Nghiên cứu thử nghiệm tạo vật liệu composite có phỉ mặt từ vỏ bánh xe phế liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP MẠC THỊ THANH YẾN NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE CÓ PHỦ MẶT TỪ VỎ BÁNH XE PHẾ LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nô ̣i, 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP MẠC THỊ THANH YẾN NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE CÓ PHỦ MẶT TỪ VỎ BÁNH XE PHẾ LIỆU CHUYÊN NGÀNH: KTM, TB&CN Gỗ giấy MÃ SỐ: 60.52.24 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS CAO QUỐC AN Hà Nô ̣i, 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan, công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu khác Tác giả luận văn Mạc Thị Thanh Yến ii LỜI CẢM ƠN Trước hết xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới TS Cao Quốc An – người tận tình hướng dẫn thực thành công luận văn Tiếp theo xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trường ĐH Lâm Nghiệp nhiệt tình giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Mạc Thị Thanh Yến iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ viii DANH MỤC CÁC BẢNG x ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Khái quát phát triển vật liệu Composite 1.1.1 Vật liệu composite 1.1.2 Vật liệu composite – ván dăm 1.2 Nguyên liệu sản xuất ván dăm – composite 1.3 Vỏ bánh xe phế liệu lịch sử tái chế 10 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1 Vật liệu composite 15 2.2 Vật liệu composite – ván dăm 16 2.2.1 Nguyên liệu sản xuất ván dăm 17 2.2.2 Khối lượng thể tích ván 21 2.2.3 Loại lượng keo 21 2.2.4 Trộn keo – dăm 22 2.2.5 Độ ẩm hỗn hợp dăm keo 22 2.2.6 Trải thảm 23 2.2.7 Nhiệt độ gia nhiệt 24 2.2.8 Thời gian giữ sản phẩm máy 24 2.2.9 Ép ván dăm 24 2.3 Chất kết dính phụ gia sản xuất ván dăm 34 2.3.1 Yêu cầu chung 34 2.3.2 Chất kết dính chất phụ gia sử dụng sản xuất ván dăm 34 iv CHƯƠNG III: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 3.1 Mục tiêu nghiên cứu 36 3.1.1 Mục tiêu lý thuyết 36 3.1.2 Mục tiêu thực tiễn 36 3.2 Đối tượng nghiên cứu 36 3.3 Phạm vi nghiên cứu 36 3.3.1 Vật liệu nghiên cứu 36 3.3.2 Thông số công nghệ 37 3.4 Nội dung nghiên cứu 37 3.5 Phương pháp nghiên cứu 37 3.5.1 Phương pháp chuyên gia 37 3.5.2 Phương pháp kế thừa 37 3.5.3 Phương pháp thực nghiệm 38 3.5.3.1 Kế hoạch thực nghiệm đơn yếu tố 38 3.5.3.2 Kế hoạch thực nghiệm đa yếu tố 38 3.5.3.3 Xử lý số liệu 41 3.5.4 Kiểm tra chất lượng dăm vỏ bánh xe phế liệu ván dăm vỏ bánh xe có phủ mặt ván mỏng bóc từ gỗ xà cừ 44 3.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 48 3.6.1 Ý nghĩa khoa học 48 3.6.2 Ý nghĩa thực tiễn 48 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 49 4.1 Vât liệu cốt – dăm vỏ bánh xe phế liệu 49 4.1.1 Cấu tạo vỏ bánh xe 49 4.1.2 Thành phần hóa học vỏ bánh xe 50 4.1.3 Dăm điều chế từ vỏ bánh xe phế liệu 50 4.1.3.1 Kích thước dạng hình học dăm vỏ bánh xe phế liệu 50 4.1.3.2 Khối lượng thể tích dăm vỏ bánh xe phế liệu 53 4.1.3.3 Nhận xét dăm vỏ bánh xe cao su phế liệu 54 v 4.2 