Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng hóa chất chống cháy và nhiệt độ ép đến một số chỉ tiêu chất lượng ván LVL (laminated veneer lumber)

Tuy nhiên việc sử dụng các loại hóa chất chống cháy trong quá trình tạo ván có thể sẽ gây ảnh hưởng không tốt tới quá trình tạo ván cũng như một số tính chất của ván Từ vấn đề tồn tại tr

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ

công trình nghiên cứu nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Duy Hưng

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu khoa học là một trong những nhiệm vụ quan trọng của chương trình đào tạo cao học ngành Lâm nghiệp Sau khi hoàn thành chương trình học tập giai đoạn 2009 - 2011; được sự đồng ý của Trường Đại học Lâm Nghiệp, Khoa Sau đại học, và sự giúp đỡ của TS Lê Thanh Chiến, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài tốt

nghiệp “Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng hóa chất chống cháy và nhiệt độ ép

đến một số chỉ tiêu chất lượng ván LVL (Laminated Veneer Lumber)”

Nhân dịp này tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn tới thầy giáo TS Lê Thanh Chiến người đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực tập Tôi cũng xin được cảm ơn tới Viện Khoa học Lâm Nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài Cuối cùng tôi xin được cảm ơn các bạn

bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập và xử lý số liệu để hoàn thành đề tài này

Mặc dù đã nỗ lực tìm tòi học hỏi nghiên cứu, nhưng do thời gian thực hiện

Đề tài còn nhiều hạn chế, khối lượng nghiên cứu lớn, nên Đề tài không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến xây dựng của các nhà khoa học, bạn bè, đồng nghiệp để bản luận văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 10 năm 2012

Tác giả

Nguyễn Duy Hưng

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình vi

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình nghiên cứu về chống cháy cho vật liệu gỗ trên thế giới 3

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 7

1.3 Tổng quan hoá chất chống cháy 9

1.3.1 Chất chống cháy vô cơ 9

1.3.2 Các chất chống cháy hữu cơ 10

1.3.3 Các chất chống cháy dạng màng 10

1.3.4 Các chất phụ gia 10

Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

2.1 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 12

2.1.1.Mục tiêu chung: 12

2.1.2 Mục tiêu cụ thể 12

2.2 Nội dung nghiên cứu 12

2.3 Phạm vi nghiên cứu 12

2.3.1 Những yếu tố cố định: 12

2.3.2 Những yếu tố khảo sát: 13

2.3.3 Các đại lượng xác định: 13

2.3.4 Thiết bị: 13

2.4 Phương pháp nghiên cứu 13

2.4.1 Phương pháp kế thừa 13

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 13

2.4.3 Phương pháp kiểm tra chất lượng ván LVL 18

1.3.3 Khả năng chống cháy: 20

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21

3.1 Lý thuyết về công nghệ tạo ván LVL 21

3.1.1 Công nghệ sản xuất ván LVL 21

3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ván LVL 22

3.1.3 Các yếu tố về công nghệ 26

3.2 Lý thuyết chống cháy cho gỗ và ván LVL 33

3.2.1 Cơ chế chống cháy 33

3.3 Một số phương pháp chống cháy cho ván LVL 36

3.3.1 Xử lý chống cháy cho sản phẩm ván LVL 36

3.3.2 Xử lý chất chống cháy cho ván mỏng 37

3.4.Cơ chế biến tính chậm cháy gỗ bằng hỗn hợp Boric-Borax 38

3.4.1.Chất chống cháy 38

3.4.2 Ảnh hưởng của chất chậm cháy đến tính chất gỗ 42

3.4.3 Yêu cầu cơ bản của dung dịch chống cháy cho gỗ 46

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 47

4.1 Tạo ván mỏng 47

4.1.1 Bóc ván 47

4.1.2.Cắt và phân loại ván 47

4.2 Tạo ván chậm cháy 47

4.2.1 Chuẩn bị nguyên vật liệu 47

4.3.3 Biến tính ván mỏng 48

4.2 Qui trình thực nghiệm tạo ván LVL chậm cháy 49

4.4 Ảnh hưởng của xử lý chống cháy cho ván bằng hợp chất BB tơi một số tính chất của ván 50

4.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ ép đến độ trương nở chiều dày của ván 50 4.4.2 Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ ép tới cường độ kéo trượt màng keo 54

4.4.3 Ảnh hưởng tới khả năng chống cháy 58

4.5 Đề xuất quy trình tạo ván LVL chậm cháy 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC BẢNG

2.1 Các mức và bước thay đổi của các thông số thí nghiệm 15 2.2 Ma trận thực nghiệm bậc 2 với 2 yếu tố ảnh hưởng 15 3.1 Tiêu chuẩn nguyên liệu cho sản xuất ván mỏng 34

3.3 Lượng hoà tan của axít Boric ở 100g nước ở nhiệt độ khác nhau 40

4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ trương nở chiều dày ván 54 4.4 Ảnh hưởng của nồng độ tới độ trương nở chiều dày ván 55

4.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới cường độ kéo trượt màng keo 58 4.7 Ảnh hưởng của nồng độ tới cường độ kéo trượt màng keo 58

4.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hao hụt khối lượng ván 62 4.10 Ảnh hưởng của nồng độ tới hao hụt khối lượng ván 62

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.1 Cơ chế chống cháy cho gỗ và sản phẩm gỗ của Browe F.C 1982 4 2.1 Mô hình tạo ván LVL chậm cháy nghiên cứu thực nghiệm 14

4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới trương nở chiều dày ván 54

4.3 Ảnh hưởng của nồng độ tới trương nở chiều dày ván 54

4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới cường độ kéo trượt màng keo 57

4.5 Ảnh hưởng của nồng độ tới cường độ kéo trượt màng keo 58

4.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hao hụt khối lượng 61

4.7 Ảnh hưởng của nồng độ tới hao hụt khối lượng 62

ĐẶT VẤN ĐỀ

Gỗ và các sản phẩm tử gỗ ngày càng được con người sử dụng gia tăng về số lượng và chất lượng Gỗ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quốc phòng, tàu thuyền, giao thông, dệt, xây dựng, âm nhạc, đồ mộc…đặc biệt là gỗ tự nhiên vì có màu sắc vân thớ đẹp

Mặc dù có nhiều ưu điểm như vậy nhưng vật liệu gỗ vẫn tồn tại những mặt hạn chế vốn có như: dễ bị co rút, biến dạng gây nứt vỡ khi độ ẩm môi trường thay đổi, dễ bị côn trùng, nấm mốc xâm hại nếu không có biện pháp bảo quản và đặc biệt

gỗ rất dễ cháy ở độ ẩm thấp (độ ẩm sử dụng) - đây là một trong những nguyên nhân

làm hạn chế khả năng sử dụng vật liệu gỗ

Trong những năm gần đây ván nhân tạo đang dần dần thay thế gỗ tự nhiên Trong số các loại ván nhân tạo, ván LVL (Laminated Veneer Lumber) là một loại ván có nhiều ưu điểm Ván LVL được sử dụng rộng rãi trong các chi tiết chịu lực, như: dầm, xà, khung cửa, cánh cửa hay các chi tiết chịu uốn Ván LVL cải thiện được một số nhược điểm của gỗ tự nhiên như: tính chất ván đồng đều hơn gỗ nguyên, có thể tạo ra các chi tiết có kích thước lớn khắc phục sự hạn chế về đường kính và chiều cao (đặc biệt là đối với gỗ rừng trồng)

Tuy nhiên cũng như gỗ nguyên, ván LVL chưa xử lý chống cháy rất dễ cháy Điều đó rất nguy hiểm khi có cháy xảy ra, vì vậy chống cháy cho ván LVL là một yêu cầu rất cần thiết Chống cháy cho ván LVL hiệu quả nhất đó là dùng hoá chất Tuy nhiên, khi sử dụng hoá chất chống cháy cần chú ý đến đặc tính và hiệu quả chống cháy của từng loại hoá chất Việc sử dụng đúng hoá chất sẽ cho hiệu quả chống cháy cao

