Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép và thời gian ép đến chất lượng ván LVL chậm cháy từ gỗ keo lá tràm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN HỮU TRUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ÉP VÀ THỜI GIAN ÉP ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÁN LVL CHẬM CHÁY TỪ GỖ KEO LÁ TRÀM LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đồng Nai - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN HỮ U TRUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ÉP VÀ THỜI GIAN ÉP ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÁN LVL CHẬM CHÁY TỪ GỖ KEO LÁ TRÀM Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị công nghệ gỗ, giấy Mã số: 60-52-24 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hướng dẫn khoa học: PGS - TS Trần Văn Chứ Đồng Nai - 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Đồng Nai, ngày 20 tháng 06 năm 2012 (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Hữu Trung LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp, xin chân thành cảm ơn PGSTS Trần Văn Chứ, người thầy trực tiếp hướng dẫn suốt trình thực luận văn Cảm ơn Khoa Sau Đại Học - Trường Đại học Lâm nghiệp, thầy cô giáo, toàn thể cán Trung tâm thực nghiệm chuyển giao kỹ thuật Công nghiệp rừng - Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, đóng góp ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập nghiên cứu Cảm ơn cán kỹ thuật Trung tâm nghiên cứu chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng Phòng thí nghiê ̣m Trường Đa ̣i ho ̣c Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh hướng dẫn kỹ thuật hỗ trợ trang thiết bị nghiên cứu, thử nghiệm tốt giúp thực đề tài Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè gia đình quan tâm động viên khích lệ trình thực luận văn Một lần nữa, xin bày tỏ lòng biết ơn chung tất người giúp đỡ ủng hộ tôi! Đồ ng Nai, Tháng 6-2012 Tác giả Nguyễn Hữu Trung MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.2.1.1 Nghiên cứu công nghệ chế độ ép ván LVL: 1.2.1.2 Nghiên cứu tỷ lệ kết cấu chiều dày ván mỏng ván LVL: 1.2.1.3 Các nghiên cứu loại keo, tỷ lệ keo, loại gỗ điều kiện công nghệ: 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.3 Nhận xét chung 10 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 11 1.3.1 Mục tiêu lý thuyết 11 1.3.2 Mục tiêu thực tiễn 11 1.4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 11 1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 12 1.6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 12 1.6.1 Các yếu tố cố định 12 1.6.2 Các yếu tố thay đổi 12 1.7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 1.7.1 Phương pháp chuyên gia 13 1.7.2 Phương pháp kế thừa 13 1.7.3 Phương pháp thực nghiệm 13 1.7.3.1 Phương pháp thực nghiệm 14 1.7.3.2 Phương pháp xử lý số liệu 17 1.7.4 Kiểm tra chất lượng ván LVL chậm cháy 18 1.7.4.1 Kiểm tra chất lượng keo 18 1.7.4.2 Kiểm tra độ ẩm ván mỏng 18 1.7.4.3 Kiểm tra sai số chiều dày ván mỏng 18 1.7.4.4 Kiểm tra tần số vết nứt chiều sâu vết nứt 20 1.7.4.5 Độ bền uốn tĩnh ván LVL 21 1.7.4.6 Độ bền kéo trượt màng keo 23 1.7.4.7 Kiểm tra tính chậm cháy ván 24 1.8 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 26 1.8.1 Ý nghĩa khoa học 26 1.8.2 Ý nghĩa thực tiễn 26 Chương 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 27 2.