Tính toán thông số công nghệ 54 4.2.1 Tính lượng keo 54 4.2.2 Trị số áp lực ép 55 4.2.3 Khối lượng thể tích ván dăm – composite tử vỏ bánh xe phế liệu 57 4.3 Khả dán dính vỏ bánh xe phế liệu với keo UF 60 4.4 Nghiên cứu thông số công nghệ ép ván dăm – composite từ vỏ bánh xe phế liệu keo UF 64 4.4.1 Chọn thông số công nghệ 64 4.4.2 Quy hoạch thực nghiệm 65 4.4.3 Thí nghiệm 66 4.4.4 Kết thí nghiệm 69 4.5 Nghiên cứu tạo ván dăm – composite cốt kim loại 75 4.5.1 Vật liệu thí nghiệm 75 4.5.2 Thí nghiệm 75 4.6 Nghiên cứu thông số công nghệ dán ép ván mỏng lên ván hỗn hợp vỏ bánh xe phế liệu keo UF 77 4.6.1 Ván mỏng bóc gỗ xà cừ 77 4.6.1.1 Thông tin gỗ Xà Cừ 77 4.6.1.2 Tính chất lý gỗ Xà Cừ 77 4.6.1.3 Ván mỏng bóc từ gỗ Xà Cừ 78 4.6.1.4 Kiểm tra số tính chất học ván mỏng Xà Cừ 81 4.6.2 Dán mặt ván mỏng 84 4.6.2.1 Vật liệu thông số thí nghiệm 84 4.6.2.2 Xử lý số liệu kết 85 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 5.1 Kết luận 89 5.2 Kiến nghị 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC 92 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Kí hiệu Ý nghĩa kí hiệu D Độ trương nở chiều dày L Chiều dài (mm) M Khối lượng MC Độ ẩm (%) P Áp suất ép (Mpa) T Chiều dày (mm) T Nhiệt độ (0C) t Thời gian (phút) V Thể tích mẫu (mm3) W Chiều rộng (mm) Γ Khối lượng thể tích (g/cm3)  Độ bền uốn tĩnh (MPa) σk Độ bền kéo vuông góc với bề mặt ván (kG/cm2) vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Ý nghĩa chữ viết tắt ĐBKVG độ bền kéo vuông góc KLTT Khối lượng thể tích PF Phenol - Formandehyd SNG Cộng đồng quốc gia độc lập TVCN Tiêu chuẩn Việt Nam TYR thực nghiệm yếu tố rút gọn UF Ure-Formandehyd viii DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Sợi tách từ vỏ lạc xe lại đan thành lưới Hình 1.2 Vỏ trấu sau nghiền cấu tạo hiển vi Hình 1.3 Vỏ bánh xe phế liệu công việc người lao động thủ công 14 Hin ̀ h 2.1 Đô ̣ bề n ho ̣c và lực nhổ đinh 18 Hình 2.2 Đặc trưng biến đổi trình ép ván dăm 25 Hình 2.3 Sự phụ thuộc mức độ nén thảm dăm vào tốc độ nén, thời gian nén 28 Hin ̀ h 2.4 Ảnh hưởng chiều dày độ ẩm dăm đến mức độ nén 29 Hình 2.5 Diễn biến độ ẩm thảm dăm 33 Hình 3.1 Sơ đồ mô hình toán học nghiên cứu chế độ công nghệ 39 Hình 3.2 Vị trí kiểm tra chiều dày mẫu thử 44 Hình 3.3 Sơ đồ mẫu thử độ bền kéo vuông góc bề mặt ván dăm 46 Hình 3.4 Một số dụng cụ thí nghiệm 47 Hình 4.1 Cấu tạo vỏ bánh xe moto 49 Hình 4.2 Băm vỏ bánh xe 51 Hình 4.3 Dăm vỏ bánh xe phế liệu 52 Hình 4.4 Ván dăm – composite từ vỏ bánh xe phế liệu 60 Hình 4.5 Mẫu vỏ bánh xe dán dính keo UF 61 Hình 4.6 Các mẫu thử kéo vuông góc 62 Hình 4.7 Thùng trộn máy ép thí nghiệm 67 Hình 4.8 Khuôn ép nguội 68 Hình 4.9 Đồ thị quan hệ thời gian áp suất 69 Hình 4.10 Ván ép nhiệt độ 1400C, 1200C 73 Hình 4.11 Độ rỗng ván dăm vỏ bánh xe phế liệu 74 Hình 4.12 Khả đàn hồi mẩu ván dăm vỏ bánh xe phế liệu 74 Hình 4.13 Cốt kim loại, ván dăm vỏ bánh xe phế liệu có cốt kim loại 76 Hình 4.14 Rừng Xà Cừ 77 Hình 4.15 Bóc Xà Cừ 78 84 4.6.2 Dán mặt ván mỏng 4.6.2.1 Vật liệu thông số thí nghiệm Vật