Trong những năm qua, đã có nhiều công trình nghiên cứu về chống cháy cho vật liệu gỗ tại Trường Đại học Lâm nghiệp và nhiều cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu vào sản xuất Tuy nhiên việc sử dụng các loại hóa chất chống cháy trong quá trình tạo ván có thể sẽ gây ảnh hưởng không tốt tới quá trình tạo ván cũng như một số tính chất của ván

Từ vấn đề tồn tại trên, để góp phần đánh giá ảnh hưởng của hóa chất chống

cháy trong quá trinh tạo ván tới một số tính chất của ván LVL, được sự cho phép của trường Đại học Lâm nghiệp, Khoa Đào tạo Sau Đại học và sự hướng dẫn của

TS Lê Thanh Chiến, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng hóa chất chống cháy và nhiệt độ ép đến một số chỉ tiêu chất lượng ván

LVL (Laminated Veneer Lumber)”

Ý nghĩa của vấn đề nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học: Vấn đề nghiên cứu sẽ bổ sung thêm về cơ sở lý thuyết về xử lý

chậm cháy bằng hóa chất cho vật liệu gỗ

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả của đề tài sẽ góp phần vào viê ̣c hoàn thiê ̣n công nghê ̣

tạo ván LVL chậm cháy, sử du ̣ng để sản xuất đồ mô ̣c và trang trí nô ̣i thất

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình nghiên cứu về chống cháy cho vật liệu gỗ trên thế giới

Gỗ là loại vật liệu rất dễ cháy, do đó việc làm sao có thể tăng thêm khả năng chống cháy hay ngăn cản khả năng bắt cháy của gỗ là một vấn đề được nhân loại quan tâm chú ý từ rất sớm

Có rất nhiều công trình nghiên cứu vật liệu cháy và vấn đề chậm cháy cho gỗ,

có thể kể đến như:

Từ cách đây hàng nghìn năm đã sử dụng phèn và giấm để ngâm gỗ trước khi đóng tàu thuyền đi biển, năm 83 trước công nguyên, niên giám Claudius còn ghi chép rằng: lô cốt bằng gỗ dùng để bao vây tấn công cảng khẩu Piraeus của Hy Lạp

đã được xử lý bằng một dung dịch dạng muối sunphat kẽm với mục đích là nhằm cản trở sự bắt cháy Đây có thể coi là kỹ thuật làm chậm cháy đầu tiên được ghi nhận trong lịch sử nhân loại

Năm 1683, Nikolas Sabbattini sau các nghiên cứu độc lập về chống cháy đã đưa ra khuyến nghị nên dùng các loại chất phủ có pha trộn đất sét hoặc đá vôi để xử

lý cho kết cấu gỗ khi xây dựng các công trình rạp hát nổi tiếng tại Italia Năm 1735, Jonathan Wild đề xuất sử dụng phèn để xử lý chống cháy cho các kết cấu gỗ xây dựng tại Anh

Năm 1820, Fuchs sau các thử nghiệm hết sức nghiêm túc cuối cùng đã phủ lên các kết cấu gỗ tại nhà hát Munich (Đức) bằng hợp chất Silicat kiềm Năm 1821, Gay-Lussac theo yêu cầu của vua Louis XVIII (Pháp) đã nghiên cứu và thử nghiệm rất nhiều phương pháp xử lý chống cháy cho gỗ, cuối cùng đã chủ trương dùng ammonium phosphate và borax để xử lý chống cháy cho gỗ hoặc các vật liệu khác

có nguồn gốc từ Cellulose [14] Bryan là người đầu tiên được cấp bằng sáng chế về phương pháp tẩm chân không áp lực (1831) Phương pháp này còn gọi là phương pháp tế bào đầy, nó mang lại hiệu quả cao trong việc ngâm tẩm gỗ với thời gian ngắn Chín năm sau, Bunet (1839) cũng dùng phương pháp này khi xử lý chống cháy cho gỗ bằng dung dịch ZnCl2 [2],[14]

Cơ chế ngăn cản cháy bề mặt

Cơ chế chống nổ

Tác dụng vật lý

Tác dụng khí

Tác dụng hóa học

Tác dụng vật lý Tác dụng hóa học Tác dụng vật lý

Tác dụng che phủ Tác dụng nhiệt Loãng khí Ngăn chặn phản ứng nối mạch

Tách nước, cácbon hóa

Kết hợp liên kết gốc hydro

Ngăn cách nhiệt Thu nhiệt

Truyền dẫn nhiệt

Đối với việc xây dựng nền tảng lý thuyết về quá trình cháy và cơ chế chống

cháy cho gỗ, trong khoảng từ năm 1800 - 1930 các nhà khoa học mặc dù có nhiều

cách lý giải khác nhau xong nhìn chung họ cũng đã có được sự thống nhất cơ bản

qua các thuyết: thuyết lớp phủ, thuyết nhiệt, thuyết khí và thuyết hóa học[14], tuy

nhiên, các giải thích về cơ chế chống cháy mới 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 được dần hoàn thiện

Theo đánh giá của nhiều nhà khoa học, cơ chế chống cháy của F.C Browe năm

1982 được mô tả ở hình 1.1 là hoàn thiện nhất:

Hình 1.1 Cơ chế chống cháy cho gỗ và sản phẩm gỗ của Browe F.C 1982

Các nước thuộc Liên Xô cũ, trong những năm 1970 đến 1980, các nhà khoa

học đã tạo ra chất chống cháy dạng acid phosphoric đa tụ Chất này được tạo ra do

các phản ứng của Urê, Mêlamin với axít phốtphoríc (H3PO4) Chất chống cháy này

được sử dụng nhiều để xử lý các loại vải chống cháy, sử dụng trong ván dăm, ván

sợi Từ những năm 1970 trở lại đây, hợp chất đa tụ nhóm P-N, chất chống cháy 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 với nồng độ 0.1% - 6% Năm 1970, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra các loại keo ký hiệu U.D.PF, MDPF, H3PO4.PFAC, H3BO3MFAC, H3PO4.MFAC có khả năng chống cháy rất tốt Các hợp chất chống cháy có chứa phốt pho dạng này đang được ưa chuộng và sử dụng nhiều trong sản xuất ván dăm, ván sợi chậm cháy

Nghiên cứu của Seiichi Satonaka, Toshiharu Endoh năm 1983 về khả năng

sử dụng hợp chất Boron làm chất chống cháy cho vật liệu có nguồn gốc cellulose LeVan và Collet năm 1989, LeVan và Winady năm 1990 nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng axit trong hóa chất chống cháy đến tính chất gỗ Paul A Cooper năm

1996 thực hiện nghiên cứu đánh giá độ trương nở của gỗ khi xử lý chậm cháy cho bằng phương pháp chân không áp lực với các dung dịch MAP(mono ammonium phosphate) 8%, PEG (Polyetylenglycol) 10% Winady và cộng sự năm 1991, Sweet

và Winady năm 1999 nghiên cứu về ảnh hưởng của việc xử lý chậm cháy bằng MAP đến độ bền cơ học gỗ; J Miljković và cộng sự năm 2005, nghiên cứu về ảnh hưởng của việc xử lý chậm cháy đến tính chất ván mỏng gỗ sồi và gỗ dương

Wu jian Shen, Liu yan Jei ( 1991): đã nghiên cứu sử dụng (NH4)2HPO4, H3BO3,

Na2B4O7.10H2O, AL(OH)3… để biến tính và tăng khả năng chậm cháy cho gỗ

Haruhiko Yamaguchi và cộng sự (2003), nghiên cứu sử dụng hỗn hợp axit silicic và axit boric để tẩm vào gỗ và kết quả thử nghiệm đánh giá khả năng chống cháy cho gỗ của hỗn hợp khá tốt

Qingwen Wang, Jian Li, Jerrold E.Winady (2004), nghiên cứu về cơ chế kháng cháy của hỗn hợp Boric – Borax (hợp chất Boron) Hợp chất Boron là thành phần cơ bản của rất nhiều chất chống cháy cho gỗ và các vật liệu nguồn gốc cellulose khác Muối Borax có tác dụng hạn chế sự cháy có ngọn nhưng lại có thể làm tăng sự cháy âm ỷ và cháy lan tỏa Boric axit lại có tác dụng ngăn chặn sự cháy lan tỏa và có tác dụng đối với việc hạn chế sự cháy có ngọn Chính vì vậy, sự kết hợp giữa borax và boric axit thường được sử dụng trong các hợp chất chống cháy Thời gian gần đây, một số nhà khoa học như Qingwen Wang , Jian Li (2005)

