Nghiên cứu xây dựng chế độ ép hợp lý trong công nghệ sản xuất ván dăm từ nguyên liệu rơm dùng trong xây dựng cơ bản

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LẠI VĂN NGỌC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHẾ ĐỘ ÉP HỢP LÝ TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ NGUYÊN LIỆU RƠM DÙNG TRONG XÂY DỰNG CƠ BẢN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LẠI VĂN NGỌC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHẾ ĐỘ ÉP HỢP LÝ TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ NGUYÊN LIỆU RƠM DÙNG TRONG XÂY DỰNG CƠ BẢN 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 Nguyễn Văn Thiết HÀ NỘI 2010 i LỜI CÁM ƠN Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Phó giáo sư, Tiến sỹ Nguyễn Văn Thiết, người thầy hướng dẫn suốt thời gian làm nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh đạo Khoa Sau Đại học, lãnh đạo Khoa Chế biến Lâm sản quan tâm tạo điều kiện thuận lợi suốt trình học tập nghiên cứu Trường Đại học lâm nghiệp Tôi xin cảm ơn cán bộ, nhân viên Phòng thí nghiệm thực hành, trung tâm Công nghiệp rừng sinh viên Khoa Chế biến Lâm sản trợ giúp thời gian công sức, có hoàn thành tốt công việc nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Cao đẳng nghề chế biến gỗ giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho trình học làm luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, xin cảm ơn bạn bè, gia đình người thân giành tình yêu, động viên ủng hộ suốt thời gian học tập làm nghiên cứu Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2010 TÁC GIẢ LẠI VĂN NGỌC ii MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ, đồ thị vii ĐẶT VẤN ĐỀ NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Tính cấp bách vấn đề nghiên cứu 1.2 Lịch sử vấn đề nghiên cứu 1.2.1 Khả cung cấp nguyên liệu từ nguồn rơm rạ 1.2.2 Tình hình, nghiên cứu sử dụng rơm rạ 1.2.3 Tình hình nghiên cứu ván dăm 10 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 11 1.4 Nội dung nghiên cứu 11 1.5 Phương pháp nghiên cứu 11 1.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 12 1.5.2 Phương pháp kế thừa 12 1.5.3 Phương pháp thực nghiệm 12 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 13 1.6.1 Đối tượng nghiên cứu 13 1.6.2 Phạm vi nghiên cứu 13 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 Đặc điểm nguyên liệu rơm 17 Điều tra tìm hiểu nguyên liệu rơm 17 Đặc điểm cấu tạo tính chất hóa học lúa 17 Chương 1.6 Chương 2.1 2.1.1 2.1.1.1 2.1.1.2 Tìm hiểu số đặc điểm cơ, lý rơm rạ 2.2 Nguyên lý hình thành ván dăm 18 23 iii Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm 25 2.3.1 Ảnh hưởng nguyên liệu rơm 25 2.3.2 Ảnh hưởng keo dán 27 2.3.3 Ảnh hưởng yếu tố công nghệ 29 2.3 2.3.4 Tác dụng ép nhiệt yếu tố ảnh hưởng 2.4 Cơ sở lựa chọn chế độ ép hợp lý 32 48 2.4.1 Chế độ ép hợp lý 48 2.4.2 Cơ sở lựa chọn chế độ ép 49 2.4.3 Giả thuyết chế độ ép ván rơm 49 Chương THỰC NGHIỆM 52 3.1 Mô tả thực nghiệm 52 3.1.1 Quy trình công nghệ tạo ván dăm 52 3.1.2 Chuẩn bị nguyên