NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN TÍNH NHIỆT ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ, CƠ HỌC CỦA GỖ SỒI NHẬP KHẨU

- Sử dụng phương pháp thống kê xử lý và đánh giá kết quả bằng phần mềm Excel Kết quả xác định tính chất vật lý cơ học của gỗ Sồi trước và sau biến tính từ đó đưa ra những kết luận Kết qu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: KS HOÀNG VĂN HÒA

Thành phố Hồ Chí Minh

Tháng 06 năm 2012

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Thầy Hoàng Văn Hòa đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

Xin cảm ơn các anh chị tại Trung Tâm Nghiên Cứu Chế Biến Lâm Sản, Giấy và Bột Giấy Thành phố Hồ Chí Minh, đã tận tình giúp đỡ em làm thí nghiệm

Xin cảm ơn ban lãnh đạo Công ty Tavico và tập thể anh chị em công nhân Công Ty Trường Tiền đã cung cấp gỗ cho em làm thí nghiệm và gia công mẫu thí nghiệm

Xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè

đã động viên và chia sẽ những khó khăn trong quá trình học tập cũng như trong cuộc sống

TP Hồ chí Minh, Tháng 6 năm 2012

Huỳnh Chương

TÓM T ẮT

Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình biến tính nhiệt đến một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ Sồi nhập khẩu” được tiến hành tại Trung Tâm Nghiên Cứu Chế Biến Lâm Sản, Giấy và Bột Giấy Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh Thời gian từ từ 20/2/2012 đến 10/6/2012 Đề tài được thực hiện theo phương pháp thống kê và sử dụng phần mềm Excel

Phương pháp nghiên cứu: biến tính nhiệt gỗ Sồi được thực hiện với thiết bị biến tính tại Trung Tâm Nghiên Cứu Chế Biến Lâm Sản, Giấy và Bột Giấy Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh Thực hiện biến tính với bốn cấp nhiệt độ khác nhau (160oC, 180 oC, 200 oC, 220 oC) và năm mốc thời gian khác nhau (4 giờ, 8 giờ, 12 giờ, 16 giờ, 20 giờ) Được thực hiên như sau:

- Chọn cây, cắt khúc gia công mẫu, xác định tính chất vật lý, cơ sở của gỗ theo các TCVN từ 335 – 1970 đến 379 – 1970 và tiêu chuẩn ASTM D143 của Mỹ

- Sử dụng phương pháp thống kê xử lý và đánh giá kết quả bằng phần mềm Excel

Kết quả xác định tính chất vật lý cơ học của gỗ Sồi trước và sau biến tính từ

đó đưa ra những kết luận

Kết quả nghiên cứu nhằm: tìm ra quy trình biến tính thích hợp, rút ngắn thời gian biến tính của gỗ Sồi sau khi biến tính Qua đó, có thể đưa vào thực tế sản xuất nhằm nâng cao giá trị sử dụng nguyên liệu gỗ

Kết quả đạt được:

Tính chất vật lý: Mầu sắc có thay đổi và sự thay đổi này theo các cấp nhiệt

độ và thời gian cũng có sự khác nhau nhưng nhìn chung thì gỗ sau khi biến tính có màu tối hơn gỗ không biến tính đặt biệt là khi nhiệt độ biến tính càng cao và thời gian biến tính càng dài Khả năng hút nước tốt nhất là của gỗ biến tính sau 12 giờ ở nhiệt độ là 1600C với độ hút nước tính tới ngày thứ 30 là 98.14%, thấp nhất là gỗ biến tính ở 2200C sau 6 giờ là 68.24% Tỷ lệ dãn nở theo các chiều nhiều nhất ở cấp nhiệt độ 1600C đưa ra ra lúc 4 giờ với tỷ lệ dãn nở là 16.604% thấp nhất là 11.59% của cấp nhiệt độ 180oC sau 20 giờ

Tính chất cơ học: Độ cứng trung bình lớn nhất là mẻ 1600

C lấy ra lúc 8 giờ khi đó độ cứng dọc thớ 389(kG/cm2

) và ngang thớ: 375(kG/cm2

), độ cứng trung bình nhỏ nhất ở 2200

C sau 12 giờ khi đó độ cứng dọc thớ 245(kG/cm2

C sau 4 giờ mẫu gỗ có ứng suất uống tĩnh cao nhất là 1028 (kG/cm2), gỗ sau 20 giờ của nhiêt độ 160 o

C có ứng suất thấp nhất 116 (kG/cm2

)