đã thực hiện nghiên cứu về cơ chế hoạt động của hỗn hợp chất chống cháy giữa Boric axít và GUP (Guyanyl ure phosphate) Đây được coi là một chất chống cháy mới, được xếp vào hệ N - P - B vì kết hợp được tính chất nổi trội của các hóa chất gốc đồng thời hạn chế được các nhược điểm vốn có của hóa chất hệ P-N, hoặc B-B nếu dùng riêng rẽ

Cũng trong năm này J Zaihan và cộng sự (Malaysia) đã nghiên cứu khả năng chậm cháy của 4 loại hóa chất: MAP, DAP, BBX và Dricon (nồng độ dung dịch là 20%) đối với ván mỏng làm ván phủ mặt Năm 2006, Nadir Ayrilmis và cộng sự (Thổ Nhĩ Kỳ) nghiên cứu ảnh hưởng của một số loại chất chống cháy đến

độ nhẵn bề mặt ván mỏng, trong đó tác giả đã sử dụng dung dịch MAP, DAP ở các nồng độ 3% và 11%

Khurshid Akhter (2005) ngâm tẩm gỗ Cao Su trong dung dịch thuốc bảo quản Boric-Borax (1:1), nồng độ 5% trong thời gian 2, 4, 6, 8 ngày đã có kết luận thời gian ngâm tẩm tăng thì độ thấm thuốc tăng

Ergun Baysal, Mustafa Kemal Yalinkilic, Mustafa Altinok, Huseyin Peker, Mehmet Colak (2005), xử lý Wood polymer composite (WPC) bằng hỗn hợp Boric-Borax nồng độ 1%, sau đó đánh giá tính chất vật lý, cơ học và khả năng chậm cháy của gỗ qua xử lý Kết quả thu được cho thấy, gỗ xử lý với hỗn hợp BB khả năng chống cháy của gỗ tăng Tuy nhiên, hệ số chống trương nở ASE, độ bền uỗn tĩnh, modun đàn hồi lại giảm

Người Hy Lạp và người Lã Mã Ergun Baysal, Mustafa Kemal Yalinkilic, Mustafa Altinok, Huseyin Peker, Mehmet Colak (2005), xử lý Wood polymer composite (WPC) bằng hỗn hợp Boric-Borax nồng độ 1%, sau đó đánh giá tính chất vật lý, cơ học và khả năng chậm cháy của gỗ qua xử lý Kết quả thu được cho thấy,

gỗ xử lý với hỗn hợp BB có khả năng chống cháy của gỗ tăng Tuy nhiên, hệ số chống trương nở ASE, độ bền uỗn tĩnh, modun đàn hồi lại giảm

Hiện nay trên thế giới, có một số hướng nghiên cứu mới về chất chậm cháy cho gỗ như: sử dụng công nghệ nano đưa hóa chất chậm cháy vào sâu trong thành vách tế bào gỗ (được sử dụng điển hình là phân tử nano kẽm borat)

Như vậy có thể thấy trên thế giới, vấn đề chống cháy cho gỗ cũng đá được quan tâm nghiên cứu từ rất sớm và cũng đã thu đươc nhiều kết quả khả quan Nhiều loại hóa chất đã và đang tiếp tục được sử dụng hiện nay và có hiệu quả phòng chống cháy cao Bên cạnh đó một số hướng cũng như giải pháp chống cháy mới cũng đã bắt đầu được nghiên cứu, mở ra một hướng đi cho công nghệ chống cháy phù hợp với cuộc sống hiện nay

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam các công trình nghiên cứu về chậm cháy và các phương pháp xử

lý chậm cháy cho gỗ và các vật liệu từ gỗ cũng đã được quan tâm và đạt được những kết quả nhất định

Trong những năm đầu của thập kỷ 90, Hồ Xuân Các đã đưa ra loại thuốc bảo quản gỗ lấy tên là Caxe-01 để xử lý cho gỗ cao su, sau đó Caxe-01 lại được cải tiến thành Caxe-02, Caxe-03 có tác dụng chống nấm, mọt, chậm cháy cho gỗ cao su, thành phần chủ yếu của thuốc là Boric và Borat

Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, chế phẩm chống cháy dùng để ngâm tẩm vào gỗ cũng được nghiên cứu và đăng ký sử dụng với tên thương phẩm là PCC Thành phần của thuốc PCC gồm: (NH4)2SO4 92% và NaF 8%

Nguyễn Phú Vang (1999), đã xác định được mực độ ảnh hưởng của tỉ lệ hỗn hợp thuốc bảo quản Boric - Borax đến một số tính chất cơ vật lý của ván dăm tre phế liệu, khi tăng tỉ lệ thuốc bảo quản thì độ trương nở của ván tăng lên, cường độ uốn tĩnh và độ bền kéo vuông góc giảm

Trường Đại học Lâm nghệp trong các năm 1995 - 2000 đã có một số đề tài tốt nghiệp đã tạo được ván dăm chậm cháy từ chất chậm cháy đơn chất và hợp chất, và một số đề tài xác định lượng và độ sâu thấm thuốc bảo quản khi ngâm tẩm bằng phương pháp chân không áp lực

Theo tác giả Trần Văn Chứ (2001) khi nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy đã xác định được công thức để tạo 03 chế phẩm chống cháy phù hợp để tạo ván dăm chậm cháy dùng cho sản xuất đồ mộc và xây dựng cơ bản

Vũ Thị Hương Giang (2004), nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời gian tẩm hóa chất BB đến lượng thuốc thấm, độ bền và khả năng chống cháy của ván LVL Qua đó đã kết luận ván LVL xử lý BB khả năng chống cháy tăng lên, cường độ kéo trượt màng keo giảm, tỉ lệ trương nở chiều dày ván tăng, khả năng hút nước của ván tăng

Điều đáng chú ý nhất, trong những năm gần đây (1995-2003) đã có một số công trình nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy như đề tài TS.Trần Văn Chứ thực

hiện thành công luận án tiến sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy”, đây

là một công trình nghiên cứu đầu tiên của Việt Nam về chống cháy cho ván dăm Trong nghiên cứu này, tuy đối tượng được hướng đến là ván dăm, nhưng tác giả đã tổng hợp và đưa ra nhiều thông tin hữu ích cho các nghiên cứu chống cháy cho gỗ - ván nhân tạo, các nguyên lý và cơ chế của quá trình cháy cũng như đã đề cập đến cơ chế tác động của một số loại hóa chất chậm cháy thường được sử dụng trên thế giới

Ngô Quang Nam (2004), đánh giá khả năng chống cháy của gỗ khi ngâm tẩm

gỗ với hỗn hợp BB theo phương pháp ngâm tẩm áp lực, nhiệt độ tẩm và thời gian tẩm thay đổi, đưa ra được kết luận hỗn hợp BB tỉ lệ 1:1, nồng độ 10% có khả năng làm chậm cháy cho gỗ tăng

Nhận xét chung:

Như vậy, trong các nghiên cứu chống cháy cho gỗ đa số các phương pháp đưa hóa chất vào trong gỗ là sử dụng phương pháp quét đối với ván mỏng, phun trộn đối với ván dăm, ngâm thường hoặc tẩm chân không áp lực đối với gỗ xẻ, nồng độ dung dịch hóa chất thường được sử dụng trong khoảng từ 3 - 25% tùy thuộc vào từng đối tượng, phương pháp tẩm và phạm vi sử dụng sản phẩm, loại gỗ sử dụng Các nghiên cứu đều đi đến kết luận là hóa chất được sử dụng nghiên cứu có khả năng chống cháy tốt, thể hiện qua việc làm giảm lượng khí dễ cháy thoát ra khi gỗ

bị phân giải bởi nhiệt độ và làm tăng độ than hóa bề mặt gỗ

Tuy nhiên đối với ván LVL, là ván nhân tạo được sử dụng khá nhiều hiện nay thì việc nghiên cứu về chống cháy cũng như ảnh hưởng của chất chống cháy đến chất lượng ván LVL còn chưa được quan tâm, đặc biệt là các ảnh hưởng của lượng thuốc chống cháy (Na2B4O7 10H2O và H3BO3) và nhiệt độ ép ván tới tính chất của ván LVL từ gỗ Bồ đề Đó là lý do để đề tài được tiến hành thực hiện