liệu 52 3.1.3 Máy móc thiết bị 55 3.1.4 Thiết kế sản phẩm 60 3.1.5 Sản xuất ván kiểm tra chất lượng 60 Quy hoạch thực nghiệm 69 Các yếu tố tham gia thí nghiệm 69 3.2 3.2.1 3.2.2 Biến động yếu tố tham gia khảo sát 3.2.3 Chương Xác định số thí nghiệm lặp lại 70 70 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 72 4.1 Kiểm tra khối lượng thể tích 73 4.2 Kiểm tra độ trương nở chiều dày ván 75 4.3 Kiểm tra cường dộ uốn tĩnh mô đun đàn hồi uốn tĩnh 77 ván 4.4 Kiểm tra độ bền kéo vuông góc ván dăm 80 4.5 Đánh giá chung 82 4.5.1 Xét nhiệt độ ép thời gian ép thay đổi 82 4.5.2 Xét thời gian ép nhiệt độ ép thay đổi 83 iv Xác định chế độ ép tối ưu 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 Kết luận 85 Kiến nghị 85 4.5.3 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ BIỂU 90 ĐẶT VẤN ĐỀ Từ lâu người sử dụng sản phẩm từ gỗ vào công việc đời sống Cùng với phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu người ngày cao, đòi hỏi sản phẩm từ gỗ ngày đa dạng phong phú Tuy nhiên, đứng trước thực trạng gỗ rừng tự nhiên ngày khan hiếm, thay vào gỗ mọc nhanh rừng trồng, đó, gỗ rừng trồng lại không đáp ứng yêu cầu ngày cao người đặc tính gỗ rừng trồng gỗ tự nhiên Trữ lượng gỗ rừng trồng lại hạn chế Do đòi hỏi nhà nghiên cứu Chế biến Lâm sản phải tìm loại nguyên liệu khác gỗ để thay cho gỗ mà giá thành không cao Việc nghiên cứu sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu gỗ thân dừa, thân đay, rơm, trấu, họ tre trúc, có ý nghĩa lớn trước thực trạng khan gỗ Trong loại nguyên liệu rơm, rạ nhà nghiên cứu quan tâm tính chất ưu việt như: loại mọc nhanh, trữ lượng lớn, dễ gia công, Rơm rạ phế thứ liệu trình sản xuất lúa gạo Đây nguồn phế liệu lớn cần quan tâm nghiên cứu sử dụng Để sử dụng rơm, rạ sản xuất ván dăm việc nghiên cứu công nghệ sản xuất ván, chế độ ép có ý nghĩa quan trọng nhiệt độ ép, áp suất ép, thời gian ép, yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng ván trình ép Trong trình hình thành ván nhiệt độ giúp mềm hóa dăm, tăng khả tiếp xúc dăm-dăm, tạo điều kiện để keo đóng rắn nhanh triệt để, dẫn đến cường độ mối dán tốt Nếu nhiệt độ cao làm cacbon hóa bề mặt dán, làm cho keo lớp chưa kịp đóng rắn, gây tượng phân lớp, dẫn đến bề mặt ván xấu, cường độ ván giảm Nếu nhiệt độ ép thấp kéo dài thời gian đóng rắn keo, khả mềm hóa dăm thấp làm cho mối liên kết dăm-dăm kém, làm giảm khả dán dính màng keo Cùng với nhiệt độ thời gian ép ảnh hưởng lớn tới chất lượng ván dăm Nếu thời gian ép dài làm cháy bề mặt ván, Nếu thời gian ép ngắn keo chưa kịp đóng rắn, dăm chưa mềm hóa, mối liên kết dăm-dăm Chỉ có lựa chọn thời gian ép hợp lý nâng cao chất lượng ván Để làm rõ thêm ảnh hưởng nhiệt độ thời gian ép, đặc biệt loại nguyên liệu dăm rơm sản xuất ván dăm từ rơm, thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng chế độ ép hợp lý công nghệ sản xuất ván dăm từ nguyên liệu rơm dùng xây dựng bản” CHƯƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Tính cấp bách vấn đề nghiên cứu Việt nam nước nông nghiệp