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN LVL 27 2.1.1 Nguyên tắc hình thành ván LVL 27 2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ván LVL 28 2.1.2.1 Các yếu tố thuộc chất kết dính 28 2.1.2.2 Các yếu tố thuộc nguyên liệu gỗ 31 2.1.2.3 Các yếu tố thuộc công nghệ 35 2.2 GỖ KEO LÁ TRÀM 49 2.2.1 Tên go ̣i và phân bố 49 2.2.2.Đă ̣c điể m và tính chấ t 49 2.2.2.1 Đặc điểm nhận biết 49 2.2.2.2 Đặc tính sinh học sinh thái học 50 2.2.2.3 Đặc điểm cấu tạo gỗ 50 2.2.2.4 Tính chất 51 2.3 LÝ THUYẾT VỀ CHỐNG CHÁY GỖ VÀ SẢN PHẨM GỖ 52 2.3.1 Cơ chế chống cháy 52 2.3.2 Các chất chống cháy 56 2.3.2.1 Chất chống cháy vô 56 2.3.2.2 Chất chống cháy hữu 56 2.3.3 Xử lý chống cháy trình sản xuất 57 2.3.3.1 Chống cháy cho sản phẩm 57 a Ngâm tẩm chất chống cháy 57 b Phương pháp phun quét chất chống cháy 58 c Phủ bề mặt ván dán màng chất chống cháy 58 d Phương pháp ép nhiệt 59 2.3.3.2 Xử lý chống cháy trình sản xuất tạo sản phẩm 59 2.3.4 Các phương pháp kiểm tra khả chống cháy 60 2.3.4.1 Phương pháp xác định số lan truyền lửa 60 2.3.4.2 Phương pháp ống lửa, hộp gốm 61 2.3.4.3 Phương pháp đánh giá khả bén lửa ván LVL 61 2.3.4.4 Phương pháp xác định nhiệt lượng cháy 62 2.3.4.5 Phương pháp xác định vật liệu phát sáng, toả khói 62 2.3.4.6 Kỹ thuật phân tích nhiệt 62 2.3.4.7 Phương pháp xác định tốc độ toả nhiệt 62 Chương 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 63 3.1 NGUYÊN VẬT LIỆU THỰC NGHIỆM TẠO VÁN LVL CHẬM CHÁY 63 3.1.1 Quá trình công nghệ tạo ván LVL chậm cháy 63 3.1.2 Nguyên liệu 64 3.1.2.1 Ván mỏng gỗ Keo tràm 64 3.1.2.2 Hóa chất 64 3.1.3 Thực nghiệm tạo ván LVL 65 3.1.3.1 Các tiêu ván thí nghiệm 65 3.1.3.2 Sấy ván mỏng 66 3.1.3.3 Phân loại ván mỏng 67 3.1.3.4 Tráng keo 68 3.1.3.5 Lên khuôn 69 3.1.3.6 Ép nhiệt 70 3.1.3.7 Xử lý cuối 72 3.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 74 3.2.1 Kiểm tra số tiêu hỗn hợp hóa chất 74 3.2.1.1 Khả hòa tan hỗn hợp chất chống cháy 74 3.2.1.2 Độ pH hỗn hợp chất chống cháy, chất chống ẩm, keo dán 76 3.2.1.3 Thời gian gel hoá hỗn hợp keo dán 76 3.2.1.4 Độ bền liên kết màng keo 77 3.2.2 Chất lượng ván mỏng 77 3.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 78 3.3.1 Kết thí nghiệm tỷ lệ trưởng nở chiều dày ván LVL 78 3.3.2 Độ bền uốn tĩnh ván LVL 81 3.3.3 Độ bền kéo trượt màng keo 83 3.3.4 Tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL 85 3.3.5 Xác định thông số tối ưu tiêu tối ưu 87 3.3.5 Nhận xét – đánh giá kết nghiên cứu 88 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC 97 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Mức, bước thay đổi thông số thí