1.3 Tổng quan hoá chất chống cháy

Chất chống cháy đang được nghiên cứu sử dụng cho vật liệu gỗ được phân thành 2 nhóm: chất vô cơ và chất hữu cơ với các dạng khác nhau: dạng màng, dạng khí, các chất phụ gia

1.3.1 Chất chống cháy vô cơ

+ Chất chống cháy hệ P-N: gồm có các muối amôn (NH4+), NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 , (NH4)2SO4, NH4Cl, (NH4)2HSO4, (NH4)2B4O7, NH4Br,

+ Muối Bazơ: gồm các chất như Na2CO3, CaCO3, MgCl2, CaCl2, Na2SO4,

+ Keo (nhựa) có nguồn gốc Amino: ngoài tác dụng tạo ván còn có tác dụng

chống rửa trôi

Ngoài ra còn một số chất hỗ trợ chậm cháy Chúng tham gia vào làm tăng hiệu quả chậm cháy Tiết kiệm hoá chất làm chậm cháy, như nhóm Halogen, rượu bậc, Al(OH)3; (NH2)2CO2; Na2SiO3; (NH4)2SO4 và các chất nền

1.3.2 Các chất chống cháy hữu cơ

Chất làm chậm cháy hữu cơ cũng có thể dùng để trộn vào keo hoặc phun quét lên bề mặt ván mỏng hay ván LVL Như: Tetracic hydroxy methyl phosphonium chlioride, Tris (1- arairidinyl), Phosphin oxide, cloparafin (sản phẩm chứa Clo của các hydrocacbon có 10 - 30 nguyên tử cácbon); tetrametynolfoclorua (HOCH2)4PCl (sản phẩm của PH3, formaldehyde và NH4CL); tri( - cloetyl) - photphat [(ClCH2CH2O)3P - O]; Focfazen (là các chất có các liên kết hoặc thẳng với các nhóm P - N; các chất photphat hữu cơ được tạo ra khi cho urê, melamin, dixiandiamide phản ứng với axít photphoric,

Các chất photphat được tạo ra khi cho Urê đa tụ với các axít photphoric được dùng rất nhiều trong sản xuất ván dăm, ván sợi Tuy nhiên, các axít polyphotphoric

có các liên kết trong chuỗi -PO3-O-PO2 Đây là các axít mạnh hơn axít photphoric Sản phẩm tạo ra từ urê và các axít polyphotphoric có khả năng chống cháy tốt nhưng khả năng hòa tan trong nước rất kém, vì vậy ngày nay axít orthphotphoric (H3PO4) được dùng nhiều hơn các axít polyphotphoric để tạo chất chống cháy

1.3.3 Các chất chống cháy dạng màng

Gồm có: màng sơn, màng giấy tẩm keo (phenolic, melamin ), các tấm

cách nhiệt,

1.3.4 Các chất phụ gia

+ Nhóm Halogen: cơ chế chống cháy của nhóm halogen ở pha khí; nhóm

chất chống cháy P-N tiến hành cơ chế chống cháy chủ yếu ở pha rắn, vì vậy có thể phối hợp tác dụng của hai nhóm này để làm tăng hiệu quả chống cháy Các chất thuộc nhóm này gồm: NH4Cl, LiCl, NH4Br, ZnCl2, Cl, Br, CaCl2

+ Rượu nhiều bậc: là những chất phụ gia rất tốt của hệ P - N Hệ P - N tiến hành phản ứng este hóa với rượu nhiều bậc, làm tăng quá trình tách nước hóa than

+ Nhóm hydroxit kim loại: gồm có Al(OH)3, Zn(OH)2, Fe2(OH)3, là những chất phụ gia rất tốt với chất chống cháy gốc aminô

+ Urê [(NH2)CO], Melamin C3N3(NH2)3 : các chất có gốc aminô là những chất phụ gia rất tốt của chất chống cháy hệ P – N

+ Na2SiO3, và SiO2: là các chất có khả năng chịu nhiệt độ cao và thường được dùng làm chất phụ gia cho chất chống cháy và keo dán Nhiệt độ nóng chảy của Na2SiO3 lên tới 10880C

+ (NH4)2SO4: chất phụ gia chống cháy rất tốt của nhóm P – N

+ Các chất phụ gia dạng khoáng chất (xi măng, thạch cao ): có tác dụng giảm lượng các chất bay hơi và giảm nhiệt cháy

Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng hóa chất BB và nhiệt độ ép đến một số tính chất cơ lý của ván LVL

- Nguyên liệu: gỗ Bồ đề (8-10 tuổi)

- Phương pháp ép: Step by step

- Áp suất ép: P = 1,5MPa

- Thời gian ép:  = 0,4 phút/1mm chiều dày sản phẩm

- Loại keo U-F, lượng keo tráng: G = 200g/m2

- Loại hóa chất chống cháy (hỗn hợp acid Boric H3BO3 và Natri Tetra Borat Na2B4O7.10 H2O)

- Kích thước ván: 800 x 800 x 30 mm

- Chiều dày ván mỏng cho tất cả các tấm trung bình: 1,2 mm

- Số lớp ván: 30 lớp (dự kiến)

- Ván được đánh giá theo TCVN qua các chỉ tiêu

+ Độ trương nở chiều dày ván

- Trương nở chiều dày

- Cường độ kéo trượt màng keo

- Khả năng chống cháy của ván LVL đã tẩm hóa chất B - B

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Sử dụng phương pháp thực nghiệm đa yếu tố theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm Tiến hành ép ván thực nghiệm ở các cấp tỷ lệ chất chống cháy là 3, 5, 7, 9, 11

(%) với các cấp nhiệt độ T=120 oC, 130 oC, 140 oC, 150 oC, 160oC

Với mục đích lựa chọn ra lượng chất chống cháy và nhiệt độ ép phù hợp, chúng tôi tiến hành các thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiêm đa yếu tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ chất chống cháy và nhiệt độ ép tới một số chỉ tiêu chất lượng ván LVL chậm cháy

Mô tả hình học quá trình nghiên cứu thực nghiệm được thể hiện qua hình 2

Hình 2.1 Mô hình tạo ván LVL chậm cháy nghiên cứu thực nghiệm

Về nguyên tắc, trước khi tiến hành lập kế hoạch thực nghiệm cần phải có các thí nghiệm thăm dò để xác định mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến đối tượng nghiên cứu cũng như xác định khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng Việc xác định dạng hàm tương quan chọn kế hoạch thực nghiệm được thực hiện tuần tự từ dạng hàm bậc nhất, nếu kiểm tra thấy không tương thích sẽ chuyển sang các bậc cao hơn Tuy nhiên, để tiết kiệm thời gian và chi phí, nếu ta đã biết rõ đối tượng nghiên cứu có đặc điểm phi tuyến thì có thể áp dụng ngay mô hình phi tuyến

mà không cần kiểm tra sự tương thích với mô hình tuyến tính (bậc 1) nữa [1]

Trong đề tài này, căn cứ vào ý kiến của các nhà chuyên môn cũng như tham khảo nhiều tài liệu liên quan đã xác định rằng mô hình bậc 1 không đảm bảo tính tương thích, do đó mô hình tương quan phải ở dạng phi tuyến Chúng tôi tiến hành lập ma trận thực nghiệm theo mô hình quy hoạch thực nghiệm bậc 2 như sau:

Bảng 2.1 Các mức và bước thay đổi của các thông số thí nghiệm

Các giá trị của mức “sao” trên và dưới   được tính như sau:

X   = X0  .l (với l là khoảng biến thiên)

Sau khi làm đủ các thí nghiệm cần thiết, số liệu thu thập được cần được kiểm tra theo các giả thiết thống kê được đề cập trong tài liệu: “Phương pháp nghiên cứu thực nghiêm” của tác giả TS Nguyễn Văn Bỉ (Trường ĐH Lâm Nghiệp, 2005)

