỗ, thường đường kính của cùng một loài nguyên liệu thay đổi theo chiều dài tương đối nhỏ, tương đối cân đối, và phân thành kết cấu rỗng ruột và kết cấu đặc ruột, lớp mặt ngoài tương đối cứng hoặc có một lớp sáp, nhưng giữa các chủng loại nguyên liệu khác nhau sai khác vô cùng rõ rệt Sinh trưởng của nguyên liệu sợi ngoài gỗ dựa vào tổ chức phân sinh của gốc và phần mắt của thực vật, vì thế sinh trưởng hướng xuyên tâm của thân càng tương đối nhỏ, chủ yếu là sinh trưởng chiều dọc, đây là nguyên nhân bản chất gây ra sai khác ngoại hình của nguyên liệu ngoài gỗ và gỗ

Tế bào sợi của nguyên liệu ngoài gỗ ngắn, chiều dài trung bình thường từ 2,0 mm, tế bào không phải sợi nhiều, chúng chủ yếu do tổ chức bó ống sợi, tế bào vách mỏng và tổ chức vỏ ngoài… cấu thành

1,0-Đương nhiên, có rất nhiều nhân tố quyết định đến chất lượng nguyên liệu, ngoài hàm lượng tế báo sợi, còn bao gồm hình thái sợi, tổ thành hóa học và tính năng gia công của nguyên liệu,… Bảng 2.2 và bảng 2.3 liệt kê tình huống so sánh hình thái sợi nguyên liệu ngoài gỗ và một bộ phận nguyên liệu gỗ