liệu: + Ván dăm hỗn hợp dăm vỏ bánh xe phế liệu keo UF Quy cách ván thí nghiệm (dài x rộng x dày): 320mm x 320mm x 16mm + Ván mỏng bóc từ gỗ xà cừ dày 0,5 1mm + Keo UF + Lượng keo: 150 g/m2 [11] Thông số công nghệ + Nhiệt độ (0C): X1 + Thời gian (phút): X2 + Áp lực ép: 7kG/cm2 ván mỏng 0,5mm 10 kG/cm2 ván 1mm Bảng 4.16 Mức thay đổi thông số công nghệ Thông số Ký hiệu Nhiệt độ X1 Thời gian X2 Đơn vị Mức thay đổi –α –1 +1 +α C 110 110 120 130 130 Phút 1 5 Các tiêu kiểm tra ván dăm từ vỏ bánh xe phế liệu keo UF có phủ mặt ván mỏng bóc từ gỗ xà cừ sai lệch chiều dày độ bền kéo trượt theo tiêu chuẩn TCVN 7756 – 9: 2007 [1] 85 Tiến hành thí nghiệm Bảng 4.17 Ma trận thí nghiệm dán ván mỏng lên ván dăm vỏ bánh xe Số TN X1 (0C) X2 (phút) +1 +1 +1 –1 –1 +1 –1 –1 0 –1 +1 +1 –1 Y1 Y2 Y3 Ván dăm ép trình bày mục 4.4 Sau có mẫu ván, tráng keo lên mặt ván ép theo chế độ ép bảng 4.17 4.6.2.2 Xử lý số liệu kết Độ sai lệch chiều dày: ván dày 17mm (ván phủ 0,6mm) 18mm (ván phủ 1mm), theo tiêu chuẩn ván dán có chiều dày 12 ≤ t ≤ 25 mm sai số chiều dày cho phép [– (0,4 + 0,03t)] = – 0,88mm – 0,94 [1] Giá trị bảng giá trị trung bình đo vị trí mẫu số lần lặp lại lần + Kết kiểm tra tính chất ván dăm – composite từ vỏ bánh xe phế liệu dán phủ mặt ván bóc từ gỗ xà cừ dày 0,5mm Độ sai lệch chiều dày bảng 4.18; độ bền trượt bảng 4.19 86 Bảng 4.18 Độ sai lệch chiều dày ván phủ dày 0,5mm Số TN X1 (oC) X2 (phút) X1 (oC) X2 (phút) 1 130 0,34 -1 130 0,41 -1 110 0,58 -1 -1 110 0,74 0 120 0,46 130 0,27 -1 110 0,66 120 0,40 -1 120 0,59 Bảng 4.19 Độ bền kéo trượt ván thí nghiệm phủ ván dày 0,5mm Số TN X1 (0C) X2 (phút) X1 (0C) X2 (phút) fv(Mpa) 1 130 0,28 Tỷ lệ phá hủy % 68 -1 130 0,33 77 -1 110 0,20 87 -1 -1 110 0,25 82 0 120 0,41 65 130 0,36 73 -1 110 0,29 78 120 0,35 79 -1 120 0,39 81 Ván dăm vỏ bánh xe phế liệu dán ván mỏng bóc từ gỗ xà cừ dày 0,5mm không đạt tiêu kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 7756 – 9: 2007 [1] + Kết kiểm tra tính chất ván dăm – composite từ vỏ bánh xe phế liệu dán phủ mặt ván bóc từ gỗ xà cừ dày 1,0 mm 87 Bảng 4.20 Độ sai lệch chiều dày ván phủ dày 1,0mm Số TN X1 (0C) X2 (phút) X1 (0C) X2 (phút) 1 130 – 0,15 -1 130 0,19 -1 110 0,22 -1 -1 110 0,27 0 120 0,11 130 – 0,13 -1 110 0,30 120 0,16 -1 120 0,19 Bảng 4.21 Độ bền kéo trượt ván thí nghiệm phủ ván dày 1,0mm Số TN X1 (0C) X2 (phút) X1 (0C) X2 (phút) fv(Mpa) Tỷ lệ phá hủy % 1 130 0,38 80 -1 130 0,37 75 -1 110 0,32 76 -1 -1 110 0,29 88 0 120 0,56 61 130 0,45 67 -1 110 0,29 78 120 0,44 72 -1 120 0,40 76 88 Hình 4.19 Ván dăm vỏ bánh xe dán mặt ván bóc xà cừ dày 0,5mm Hình 4.20 Ván dăm vỏ bánh xe phế liệu phủ mặt ván mỏng xà cừ 1mm 89 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận - Vỏ bánh xe phế liệu điều chế thành mảnh dăm nhỏ kết dính với keo UF theo chế độ công nghệ sản xuất ván dăm: nhiệt độ 1400C, áp lực ép 1,85 Mpa, thời gian ép phút/1 mm chiều dày Lượng keo 10% Các tính chất ván đạt được: Khối lượng thể tích 1,1 g/cm3, độ bền kéo vuông góc bề mặt ván 0,378 Mpa, tỷ lệ trương