Bảng 2.2 Ma trận thực nghiệm bậc 2 với 2 yếu tố ảnh hưởng

- Kiểm tra về luật phân bố chuẩn

- Kiểm tra sự đồng nhất của các phương sai

- Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố

Quá trình lập phương trình tương quan được tiến hành qua 3 bước:

Bước 1: Lập phương trình dạng mã Y = f( X1, X2)

Nội dung bước này là:

- Tính giá trị các hệ số của phương trình tương quan;

- Kiểm tra mức độ ý nghĩa của nó theo tiêu chuẩn “t”;

a Kiểm tra tính đồng nhất của các phương sai

Theo tiêu chuẩn Kohren

S

S G

j

2

2 max

(1.1)Trong đó:

S2

max – Giá trị lớn nhất trong các phương sai thực nghiệm

Gα - là giá trị tiêu chuẩn Kohren theo bảng 1- phụ lục [1], Gα tra bảng với

mức độ chính xác α = 0.05 và các bậc tự do : γ = k-1 = 2; m = (k-1) N Nếu GP

trong công thức (1.1) có giá trị GP > Gα thì giả thuyết bị bác bỏ

b Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các thông số vào

Ảnh hưởng của các thông số vào được đánh giá qua của chuẩn Fisher:



F S

Sr2 :Phương sai tuyển chọn, là sự sai lệch giữa các giá trị hàm tính theo mô

hình và giá trị thực nghiệm

Sc : Phương sai nhiễu gây nên

Fα tra theo bảng 3, phụ lục [1] , với α = 0.05; k1=k-1; k2 =N(k-1)

Nếu Ftt > Fα  ảnh hưởng của thông số vào là đáng kể

Ftt < Fα  ảnh hưởng của thông số vào là không đáng kể, mô hình tương thích

c.Tính giá trị các hệ số hồi quy

j

Y x k

Y k b

1 1

2 2

1 1 0

) ,

2 , 1 (



) (

;

1

4 X X Y l k k

b

N

j

j lj kj

i

N

j

j ij N

j ij

1

2 5

Trong đó:

2 2 4

22

4 22 1

] )

1 [(

) 1 (





   n n

N

n k

2 1

2

) 1

1

2 2

; λ4 = 



N

u iux

1 4

d Kiểm tra ý nghĩa của các hệ số

Đánh giá mức độ ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Students như sau:

Nếu bi nào thỏa mãn điều kiện: ti = k

b

it S

Tiêu chuẩn Students theo bảng “t”, với các bậc tự do γ = 1-; k2=N(k-1)

e Kiểm tra tính tương thích của mô hình

Mô hình hồi qui nhận được dạng phương trình tương quan dạng mã có tương thích với các số liệu thí nghiệm hay không còn phải được kiểm tra theo điều kiện sau:

Ftt < F( , k1, k2) (*)

Trong đó: Ftt - là giá trị của biểu thức Fisher tính theo mô hình dự đoán

2

N j

2

^)(

E

j j tt

S

Y Y B N

kN F

Nếu biểu thức (*) được thỏa mãn thì mô hình hồi quy được xem là tương thích với số liệu thực nghiệm./ [1]

Bước 2: Chuyển phương trình về dạng thực y =  (x1, x2)

Nội dung bước này là:

- Chuyển phương trình PTHQ từ dạng mã về dạng thực qua phép đổi biến;

- Tìm giá trị của hàm hồi quy ở tất cả các mức thí nghiệm;

- Vẽ biểu đồ tương quan

Bước 3: Phân tích kết quả

- Từ biểu thức của hàm hồi quy đưa ra các nhận xét, đánh giá ảnh hưởng của từng yếu tố đối với đại lượng nghiên cứu

- Xác định giá trị của các yếu tố để đại lượng nghiên cứu đạt giá trị mong muốn, khảo sát tối ưu

Nội dung và kết quả của các bước này được trình bày trong “Chương 3”

2.4.3 Phương pháp kiểm tra chất lượng ván LVL

2.4.3.1 Tỷ lệ trương nở của ván LVL:

- Phương pháp xác định độ trương nở chiều dày của mẫu sản phẩm được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 7756-5 : 2007

- Kích thước mẫu: 50x50x12mm

- Dung lượng mẫu: 08 mẫu

- Dụng cụ đo: Máy đo chiều dày điện tử Mitutoyo, độ chính xác 0,0001 mm

Hình 2.2 Thiết bị đo chiều dày ván

- Phương pháp:

+ Đo chiều dày của mẫu ở điểm trung tâm(So)

+ Ngâm mẫu trong nước 27 ±2oC, pH =(7  1), mặt nước cao hơn mẫu thử khoảng 25±5mm

+ Ngâm trong khoảng 24h±5 phút, lấy ra lau sạch nước, đo chiều dày mẫu ở điểm trung tâm(S1) Tiến hành đo trong vòng 30 phút

Trong đó:∆S: Tỉ lệ trương nở chiều dày ván,%

S1: Chiều dày ván sau khi ngâm (mm)

So: Chiều dày ván trước khi ngâm (mm)

2.4.3.2 Cường độ kéo trượt màng keo

Xác định cường độ kéo trượt màng keo được thực hiện theo: Tiêu chuẩn TCVN 8576:2010

- Thiết bị thí nghiệm: Thước kẹp điện tử chính xác đến 0,1 mm, Máy thử tính chất cơ lý gỗ có độ chính xác đến 10N

- Phương pháp tiến hành:

Mẫu thử sau khi được gia công theo tiêu chuẩn sao cho kích thước mặt phẳng trượt nằm trong giải từ 25 - 50 (mm), độ chính xác đến 0,5 mm Thanh mẫu

thử phải được đặt trong thiết bị thử sao cho tải trọng được truyền theo hướng thớ

gỗ Mạch keo phải ở vị trí sao cho khoảng cách tại mọi điểm giữa mạch keo và mặt phẳng trượt không vượt quá 1 mm Tải trọng được truyền với tốc độ không đổi sao cho ít nhất 20s mẫu sẽ bị phá hủy, tỷ lệ phần trăm gỗ bị phá hủy được đánh giá chính xác đến 5%

- Công thức xác định độ bền kéo trượt màng keo (MPa)

Độ hao tổn khối lượng mẫu khi cháy gián tiếp cho thấy khả năng cháy của

vật liệu gỗ, hao tổn khối lượng mẫu thử (Δm) được xác định theo công thức sau:

% 100

1

2

1 x m

m m

m  

Trong đó: m1 – Khối lượng ban đầu của mẫu thử (g)

m2 - Khối lượng mẫu thử sau khi đốt, g

Kết quả thử nghiệm theo hao tổn khối lượng mẫu thử sai lệch so với giá trị trung bình vượt quá 5% nên bỏ đi và lặp lại thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm là giá trị trung bình Δmtb của ít nhất 10 lần thử nghiệm, làm tròn đến 1%

Theo giá trị Δmt/b, gỗ sau khi xử lý bằng hoá chất chống cháy theo bề mặt hoặc chiều sâu được phân thành 3 nhóm:

- Nhóm I: khó cháy, khi hao tổn khối lượng mẫu thử Δmtb < 9%

- Nhóm II: khó bốc cháy, khi hao tổn khối lượng mẫu thử 9% < Δmtb < 30% -Nhóm III: cháy, không đảm bảo hiệu quả bảo vệ chống cháy khi Δmtb > 30%

Chương 3

- Các điều kiện dán dính: T0, P

- Các điều kiện này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có: loại keo, loại vật dán, thông số kỹ thuật của keo, phương pháp ép, chiều dày và độ ẩm của phôi, khối lượng thể tích của sản phẩm, mục tiêu sử dụng…

Ván LVL là loại ván dán đặc biệt, có chiều dày ván mỏng lớn (≥2mm) Các tấm ván mỏng sau khi sấy được xếp mặt phải/mặt trái trên cùng một mặt ở cùng một tầng xếp Việc xếp các tấm ván mỏng để tạo cấu trúc ván LVL có thể theo nguyên tắc đối xứng: mặt phải của lớp này dán dính với mặt phải của lớp kế tiếp và mặt trái của nó dán dính với mặt trái của lớp kế tiếp khác Và cách xếp khác là không đối xứng: mặt phải của lớp này dán dính với mặt trái của lớp kế tiếp Các lớp ván mỏng được xếp song song với nhau theo chiều thớ gỗ