có văn minh lúa nước lâu đời Lúa gạo loại lương thực thiết yếu người dân mà loại sản phẩm quan trọng tạo sinh kế cho 70% dân số Sản lượng lúa gạo nước ta trung bình đạt 35,8 triệu gạo (năm 2007, theo Bộ NN PTNT), số có khoảng triệu xuất (năm 2009) Với ước tính lượng rơm rạ chiếm khoảng 50% khối lượng lúa khô (Kadam 2000) sản xuất gạo tạo khoảng 1,35 rơm Như vậy, lượng rơm rạ tạo hàng năm Việt nam hàng chục triệu tấn, số đáng kể Tuy nhiên, Việt nam, rơm rạ chưa thực sử dụng có hiệu qủa đặc điểm thu gom không tập trung thói quen người dân vùng miền khác Ở miền Bắc, nông dân thường phơi rơm rạ sau mùa gặt đường quốc lộ tượng phổ biến, gây nguy tai nạn giao thông cao, vật dễ cháy gây nguy hiểm cho người đường Chủ yếu rơm rạ đốt trực tiếp đồng (gây ô nhiễm cho khu vực đô thị) sử dụng làm chất đốt tạo vật dụng sinh hoạt hàng ngày ổ rơm cho gà đẻ, lót đồ sành sứ, hun khói thịt chó… Hình 1.1: Việc đốt rơm rạ gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường Để đáp ứng nhu cầu phát triển xã hội loại vật liệu nói chung vật liệu từ ván nhân tạo nói riêng vấn đề nhà nghiên cứu đặt lên hàng đầu Nhất điều kiện nước nông nghiệp 99 0,5/160 oC 0,7/160 oC 5.275 1.234 270.15 12.11 1821.30 5.245 1.262 289.83 12.49 1872.45 5.310 1.256 283.58 12.19 1839.43 5.265 1.260 286.35 12.33 1856.24 5.235 1.245 296.45 13.15 1980.22 5.280 1.245 285.95 12.58 1894.15 5.185 1.262 284.70 12.41 1860.32 5.245 1.271 285.58 12.13 1815.22 5.210 1.283 295.15 12.39 1861.32 10 5.210 1.245 285.66 12.73 1920.22 5.225 1.284 310.54 12.98 1946.52 5.215 1.284 320.32 13.41 2010.64 5.240 1.280 325.23 13.64 2046.66 5.240 1.275 324.65 13.72 2059.44 5.240 1.282 320.58 13.40 1972.97 5.215 1.246 305.45 13.58 2044.48 5.255 1.252 312.12 13.64 2036.43 5.355 1.246 322.62 13.97 2100.92 5.310 1.284 332.25 13.66 2048.25 100 0,9/160 oC 10 5.310 1.265 325.14 13.78 2067.23 5.215 1.292 325.14 13.45 2006.65 5.280 1.263 312.45 13.35 1999.92 5.255 1.246 305.24 13.47 2023.68 5.205 1.260 302.14 13.16 1979.33 5.220 1.275 306.24 12.99 1951.79 5.255 1.246 298.34 13.16 1998.74 5.280 1.230 288.36 13.00 1952.33 5.250 1.255 298.65 13.00 1956.34 5.205 1.263 300.12 13.01 1960.24 10 5.205 1.255 308.54 13.55 2054.61 101 Nhiệt độ ép 175 0C Thời gian ép /Nhiệt độ 0,5/175 oC 0,7/175 oC Chiều rộng Chiều dày Lực phá huỷ MOR MOE (cm) (cm) (N) (MPa) (MPa) 5.245 1.261 315.45 13.62 2048.74 5.275 1.255 308.35 13.36 2010.00 5.180 1.244 306.34 13.76 2064.30 5.235 1.253 296.75 13.00 1945.63 5.255 1.231 297.15 13.43 2019.39 5.310 1.256 312.28 13.42 2020.31 5.185 1.235 302.74 13.78 2068.21 5.210 1.263 300.42 13.01 1948.83 5.280 1.255 305.66 13.23 1987.78 10 5.310 1.261 314.54 13.41 2019.82 5.215 1.262 295.54 12.81 1918.22 5.240 1.271 300.12 12.76 1921.57 5.225 1.271 305.67 13.04 1948.17 5.225 1.290 312.45 12.94 1927.69 5.215 1.291 320.12 13.26 1968.25 5.240 1.254 296.76 12.97 1944.7 Stt 102 0,9/175 oC 5.250 1.260 295.46 12.76 1918.23 5.275 1.275 308.32 12.94 1943.73 5.250 1.262 315.76 13.60 2031.66 10 5.240 1.255 314.54 