nở 0,21 nhiên ván có độ dẻo cao - Sử dụng cốt kim loại chế độ công nghệ ép ván nêu mục 4.4 tạo thành sản phẩm ván dăm – composite từ vỏ bánh xe phế liệu Tính chất dẻo sản phẩm chịu ảnh hưởng thành phần cốt - Sau tạo ván từ vỏ bánh xe phế liệu hoàn toàn dán phủ bề mặt ván bóc Khi dán hai mặt ván bóc tính dẻo ván hoàn toàn không Đối với ván mỏng bóc từ gỗ xà cừ nên chọn loại có chiều dày 1mm Chế độ công nghệ dán ép ván mỏng bóc từ gỗ xà cừ dày 1mm sau: nhiệt độ ép 1300C, thời gian ép phút, áp lực ép 10 kG/cm2 Tính chất ván sau: ứng suất kéo trượt 0,45 Mpa, tỷ lệ phá hủy 67% 5.2 Kiến nghị - Tiếp tục nghiên cứu chế độ ép tối ưu tạo ván dăm – composite từ vỏ bánh xe phế liệu dạng chất dính khác - Nghiên cứu chế độ công nghệ tạo ván với vật liệu cốt khác - Nghiên cứu máy thiết bị phù hợp điều chế dăm từ vỏ bánh xe phế liệu thiết bị tạo sản phẩm đồng 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Phạm Văn Chương, Nguyễn Văn Thuận (1994), Bài giảng công nghệ sản xuất ván dăm gỗ, Trường Đại Học Lâm Nghiệp Hà Chu Chử (1997), Hóa học công nghệ hóa học, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội Vũ Cao Đàm (1996), Phương pháp luận nghiên cứu khoa học, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Chí Đức (1981), Thống kê toán học, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội Vũ Thị Ngọc Hà (2010), Luận văn thạc sỹ, Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh Hứa Thị Huần (1997), Công nghệ ván dăm gỗ, Trường Đại học Nông lâm thành phố Hồ Chí Minh Phạm Ngọc Nam (2006), Công nghệ ván nhân tạo, Nhà xuất Nông nghiệp Hoàng Xuân Niên (2003), Nghiên cứu số yếu tố công nghệ sản xuất ván dăm từ xơ dừa, Luận văn tiến sỹ kỹ thuật Hoàng Xuân Niên (2007), Nghiên cứu khả sử dụng số phế liệu nông nghiệp sản xuất ván dăm, Đề tài cấp 10 Hoàng Xuân Niên (2007), Nghiên cứu khả sử dụng số phế liệu nông nghiệp sản xuất ván dăm, Đề tài cấp 11 Hoàng Xuân Niên (2009), Sản xuất ván dăm từ số phế liệu nông lâm nghiệp – Nhà xuất nông nghiệp chi nhánh thành phố Hồ Chí Minh 12 Hoàng Xuân Niên (2011), Sản xuất gỗ kỹ thuật từ gỗ cao su, xà cừ, keo lai, Đề tài cấp tỉnh – tỉnh Bình dương 13 Nguyễn Thị Phương Nhu (2010), Luận văn thạc sỹ, Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh 14 Jincunbozhi (1983), Lợi dụng hóa học gỗ, Nhà xuất Cộng lập, Bắc Kinh 15 Ferhman (1970), Sổ tay hoá học, NXB Lêningrat, Liên Xô 16 Lê Xuân Tình (1998), Khoa học gỗ, NXB Nông nghiệp, Hà Nội 91 17 Tạ Tuyết (1995), báo cáo khoa học nghiên cứu sản xuất ván dăm từ bã mía, công ty Đường Hiệp Hòa, Tổng công ty mía đường 18 Tiêu chuẩn kiểm tra ván dán Liên xô ГОСТ 20800 – 75 19 Tuyển tập Tiêu chuẩn quốc gia ván sợi – ván dăm – ván dán – thuật ngữ, định nghĩa phân loại – công bố năm 2007 – Hà nội 2007 TIẾNG ANH 20 A.A Moslemi – Particboard – volume 1&2 – 1983 – Southern Illnois University Press 21 Klauditz W and Meiei K (1960) determination of the percentege of urea and maelamin resins in particleboards 22 Seifert K (1959) The analysis of wood particleboards TIẾNG NGA 23 А.