Quy trình công nghệ tạo ván LVL chậm cháy về cơ bản giống quy trình công nghệ tạo ván LVL thông dụng Điểm khác biệt của hai quy trình là công đoạn trộn chất chống cháy cùng keo dán

Gỗ Bồ đề với đường kính 15 - 20cm được bóc vỏ và cắt khúc với chiều dài 1.35m Sau đó gỗ được xử lý nhiệt trước khi bóc theo phương pháp luộc Mục đích của xử lý nhiệt là làm mềm hoá gỗ trước khi bóc Chế độ xử lý nhiệt: Nhiệt độ: 60 -

700C, thời gian: 8 - 10 giờ; cân bằng nhiệt độ ngoài môi trường: 2 giờ

Gỗ sau khi xử lý hoá mềm được đưa vào máy bóc để tạo ván mỏng Chiều dày ván mỏng ướt là 3.6mm Các thông số khi bóc gỗ như sau: Góc mài: 200, góc sau:

30, độ nhô mũi dao: h = 1mm, tốc độ vòng quay trục trấu: 150 vòng/phút, tốc độ ăn dao: 5.8 mm/s, chiều cao thước thước nén: h0 = 0.3mm, mức độ nén: Δ = 20% Ván mỏng bóc xong được sấy bằng lò sấy con lăn tuần hoàn dọc Yêu cầu độ

ẩm ván mỏng sau khi sấy là 10%, độ ẩm của ván mỏng sau khi tráng keo là 20% Chế

độ sấy ván mỏng: Nhiệt độ đầu vào: T = 60 - 700C; nhiệt độ đầu ra: T = 110 -

1200C, hiện nay đã có thể sấy ở nhiệt độ cao 150 -1700C; tốc độ con lăn: 0.75m/s; tốc độ tuần hoàn không khí: V=3m/s Chất lượng ván mỏng sau khi sấy qua kiểm tra như sau: chiều sâu vết nứt: 49.72 - 54.26%; tần số vết nứt: 4.03 - 4.93 vết/cm; sai số chiều dày: 1.78 - 2.23%; tỷ lệ lợi dụng ván mỏng: 54 - 67% Màu sắc của ván mỏng sau khi sấy tương tự gỗ nguyên ở trạng thái hong phơi tự nhiên Phần giác có màu hơi sẫm song khó phân biệt so với gỗ giác phơi tự nhiên Ván mỏng với chất lượng như vậy hoàn toàn đảm bảo yêu cầu dùng làm nguyên liệu cho ván LVL Chất chống cháy là hỗn hợp của axit boric (H3BO3) và borat (Na2B4O7.10H2O) được pha trộn theo tỷ lệ khối lượng H3BO3 : Na2B4O7.10H2O = 1:1

Ván mỏng được tráng keo và xếp phôi Lượng keo tráng 180-220g/m2 Số lớp ván mỏng là 30 lớp Các lớp ván được xếp song song theo một theo nguyên tắc mặt phải - mặt phải Sau đó các lớp ván đã xếp phôi được đưa vào máy ép nhiệt Khi ép tạo ván LVL, chúng tôi chọn giải pháp ép nhiều lần (Step by step)

3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ván LVL

3.1.2.1 Ảnh hưởng của loại gỗ

Ván LVL là một loại ván nhân tạo được tạo ra từ các ván mỏng Do nguyên tắc hình thành ván và yêu cầu chất lượng sản phẩm Các tấm ván mỏng phải là một dải liên tục, tính chất cơ lý của các tấm ván khác nhau rất ít Chất lượng ván LVL không chỉ đánh giá bởi các thông số về tính chất cơ lý của ván mà nó còn đòi hỏi cả về chất lượng ngoại quan Bề mặt sản phẩm nhẵn, phẳng, không phồng rộp, không biến màu không có mắt… Để nâng cao chất lượng của sản phẩm, hạn chế các khuyết tật chúng ta cần nghiên cứu đặc điểm của gỗ tròn Đối với gỗ tròn dùng để sản xuất ván LVL điều đầu tiên là phải tạo ra ván mỏng liên tục trong quá trình bóc (hoặc lạng),

do đó không phải loại gỗ nào cũng là nguyên liệu dùng để sản xuất Qua kết quả của các công trình nghiên cứu và thực tế sản xuất ở nước ta ván dán thường được sản xuất từ các loại gỗ sau: Thông, Bồ đề, Vạng trứng, Trám trắng, Keo lai…

Thông thường những loại gỗ này có khối lượng thể tích trung bình, thẳng thớ

dễ tạo ván mỏng liên tục (lạng, bóc) Còn đối với gỗ có khối lượng thể tích lớn hơn, khả năng tạo ván mỏng khó hơn Khối lượng thể tích của gỗ tròn thường dùng sản xuất ván dán ở Việt Nam là  = 0,4 ÷ 0,65 (g/cm3)

Các loại gỗ khác nhau sẽ đòi hỏi công nghệ sản xuất khác nhau, đồng thời cũng sẽ tạo ra các sản phẩm có các tính chất khác nhau Loại gỗ mềm sẽ thuận lợi cho quá trính gia công cắt gọt hơn gỗ cứng, đặc biệt trong quá trình bóc ván mỏng,

để đảm bảo chất lượng các loại gỗ cúng nhất thiết phải được xử lý nhiệt trước khi bóc Ngoài ra, loại gỗ mềm sẽ dễ sấy, khả năng thẩm thấu keo cao, và được nén ép nhiều hơn khi ép nhiệt, vì vậy nó sẽ có chất lượng mối dán tốt hơn ứng với cùng một áp suất ép Tuy nhiên, gỗ mềm thường có cường độ thấp do đó tạo ra sản phẩm

có cường độ thấp hơn khi sử dụng nguyên liệu là gỗ cứng hay gỗ có khối lượng thể tích cao hơn Chính vì vậy, khi sản xuất ván dán nói chung và ván LVL nói riêng người ta thường sử dụng các loại gỗ có khối lượng thể tích trung bình từ 0,4 - 0,7g/cm3 Gỗ Bồ đề cũng thuộc nhóm các loại gỗ có khối lượng thể tích trung bình cho nên hoàn toàn có thể tạo ra được sản phẩm có chất lượng tốt

Gỗ bồ đề là một trong những loại gỗ rừng trồng có trữ lượng khá lớn ở nước

ta Hằng năm, lượng thứ liệu sau nguyên liệu giấy của gỗ bồ đề chiếm 3035% [12] Gỗ bồ đề đã đang được dùng với số lượng lớn làm nguyên liệu cho công nghiệp giấy và công nghệ sản xuất ván dăm Hiện nay, nhà máy ván nhân tạo Việt Trì và công ty giấy Bãi Bằng đang dùng gỗ bồ đề là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất ván dăm và công nghệ sản xuất giấy Cùng với một số loại gỗ khác (mỡ, tràm, hông, keo…), gỗ bồ đề có diện tích trồng khoảng 60.000 ha/năm [12]

Gỗ bồ đề có tên khoa học là Styrax tonkinensis-Pierre, thuộc loại gỗ nhóm VII Gỗ bồ đề dễ cháy, có lõi và giác phân biệt, màu sáng, thẳng thớ, mịn, không mùi vị, vòng năm sớm, gỗ sớm, muộn phân biệt Gỗ bồ đề có hàm lượng xenlulô 47

 49%, hàm lượng lignin 22.3% Khối lượng thể tích của gỗ bồ đề là 0.41 g/cm3, hệ

số co rút 0.29, ứng suất ép dọc thớ 192.105N/m2, độ uốn tĩnh 505 105N/m2, sức bền

tự nhiên kém, dễ gia công và dễ nứt……

3.1.2.2 Ảnh hưởng của chất kết dính

a Ảnh hưởng của loại keo

Mỗi một loại keo có thông số và đặc tính riêng, mỗi một loại keo phù hợp với một số loại vật dán và chỉ phù hợp với một số loại hình công nghệ nhất định Vì vậy, lựa chọn keo dán phải phù hợp với công nghệ, phù hợp với mục đích sử dụng, đảm bảo chất lượng sản phẩm