nghiệm 16 1.2 Ma trận thí nghiệm dạng mã hóa 17 2.1 Tiêu chuẩn nguyên liệu cho ván mỏng 35 3.1 Khả hòa tan nước số chất nhóm Bo 75 3.2 Chất lượng ván mỏng gỗ Keo tràm sau sấy 77 3.3 Tỷ lệ trưởng nở chiều dày ván LVL 79 3.4 Độ bền uốn tĩnh ván LVL (MPa) 81 3.5 Độ bền kéo trượt màng keo ván LVL 83 3.6 Tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL 85 79 Bảng 3.3: Tỷ lệ trưởng nở chiều dày ván LVL T (0C)  (phút) X1 X2 -1 130 60 6,72 1 150 60 6,73 -1 -1 130 40 7,76 -1 150 40 7,45 -1,41 120 50 7,34 1,41 160 50 7,23 -1,41 140 30 1,41 140 70 7,67 0 140 50 6,34 No Ytb 7,77 Từ kết thu bảng 3.4, qua xử lý số liệu xây dựng phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ ép, thời gian ép Tỷ lệ trưởng nở chiều dày ván LVL sau: Y1 = 6,343 - 0,298X1 - 0,039X2 - 0,08X1X2 + 0,469X12 + 0,521X22 Phương trình tương quan dạng thực: YTN = 110,059 - 1,303T - 0,4129 - 0,0008T + 0,00469 T2 + 0,005212 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ ép, thời gian ép tỷ lệ trưởng nở chiều dày ván LVL trình bày đồ thi 3.3 ̣ 80 12 10 10-12 8-10 6-8 4-6 120 2-4 0-2 10 130 15 140 20 150 25 30 160 Đồ thị 3.3 Đồ thị biểu diễn quan hệ nhiệt độ ép, thời gian ép tỷ lệ trương nở chiều dày ván LVL Từ kết bảng 3.3, phương trình tương quan đồ thị 3.3, có nhận xét sau: - Khi nhiệt độ ép tăng lên, tỷ lệ trương nở chiều dày có xu giảm Tuy nhiên, nhiệt độ ép tăng lên đến 1400C tỷ lệ trương nở chiều dày ván LVL có xu lại tăng lên Nhìn vào đồ thị số liệu cho thấy, nhiệt độ tăng từ 120-1400C, tỷ lệ trương nở chiều dày giảm nhanh đáng kể Nhưng nhiệt độ 1500C, tỷ lệ trương nở chiều dày có xu chững lại tăng dần - Khi thời gian ép tăng lên, tỷ lệ trương nở chiều dày có xu giảm Tuy nhiên, thời gian ép tăng lên đến gần 20 phút tỷ lệ trương nở chiều dày ván LVL có xu lại tăng lên Nhìn vào đồ thị số liệu cho thấy, thời gian ép tăng từ 10-20 phút, tỷ lệ trương nở chiều dày giảm nhanh đáng 81 kể Nhưng thời gian tăng 20 phút, tỷ lệ trương nở chiều dày có xu chững lại tăng dần - Giữa thời gian ép nhiệt độ ép có xu tỷ lệ thuận Tức lúc đầu tăng nhiệt độ ép thời gian ép tỷ lệ trương nở chiều dày có xu giảm Tuy nhiên, ta tiếp tục tăng chúng lên đến giá trị nhiệt độ 1300C thời gian ép 10 phút tỷ lệ trương nở chiều dày có xu không giảm tăng lên Hầu hết số liệu có thông số tác động có giá trị dương 3.3.2 Độ bền uốn tĩnh ván LVL Kết kiểm tra độ bền uốn tĩnh ván LVL nhiệt độ ép thời gian ép thay đổi trình bày bảng 3.4 phụ lục 2, 7, Bảng 3.4 Độ bền uốn tĩnh ván LVL (MPa) T (0C)  (phút) X1 X2 -1 130 60 71,23 1 150 60 72,23 -1 -1 130 40 62,23 -1 150 40 66,23 -1,41 120 50 67,54 1,41 160 50 70,34 -1,41 140 30 61,34 1,41 140 70 65,34 0 140 50 73,56 No Ytb Từ kết thu bảng 3.4, qua xử lý số liệu xây dựng phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ ép, thời gian ép độ bền uốn tĩnh ván LVL sau: 82 Y2 = 73,57 + 2,759x1 +0,471x2 + 0,75x1x2 - 2,405x12 - 4,105x22 Phương trình tương quan dạng thực: YUT = -488,916 + 6,6349T + 3,1021 + 0,0075T - 0,02405T2 - 0,041052 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ ép, thời gian ép độ bền uốn tĩnh ván LVL trình bày đồ thi 3.4 ̣ 80 60-80 60 40-60 40 160 20 10 20-40 140 15 20 25 120 0-20 30 Đồ thị 3.4 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ ép, thời gian ép độ bền uốn tĩnh ván LVL Từ kết bảng 3.6, phương trình tương quan đồ thị hình 3.4, có nhận xét sau: - Khi nhiệt độ ép tăng lên, độ bền uốn tĩnh ván LVL có xu tăng lên Tuy nhiên, nhiệt độ ép tăng lên đến 1400C độ bền uốn tĩnh ván LVL có xu lại chững lại giảm Nhìn vào đồ thị số liệu cho thấy, nhiệt độ tăng từ 120-1400C, độ bền uốn tĩnh tăng nhanh đáng kể Nhưng nhiệt độ 1400C, độ bền uốn tĩnh có xu chững lại giảm dần - Khi thời gian ép tăng lên, độ bền uốn tĩnh ván LVL có xu tăng lên Tuy nhiên, thời gian ép tăng lên đến gần 20 phút độ bền uốn tĩnh ván LVL có xu lại tăng lên Nhìn vào đồ thị số liệu cho thấy, thời gian 83 ép tăng từ 10-20 phút, độ bền uốn tĩnh tăng nhanh đáng kể Nhưng thời gian ép tăng 20 phút, độ bền uốn tĩnh có xu chững lại giảm dần 3.3.3 Độ bền kéo trượt màng keo Kết kiểm tra độ bền kéo trượt màng keo ván LVL nhiệt độ ép thời gian ép thay đổi trình bày bảng 3.5 phụ lục 3, 9, 10 Bảng 3.5 Độ bền kéo trượt màng keo ván LVL No X1 X2 T (0C)  (phút) Ytb -1 130 60 1,67 1 150 60 1,54 -1 -1 130 40 1,38 -1 150 40 1,45 -1,41 120 50 1,54 1,41 160 50 1,66 -1,41 140 30 1,29 1,41 140 70 1,42 0 140 50 1,78 Từ kết thu bảng 3.5, qua xử lý số liệu xây dựng phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ ép, thời gian ép độ bền kéo trượt màng keo ván LVL sau: Y3 = 1,777 + 0,09x1 + 0,052x2 + 0,05x1x2 - 0,11x12 - 0,173x22 Phương trình tương quan dạng thực YTMK = -22,128 + 0,292T + 0,1082 + 0,0005T - 0,0011T2 - 0,001732 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ ép, thời gian ép độ bền kéo trượt màng keo ván LVL trình bày hình 3.5 84 1.5-2 1.5 1-1.5 160 0.5 0.5-1 10 140 15 20 25 120 0-0.5 30 Đồ thị 3.5 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ ép, thời gian ép độ bền kéo trượt màng keo ván LVL Từ kết bảng 3.5, phương trình tương quan đồ thị hình 3.5, có nhận xét sau: - Khi nhiệt độ ép tăng lên, độ bền kéo trượt màng keo ván LVL có xu tăng lên Tuy nhiên, nhiệt độ ép tăng lên đến 1400C độ bền kéo trượt màng keo ván LVL có xu lại giảm dần Nhìn vào đồ thị số liệu cho thấy, nhiệt độ tăng từ 120-1400C, độ bền kéo trượt màng keo tăng nhanh đáng kể Nhưng nhiệt độ 1400C, độ bền kéo trượt màng keo có xu chững lại giảm dần - Khi thời gian ép tăng lên, độ bền kéo trượt màng keo ván LVL có xu tăng lên Tuy nhiên, thời gian ép tăng lên đến gần 25 phút độ bền kéo trượt màng keo ván LVL có xu lại giảm Nhìn vào đồ thị số liệu cho thấy, thời gian ép tăng từ 10-20 phút, độ bền kéo trượt màng keo tăng nhanh đáng kể Nhưng thời gian ép tăng 25 phút, độ bền kéo trượt màng keo có xu chững lại giảm dần 85 3.3.4 Tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL Kết kiểm tra tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL nhiệt độ ép thời gian ép thay đổi trình bày bảng phụ lục 4, 11, 12 Bảng 3.6 Tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL T (0C)  (phút) X1 X2 -1 130 60 15,23 1 150 60 16,54 -1 -1 130 40 19,34 -1 150 40 18,23 -1,41 120 50 17,34 1,41 160 50 17,23 -1,41 140 30 21,54 1,41 140 70 19,11 0 140 50 12,34 No Ytb Từ kết thu bảng 3.6, qua xử lý số liệu xây dựng phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ ép, thời gian ép tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL sau: Y4 = 12,347 - 1,057x1 - 0,767x2 - 0,605x1x2 + 2,544x12 + 3,179x22 Phương trình tương quan dạng thực: YTTK = 566,729 - 6,9264T -2,4087 -0,00605T + 0,02544T2 + 0,031792 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ ép, thời gian ép tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL trình bày hình 3.6 86 40 30-40 30 20-30 20 160 10 10-20 10 140 15 20 25 120 0-10 30 Đồ thị 3.6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ ép, thời gian ép tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL Từ kết bảng 3.6, phương trình tương quan đồ thị hình 3.6, có nhận xét sau: - Khi nhiệt độ ép tăng lên, tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL có xu giảm Tuy nhiên, nhiệt độ ép tăng lên đến 1400C tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL có xu lại tăng lên Nhìn vào đồ thị số liệu cho thấy, nhiệt độ tăng từ 120-1400C, tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL giảm nhanh đáng kể Nhưng nhiệt độ 1400C, tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL có xu chững lại tăng dần - Khi thời gian ép tăng lên, tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL có xu giảm Tuy nhiên, thời gian ép tăng lên đến gần 20 phút tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL có xu lại tăng lên Nhìn vào đồ thị số liệu cho thấy, thời gian ép tăng từ 10-20 phút, tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL giảm nhanh đáng kể Nhưng thời gian ép tăng 20 phút, tỷ lệ tổn thất khối lượng ván LVL có xu chững lại tăng lên dần 87 3.3.5 Xác định thông số tối ưu tiêu tối ưu  Định nghĩa thông số tối ưu tiêu tối ưu Chỉ tiêu tối ưu hàm Y1 hiểu giá trị Y1 thấp (Y1min) trình thực nghiệm sản xuất Chỉ tiêu tối ưu hàm Y2 hiểu giá trị Y2 đạt cao (Y2max) trình thực nghiệm sản xuất Chỉ tiêu tối ưu hàm Y3 hiểu giá trị Y3 đạt cao (Y3max) trình thực nghiệm sản xuất Chỉ tiêu tối ưu hàm Y4 hiểu giá trị Y4 thấp (Y4min) trình thực nghiệm sản xuất Thông số tối ưu giá trị thông số đảm bảo trị số tiêu tối ưu Các toán tối ưu hóa Từ kết nghiên cứu thực nghiệm chứng minh mô hình thống kê thực nghiệm bậc hai mô tả gần đối tượng lựa chọn nghiên cứu Dựa mô hình toán phương trình hồi quy dạng đa thức bậc hai để tiến hành xây dựng toán tối ưu hóa dạng quy hoạch phi tuyến cho hàm Y1, Y2, Y3, Y4 Các toán tối ưu giải máy tính nhờ hỗ trợ phần mềm Excel  Bài toán tối ưu hoá mục tiêu : Hàm mục tiêu độ dãn nở tính theo phương trình Y1  Thoả mãn điều kiện ràng buộc: -1,414 < xj