В.Смирнов – (1961) – Технолoгия и Механизация фанерного производства – Гослесбумиздат – Ленииград – Москвa 24 А.Н Клирлов – Конструкционная Фанера – (1981) – Лесная промышенность – Москвa 25 В.А Куликов – (1976) – Производство Фанеры – Лесная промышенность – Москва 26 Варцмаман.А.А – (1991) – Спрасвочник древесиноведено стружечных плит – Лесная промышенность – Москва 27 Γ.Μ Шварцман – (1977) – Производстдство древесно стружечых плит – Лесная промышенность – Москва 28 Государственный стандаpт ШПОН ЛУЩЕНЫЙ методыиспытани ГОСТ – 20800 – 75 – Москва WEBSITE: 29 http: // www faostat.org.com 30 http: // www vinafor.com.vn 95 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Thực nghiệm đo kích thước dăm theo chiều dày Stt Chiều dày dăm Sl 3,50 42 3,30 58 3,00 80 2,80 75 2,60 105 2,40 125 2,20 104 2,00 125 1,80 70 10 1,60 79 11 1,40 67 12 1,20 52 13 1,00 38 Trung bình: 2,24 1.020 95 Phụ lục 2: Thực nghiệm đo kích thước dăm theo chiều rộng Stt Chiều rộng dăm Sl 7,0 62 6,5 83 5,0 103 4,5 142 4,0 180 3,5 155 3,0 134 2,5 98 2,0 63 Trung bình: 4,08 1.020 95 Phụ lục 3: Thực nghiệm đo kích thước dăm theo chiều dài Stt Chiều dài dăm Sl 45 25 43 43 40 55 38 67 36 88 34 125 32 138 30 105 28 80 10 26 50 11 24 38 12 22 67 13 20 50 14 17 45 15 15 26 16 10 18 Trung bình: 30,4 1.020 95 Phụ lục 4: Kết xử lý số liệu kiểm tra tỷ lệ trương nở ván thí nghiệm 95 Phụ lục 5: Kết xử lý số liệu kiểm tra tỷ lệ trương nở ván thí nghiệm Microsoft Excel 12.0 Answer Report Worksheet: [Book1]Sheet2 Report Created: 8/23/2012 11:04:45 PM Target Cell (Min) Cell $C$2 Name Y Original Value 0,2694 Final Value 0,2694 Original Value 140 Final Value 140 Adjustable Cells Cell $A$2 $B$2 Name X1 X2 Constraints Cell $A$2 $A$2 $B$2 $B$2 Name X1 X1 X2 X2 Cell Value 140 140 3 Formula $A$2=100 $B$2=1 Status Binding Not Binding Binding Not Binding Slack 40 95 Phụ lục 6: Kết xử lý số liệu kiểm tra tỷ lệ trương nở ván thí nghiệm 95 Phụ lục 7: Kết xử lý số liệu kiểm tra tỷ lệ trương nở ván thí nghiệm Microsoft Excel 12.0 Answer Report Worksheet: [Book1]Sheet3 Report Created: 8/23/2012 11:09:52 PM Target Cell (Max) Cell $C$2 Name y Original Value 0,5603 Final Value 0,5603 Original Value 140 Final Value 140 Adjustable Cells Cell $A$2 $B$2 Name x1 x2 Constraints Cell $A$2 $A$2 $B$2 $B$2 Name x1 x1 x2 x2 Cell Value 140 140 3 Formula $A$2=100 $B$2=1 Status Binding Not Binding Binding Not Binding Slack 40 ... tài Nghiên cứu thử nghiệm tạo vật liệu Composite có phủ mặt từ vỏ bánh xe phế liệu 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Khái quát phát triển vật liệu Composite 1.1.1 Vật liệu composite Vật liệu composite. .. chứa xenlulo, khối lượng thể tích lớn, khó nén ép tính đàn hồi vật liệu cao – vỏ xe phế liệu 1.3 Vỏ bánh xe phế liệu lịch sử tái chế + Vỏ bánh xe (lốp xe) phế liệu: bao gồm vỏ bánh xe tất loại xe. .. tích ván dăm – composite tử vỏ bánh xe phế liệu 57 4.3 Khả dán dính vỏ bánh xe phế liệu với keo UF 60 4.4 Nghiên cứu thông số công nghệ ép ván dăm – composite từ vỏ bánh xe phế liệu keo UF