Các chỉ tiêu kỹ thuật của keo U-F qua kiểm tra theo tiêu chuẩn 93: dạng lỏng; màu trắng đục; hàm lượng khô 47%, tỷ trọng 1.25-1.27g ml-1; độ nhớt 100-180Pa.s (ở 200C); độ pH 7.0-7.2; thời gian gel hoá 67s; lượng formaldehyde tự do nhỏ hơn 0.5%, thời gian bảo quản 2 tháng

GB/T14074.4-Với các chỉ tiêu chất lượng như vậy, căn cứ vào yêu cầu của keo dán dùng trong ván LVL ta thấy keo U-F hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về chất lượng

c Ảnh hưởng hàm lượng khô của keo

Hàm lượng khô của keo có ảnh hưởng đến chất lượng mối dán vì trong quá trình dán ép dung môi của keo chủ yếu được gỗ hút ẩm Nếu hàm lượng khô thấp sẽ làm cho độ nhớt của keo giảm đáng kể dẫn đến chất lượng mối dán giảm Ngược lại, nếu hàm lượng khô của keo cao thì khả năng tráng keo khó, do vậy thường tạo màng keo không liên tục, chất lượng mối dán giảm

d Ảnh hưởng của lượng keo tráng

Trong sản xuất hiện nay giá thành của keo chiếm 20% giá thành sản phẩm, vì vậy người ta tìm mọi cách để giảm chi phí của keo trên cơ sở màng keo tạo thành

phải mỏng, đều, liên tục trên bề mặt vật dán và đảm bảo cường độ dán dính Nếu lượng keo tráng trên bề mặt vật dán quá ít thì khả năng dàn trải màng keo không đều, không liên tục làm cho chất lượng mối dán không đảm bảo Đồng thời lượng keo tráng ít thì khả năng hút dung môi vào gỗ lớn làm cho màng keo khô trước khi đóng rắn Ngược lại, nếu lượng keo tráng quá nhiều sẽ làm cho màng keo dày lên

Vì vậy nội ứng suất sinh ra trong màng keo lớn, khi dung môi bay hơi sẽ để lại các bọt khí và khi dán ép keo sẽ bị tràn ra ngoài khi co rút, mối dán co rút không đều sẽ dẫn đến cường độ mối dán giảm đi rất rõ rệt

e Độ acid – bazơ của keo dán

Độ acid - bazơ của keo dán là một trong những đại lượng đặc trưng cho tính chất hoá học, nó ảnh hưởng trực tiếp tới cường độ dán dính của keo Tính acid mạnh hay bazơ mạnh đều làm giảm cường độ dán dính của keo hay nó phá hoại các

tổ chức tế bào gỗ, làm ảnh hưởng đến lực kéo hay lực uốn xung kích của gỗ Vì vậy,

độ pH của keo khi sử dụng phải đảm bảo không phá huỷ vật dán, độ pH của keo nhiệt rắn đóng rắn nóng ở môi trường acid yếu khoảng pH = 6 ÷ 6.5

3.1.2.3 Ảnh hưởng của độ ẩm

Độ ẩm do 3 nguồn nước mang lại là: ẩm trong ván mỏng; nước có trong keo

và nước pha hoá chất, chất độn; nước sinh ra trong quá trình đa tụ của keo

Tuy nhiên nước sinh ra trong quá trình đa tụ của keo là không đáng kể Còn đối với nước dùng để pha hoá chất, chất độn ta chỉ hạn chế nó mà không hoàn toàn khống chế được nó Do vậy, việc khống chế độ ẩm của phôi phần lớn phụ thuộc vào độ ẩm của ván mỏng

Khi độ ẩm của ván mỏng quá lớn sẽ làm giảm độ nhớt của keo tạo thành màng không liên tục Trong trường hợp này chỉ cần ép ở độ ẩm thấp ván cũng được hoá dẻo song chất lượng ván sẽ không cao do khi độ ẩm của phôi cao thì hiện tượng ẩm trong ván sẽ thoát ra rất lớn Do vậy, ván sẽ lâu đạt quá nhiệt độ 1000C, sẽ kéo dài thời gian đóng rắn của màng keo và phải ép ván ở thời gian dài mới đảm bảo màng keo trong cùng đóng rắn cũng như tránh được hiện tượng nổ ván

Ngược lại, khi độ ẩm của ván mỏng quá thấp thì sau khi tráng keo ván mỏng

nhanh chóng hút dung môi của keo làm cho độ nhớt của màng keo tăng lên, khả năng dàn trải của keo trên bề mặt ván sẽ khó khăn hơn và để ván được dẻo hoá cần phải ép ván ở nhiệt độ rất cao và như vậy dễ xảy ra hiện tượng phồng rộp, màng keo

+ chất lượng ván mỏng

Chất lượng của ván mỏng ảnh hưởng lớn tới chất lượng sản phẩm ván dán sau khi ép Do vậy trong các biện pháp chính để nâng cao chất lượng sản phẩm ván LVL là nâng cao chất lượng ván mỏng Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng ván mỏng dùng để sản xuất ván dán là: Chiều sâu vết nứt (%); Tần số vết nứt (vết/cm); Sai số chiều dày theo tiết diện của ván (%); Sai số chiều dày theo quỹ đạo bóc (%)

Để nâng cao chất lượng ván bóc điều đầu tiên là giảm chiều sâu vết nứt, vì chiều sâu vết nứt Chiều sâu vết nứt lớn ván dễ bị rách, vỡ khi bóc, sấy, ép Tỷ lệ lợi dụng ván thấp, keo dễ bị tràn lên bề mặt gây ảnh hưởng màu sắc bề mặt và trang sức sau này

Tần số vết nứt nhiều, lượng keo tráng sẽ tốn nhiều hơn do keo chui vào các vết nứt

và tạo nên màng keo không đều, dễ gây ra các khuyết tật khi uốn, co dãn của ván dán Sai số chiều dày theo tiết diện và quỹ đạo bóc chủ yếu do quan hệ động học giữa dao và gỗ bóc, giữa dao và thước nén Nếu sai số chiều dày theo tiết diện ván

và quỹ đạo bóc quá lớn quá trình tráng keo sẽ không đều, khi ép tạo ra các túi khí,

ván bị nổ, khối lượng riêng của ván không đều tạo nên ứng suất chênh lệch, gây cong vênh ván, khi trang sức trên ván có mật độ khối lượng thể tích không đều, thì tại những vị trí có khối lượng riêng thấp keo sẽ không dính do co dãn tại vị trí đó lớn khi

ép tấm trang sức

Tóm lại: Khi nguyên liệu có những khuyết tật trên, chúng gây ảnh hưởng

lớn tới sản xuất Tuy trong thực tế sản xuất không thể khắc phục hết tất cả các khuyết tật đó Song chúng ta luôn phải tìm ra những loại nguyên liệu để hạn chế đến mức tối đa các khuyết tật trên Một loại nguyên liệu thì không đảm bảo thoả mãn các yêu cầu đó Song chúng ta cần cân nhắc những yêu cầu nào được coi trọng hơn Lấy ví dụ Bồ đề là một loại nguyên liệu khá hợp lý vì chúng có đường kính lớn, tròn, thẳng… Đó là những ưu điểm mà cây gỗ này có được song nó lại

dễ bị sâu nấm phá hoại, mềm Tuy vậy, nó vẫn được sử dụng nhiều vì chúng có rất nhiều ưu điểm Trong đề tài này, Bồ đề cũng là loại nguyên liệu được sử dụng

để nghiên cứu thí nghiêm

Bảng 3.1 Tiêu chuẩn nguyên liệu cho sản xuất ván mỏng

+ Cong 1 chiều nhỏ hơn hoặc bằng 2%

+ Cong 2 chiều nhỏ hơn hặc bằng 1%

+ Độ thót ngọn f nhỏ hơn hặc bằng 2cm/m + Không lấy

+ Không lấy

3.1.3.2 Ảnh hưởng của thông số chế độ ép

Trong sản xuất ván LVL có rất nhiều phương pháp ép khác nhau, mỗi phương

pháp sẽ có các thông số công nghệ khác nhau và từ đó tạo ra các sản phẩm có các đặc tính khác nhau Hiện nay có 3 phương pháp chính được sử dụng là:

+Phương pháp ép một công đoạn “Single step hot-pressing”

Phương pháp này có nguyên tắc dán ép giống như đối với ván dán thông thường Tất cả các lớp ván mỏng sau khi tráng keo, xếp ván theo đúng kết cấu và ép

sơ bộ sẽ được đưa vào ép nhiệt Chỉ sau một lần ép nhiệt sẽ tạo ra sản phẩm theo thiết kế Phương pháp này đòi hỏi thời gian ép dài, nhiệt độ ép thấp, độ ẩm ván mỏng sau khi sấy phải thấp (< 6%), khả năng xảy ra nổ ván hoặc ván phồng rộp là rất cao đặc biệt là ván dán nhiều lớp, ngoài ra cường độ dán dính của màng keo trong cùng và màng keo ngoài cùng cũng khác nhau

+Phương pháp ép nhiều công đoạn “Step by step hot-pressing”

Phương pháp này dùng cho các loại ván có số lớp ván chẵn hoặc lẻ, thông thường sử dụng cho ván có số lớp chẵn, tuy nhiên vẫn được sử dụng với ván có số lớp le bởi các ưu điểm của nó Chẳng hạn ván có 11 lớp, sau khi tráng keo người ta đưa 3 lớp trong cùng vào ép dưới áp suất, nhiệt độ trông một thời gian nhất định, sau khi keo dán đóng rắn gần như hoàn toàn thì mở bàn ép đưa ván ra và xếp 2 lớp

kế tiếp vào hai bên rồi tiến hành tiếp tục ép Cứ như thế ép cho đến lớp ván cuối cùng Ngoại trừ 3 lớp đầu tiên đưa vào ép, các lớp tiếp theo có thời gian ép rất ngắn

do tận dụng được lượng nhiệt dư của tấm trước đó Phương pháp này có thời gian rất ngắn, khả năng nổ ván thấp, yêu cầu về độ ẩm ván mỏng sau khi sấy không cần quá thấp Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thao tác phức tạp

Do phương pháp ép nhiệt nhiều công đoạn là một phương pháp mới, thời gian

ép ngắn, hạn chế được khả năng nổ ván khi ép nhiệt, đặc biệt là với ván nhiều lớp,

vì vậy trong để tài này chúng tôi chọn phương pháp ép nhiều công đoạn để sản xuất ván LVL Vấn đề quan trọng cần xác định ở đây là thông số chế độ ép nhiệt hợp lý cho loại sản phẩm cụ thể là ván LVL dày 30mm, từ nguyên liệu gỗ Bồ đề Để có thể tìm ra được thông số chế độ ép nhiệt chúng ta cần tìm hiểu sự ảnh hưởng của các thông số chế độ ép đến công nghệ và tính chất của ván

+Phương pháp ép cao tần “High frequency pressing”

Phương pháp này sử dụng điện trường có tần số cao (tần số f = 4MHz) Hiệu

điện thế V = 8 kw, công suất dòng điện P = 375 v)để đóng rắn màng keo, thường dùng đối với keo nhiệt rắn Thời gian ép ván khi sử dụng phương pháp ép nhiệt cao tần cũng rất ngắn 30 giây đến 3 phút Tuy nhiên đòi hỏi cần có thiết bị ép chuyên dùng Đây cũng là một phương pháp ép phổ biến trên thế giới, tuy nhiên trong điều kiện Việt Nam thì còn rất hạn chế

a Áp suất ép

Vai trò của áp suất ép trong sản xuất ván dán là nhằm tạo ra sự tiếp xúc cần thiết giữa các lớp ván mỏng để thu hồi được mối dán phù hợp Khi bề mặt vật dán nhẵn, phẳng, keo có khả năng trải đều lớn thì lực ép không đáng kể Tuy nhiên, trong thực tế các tấm ván mỏng luôn luôn tồn tại các khuyết tật như: nhấp nhô bề mặt, sai số chiều dày … Do đó, phải duy trì một áp lực ép nhất định Trị số của áp lực nén cần phải như thế nào để tạo ra giữa hai lớp ván mỏng một màng keo mỏng, đều và liên tục Các công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đều cho thấy rằng: độ bền mối dán tăng khi chiều dày màng keo giảm

Áp suất ép là một trong các yếu tố để tạo ra chiều dày màng keo Người ta xác định trị số áp suất ép phải tính đến các thông số của ván mỏng và của keo như sau:

Độ ẩm của ván mỏng; Trạng thái bề mặt ván mỏng; Loại gỗ; Độ đàn hồi và độ nhớt của keo; Nồng độ của keo Áp suất ép cần phải lớn khi khối lượng thể tích của sản phẩm lớn và độ ẩm của ván nhỏ Áp suất dán ép phải lớn khi độ nhấp nhô bề mặt ván mỏng lớn, độ nhớt và nồng độ của keo cao

Trị số áp suất ép Max có thể duy trì trong toàn bộ thời gian dán ép hoặc chỉ bằng 0,5 ÷ 0,65 của thời gian duy trì ván trong máy ép, thời gian còn lại có thể giảm

áp suất ép một cách từ từ Ngoài ra, điều này còn cho phép làm giảm biến dạng dư trong vật liệu dán, giảm chi phí nguyên liệu

Trị số áp suất ép là một hàm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

P = f(K, K, P p, t

vm, tsp, Kc, v,…) Trong đó:

tvm - Chiều dày ván mỏng

tvm - Chiều dày sản phẩm

Kc - Kết cấu ván

v - Khối lượng thể tích của ván

Thông thường với phương pháp ép nhiều công đoạn áp suất ép khoảng 1,1 - 1,9 MPa tuỳ thuộc vào loại gỗ và chiều dày sản phẩm Do đề tài sử dụng phương pháp ép nhiều công đoạn nên áp suất ép thấp Căn cứ vào phương pháp ép, chiều dày ván mỏng (30 mm), loại chất kết dính U-F, loại gỗ Bồ đề, trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã có chúng tôi lựa chọn áp suất ép để nghiên cứu là 1,3MPa và cố định yếu tố áp suất Vì phương pháp ép nhiều công đoạn không sử dụng thanh cữ nên không thể khảo sát sự ảnh hưởng của áp suất đến các tính chất của ván, bởi nếu thay đổi áp suất ép thì khối lượng thể tích ván cũng thay đổi, có nghĩa là đã tạo ra một sản phẩm khác với thiết kế ban đầu nên không thể khảo sát được sự ảnh hưởng của

áp suất trong trường hợp này

b Nhiệt độ ép

Về nguyên lý dán dính ta có thể dán ép ván ở nhiệt độ bình thường hoặc nhiệt

độ cao Song, thực tế cho thấy khi ép ở nhiệt độ cao ván có tất cả các tính chất tốt hơn ép ở nhiệt độ bình thường Do ép ở nhiệt độ cao gỗ được hoá mềm, khả năng tiếp xúc giữa các lớp ván mỏng tốt hơn, độ nhớt của keo giảm, khả năng trải đều của keo tăng Qua các công trình nghiên cứu cho thấy ép nhiệt tạo ra ván có độ bền lớn hơn so với ép nguội

Các loại keo tổng hợp có khả năng chịu nhiệt tương đối cao, điều đó cho phép chúng ta có thể thực hiện quá trình dán ép ở nhiệt độ cao, nâng cao năng suất của máy ép Tuy nhiên, khi nhiệt độ cao quá thì độ nhớt của keo giảm rất nhanh làm tăng khả năng thấm sâu keo vào gỗ Điều đó dẫn đến màng keo dễ bị gián đoạn, độ bền mối dán giảm Khi ép ván có chiều dày lớn thì trong thời gian giữ ván dưới áp lực Pmax để đạt được độ đóng rắn cần thiết của màng keo trong cùng thì các màng keo phía ngoài dễ bị nhiệt phá huỷ và chất lượng mối dán giảm (đặc biệt với ván mỏng sản xuất từ gỗ lá kim) Khi nhiệt độ cao thường làm cho màng keo phía ngoài khô hoặc bị đóng rắn quá nhanh, thậm chí bị đóng rắn cục bộ, độ bền mối dán giảm