13.72 2062.05 5.200 1.286 294.15 12.31 1854.92 5.275 1.272 300.05 12.66 1912.6 5.255 1.251 292.56 12.81 1929.89 5.310 1.262 300.14 12.78 1912.4 5.305 1.269 294.36 12.40 1863.48 5.250 1.226 275.36 12.56 1876.09 5.305 1.241 265.36 11.69 1760.06 5.275 1.281 295.98 12.31 1838.23 5.310 1.293 296.38 12.02 1799.25 10 5.205 1.261 302.45 13.16 1978.56 103 Phụ biểu 04: Độ bền kéo vuông góc ván dăm rơm Nhiệt độ ép 145 0C Thời gian ép / Nhiệt độ 0,5/145 oC 0,7/145 oC Chiều dài Chiều rộng Lực phá huỷ IB (Cm) (Cm) (kgf) (MPa) 5.315 5.200 44 0.16 5.290 5.280 42 0.15 5.280 5.310 44 0.15 5.220 5.220 42 0.15 5.220 5.280 42 0.15 5.185 5.265 40 0.14 5.290 5.390 40 0.14 5.185 5.210 42 0.15 5.275 5.365 42 0.15 10 5.210 5.310 40 0.14 5.185 5.225 48 0.17 5.350 5.310 50 0.17 5.265 5.295 50 0.18 5.405 5.235 50 0.17 5.310 5.340 46 0.16 Stt 104 0,9/145 oC 5.245 5.325 48 0.17 5.310 5.310 50 0.17 5.185 5.340 52 0.18 5.265 5.320 48 0.17 10 5.180 5.280 46 0.16 5.315 5.285 58 0.20 5.240 5.295 58 0.21 5.215 5.285 60 0.21 5.300 5.260 62 0.22 5.285 5.255 58 0.20 5.285 5.285 62 0.22 5.245 5.290 60 0.21 5.210 5.255 58 0.21 5.250 5.210 62 0.22 10 5.285 5.310 64 0.22 Stt Chiều dài Chiều rộng Lực phá huỷ IB (Cm) (Cm) (kgf) (MPa) Nhiệt độ ép 160 0C Thời gian ép / Nhiệt độ 105 0,5/160 oC 0,7/160 oC 5.215 5.215 58 0.21 5.280 5.240 58 0.21 5.195 5.310 60 0.21 5.240 5.265 58 0.21 5.265 5.265 56 0.20 5.215 5.240 63 0.23 5.265 5.210 58 0.21 5.250 5.185 58 0.21 5.280 5.180 62 0.22 10 5.215 5.250 64 0.23 5.215 5.205 80 0.29 5.205 5.205 80 0.29 5.175 5.230 84 0.30 5.175 5.305 82 0.29 5.215 5.245 78 0.28 5.255 5.245 84 0.30 5.240 5.315 78 0.27 5.305 5.245 76 0.27 5.350 5.220 78 0.27 106 0,9/160 oC 10 5.215 5.240 76 0.27 5.205 5.255 64 0.23 5.220 5.280 70 0.25 5.280 5.250 70 0.25 5.255 5.215 64 0.23 5.255 5.280 68 0.24 5.280 5.250 66 0.23 5.220 5.220 70 0.25 5.255 5.280 68 0.24 5.220 5.215 72 0.26 10 5.250 5.200 68 0.24 107 Nhiệt độ ép 175 0C Thời gian ép / Nhiệt độ 0,5/175 oC 0,7/175 oC Chiều dài Chiều rộng Lực phá huỷ IB (Cm) (Cm) (kgf) (MPa) 5.305 5.250 66 0.23 5.215 5.185 64 0.23 5.265 5.305 68 0.24 5.305 5.240 68 0.24 5.185 5.260 72 0.26 5.185 5.290 72 0.26 5.285 5.305 70 0.24 5.285 5.290 70 0.25 5.240 5.305 68 0.24 10 5.305 5.280 68 0.24 5.240 5.215 66 0.24 5.235 5.210 66 0.24 5.205 5.285 60 0.21 5.310 5.250 68 0.24 5.250 5.250 58 0.21 5.285 5.310 62 0.22 Stt 108 0,9/175 oC 5.210 5.285 66 0.24 5.285 5.240 64 0.23 5.250 5.215 64 0.23 10 5.285 5.240 62 0.22 5.245 5.205 60 0.22 5.210 5.310 60 0.21 5.245 5.245 60 0.21 5.210 5.210 58 0.21 5.250 5.245 58 0.21 5.280 5.250 56 0.20 5.245 5.180 58 0.21 5.210 5.210 58 0.21 5.310 5.300 60 0.21 10 5.280 5.205 62 0.22 109 110 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu S Ý nghĩa Sai tiêu chuẩn mẫu S% Hệ số biến động PV Sai số tương đối UF Keo ure-fomandehyt MDI Methylene-Diphenyl-Diisocyanate TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam MOR Độ bền uốn tĩnh MOE Mô đun đàn hồi IB Cường độ kéo vuông góc bề mặt ∆t (%) Trương nở chiều dày KLTT Khối lượng thể tích 111 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Cường độ uốn tĩnh rơm KLTT khác Bảng 2.1 Khối lượng thể tích dạng rơm khác 20 Bảng 2.2 Hàm lượng nguyên tố rơm rạ ước tính 22 KLTT thực rơm dựa hàm lượng nguyên tố Bảng 2.3 Các thành phần hóa học rơm rạ 22 Bảng 2.4 So sánh thành phần hóa học gỗ rơm rạ 26 Bảng 2.5 Độ ẩm ván dăm cấp độ ẩm thảm dăm khác 30 Bảng 3.1 Kích thước dăm rơm thô mịn nghiền sàng phân loại 57 Bảng 3.2 Bảng bố trí quy hoạch thực nghiệm 70 Bảng 4.1 Yêu cầu chất lượng ván dăm thông dụng 72 Bảng 4.2 KLTT ván dăm từ rơm rạ chế độ ép khác 73 Bảng 4.3 Độ trương nở chiều dày sau ngâm nước cảu ván dăm 75 100% rơm chế độ ép khác Bảng 4.4 Cường đọ uốn tĩnh ván dăm 100% rơm chế độ ép 77 khác Bảng 4.5 Mô đun đàn hồi uốn tĩnh ván dăm 100% rơm chế độ 78 ép khác Bảng 4.6 Độ bền kéo vuông góc ván dăm 100% rơm chế độ ép khác 80 112 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Việc đốt cháy rơm rạ gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường Hình2.1 Cấu tạo chung lúa 17 Hình2.2 Ảnh mặt cắt ngang cọng rơm 19 Hình 2.3 So sánh đường cong hút ẩm rơm rạ 21 Hình 2.4 Quan hệ nhiệt độ thời gian ép ván dăm 33 Hình2.5 Đường cong nhiệt độ thời gian thảm dăm không ép 34 nhiệt Hình 2.6 Mối quan hệ diện tích tiếp xúc dăm lực ép 41 mức lượng keo dùng khác Hình 2.7 Quan hệ lực ép thời gian 42 Hình 2.8 Biểu đồ lực ép lý tưởng dùng cữ 43 Hình 2.9 Quan hệ tỷ lệ keo chiều dày ván với lực ép lớn 45 Hình 2.10 Ảnh hưởng lực ép thời gian trì áp khối 47 lượng theo chiều dày ván Hình3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất ván dăm, 52 Hình 3.2.Nguyên liệu rơm để nguyên không xử lý 53 Hình 3.3 Máy nghiền dăm 53 Hình 3.4 Máy sàng dăm 55 Hình 3.5 Máy trộn keo 57 Hình 3.6 Máy ép nhiệt tầng 58 Hình3.7 Mẫu dăm rơm sau nghiền 59 Hình 3.8 Biểu đồ ép nhiệt ván dăm với nguyên liệu rơm 63 Hình 3.9 Vị tri kiểm tra chiều dày mẫu thử 64 Hình 3.10 Sơ đồ xác định cường độ uốn tĩnh ván 65 Hình 3.11 Sơ đồ mẫu thử cường độ keo vuông góc mặt ván 67 Hình 4.1 Khối lượng thể tích ván dăm 74 113 Hình 4.2 Độ trương nở chiều dày ván dăm 100% rơm rạ chế 76 độ ép khác Hình 4.3 Cường độ uốn tĩnh ván dăm chế độ ép khác 78 Hình 4.4 Mô đun đàn hồi uốn tĩnh ván dăm chế độ ép khác 80 Hình4.5 Độ bền kéo vuông góc ván dăm chế độ ép khác 81 ... ép, đặc biệt loại nguyên liệu dăm rơm sản xuất ván dăm từ rơm, thực đề tài: Nghiên cứu xây dựng chế độ ép hợp lý công nghệ sản xuất ván dăm từ nguyên liệu rơm dùng xây dựng bản CHƯƠNG NHỮNG... NGHIỆP LẠI VĂN NGỌC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHẾ ĐỘ ÉP HỢP LÝ TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ NGUYÊN LIỆU RƠM DÙNG TRONG XÂY DỰNG CƠ BẢN Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị công nghệ gỗ, giấy Mã... gian ép, lượng hóa chất xử lý, … Vì để nâng cao chất lượng ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ cần thiết phải nghiên cứu rõ chế độ công nghệ sản xuất ván dăm từ rơm, đặc biệt nghiên cứu chế độ ép hợp lý