Theo kết quả nghiên cứu tôi đề suất chúng ta nên biến tính gỗ sồi ở cấp nhiệt

độ 200oC và thời gian thực hiện biến tính là 8 giờ

M ỤC LỤC

Trang

Trang tưa i

Lời cám ơn ii

Tóm tắc iii

Mục lục v

Danh sách các chử viết tắt và ký hiệu viii

Danh sách các bảng ix

Danh sách các hình x

Chương 1 1

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

1.2 Mục đích: 2

1.3 Mục tiêu: 3

1.4 Phạm vi nghiên cứu: 3

1.5 Ý nghĩa khoa học- thực tiễn: 3

Chương 2 4

TỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu biến tính gỗ: 4

2.1.1.Tình hình nghiên cứu về gỗ biến tính trên thế giới: 4

2.1.2.Tình hình nghiên cứu trong nước 6

2.2 Một số phương pháp biến tính gỗ 8

2.2.1.Biến tính hóa cơ 8

2.2.2.Biến tính nhiệt hóa học 8

2.2.3.Biến tính phóng xạ hoá học 9

2.2.4.Biến tính cơ nhiệt 9

2.3 Tổng quang về công nghệ biến tính gỗ bằng phương pháp nhiệt 9

2.3.1.Tình hình nghiên cứu về biến tính nhiệt 9

2.3.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gỗ biến tính bằng phương pháp nhiệt 11

2.3.3.Sơ lược về thiết bị biến tính nhiệt 12

Chương 3 13

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

3.1 Nội dung nghiên cứu: 13

3.2 Vật liệu và Phương pháp nghiên cứu: 13

3.2.1.Vật liệu nghiên cứu: 13

3.2.2.phương pháp nghiên cứu 15

3.3 Dụng cụ thí nghiệm 16

3.4 Phương pháp xác định tính chất vật lý 16

3.4.1.Xác định độ hút nước 17

3.4.2.Xác định tỷ lệ dãn nở theo các chiều 17

3.5 Phương pháp xác định tính chất cơ học 18

3.5.1.Xác định độ cứng 19

3.5.2.Độ bền nén dọc thớ 19

3.5.3.Ứng suất uốn tĩnh 20

Chương 4 22

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU - THẢO LUẬN 22

4.1 Kết quả xác định tính chất vật lý của gỗ Sồi trước và sau biến tính 22

4.1.2.Độ hút nước 23

4.1.3.Kết quả xác đinh tỷ lệ dãn nở theo các chiều 24

4.2 Kết quả khảo sát tính chất cơ học 25

4.2.1.Kết quả xác định ứng suất nén dọc thớ 26

4.2.2.Kết quả xác định độ cứng 28

3.2.3.Kết quả xác định ứng suất uốn tĩnh 31

4.3 Đề xuất công nghệ biến tính gỗ Sồi 34

4.3.1.Sơ đồ công nghệ biến tính gỗ Sồi vỏ trắng 34

4.3.2.Thuyết minh sơ đồ: 35

Chương 5 36

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36

4.1 Kết luận 36

4.2 Kiến nghị 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

PHỤ LỤC 39

DANH SÁCH CÁC CH Ữ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

ASTM D143: Tiêu chuẩn của Mỹ

Yl, Yx, Yt Tỷ lệ dãn nở dọc thớ, xuyên tâm, tiếp tuyến %

DANH SÁCH CÁC B ẢNG

Trang

Bảng 4.1 : Độ ẩm gỗ Sồi biến tính ở các cấp nhiệt độ theo thời gian 23 Bảng 4.2: Độ hút nước của gỗ Sồi biến tính ở các cấp nhiệt độ theo thời gian 23 Bảng 4.3: Độ dãn nở của gỗ Sồi biến tính ở các cấp nhiệt độ theo thời gian 25 Bảng 4.4: Độ nén dọc của gỗ Sồi biến tính ở các cấp nhiệt độ theo thời gian 26 Bảng 4.5: Độ cứng của gỗ Sồi biến tính ở các cấp nhiệt độ theo thời gian 29 Bảng 4.6: Độ uống tĩnh của gỗ Sồi biến tính ở các cấp nhiệt độ theo thời gian 31

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Thiết bị biến tính 12

Hình 3.1: Cấu tạo thô đại 14

Hình 3.2: Cấu tạo hiển vi 15

Hình 3.3: Thiết bị thí nghiệm 16

Hình 3.4: Mẫu xác định tính hút nước 17

Hình 3.5: Mẫu thử độ cứng 19

Hình 3.6: Thử ứng suất nén dọc thớ 19

Hình 3.7: Mẫu thử uốn tĩnh 20

Hình 4.1: Sự thay đổi màu sắc gỗ Sồi 22

Hình 4.2: Biểu đồ Độ nén dọc của gỗ sồi biến tính ở 160 0 C 27

Hình 4.3: Biểu đồ Độ nén dọc của gỗ sồi biến tính ở 180 0 C 27

Hình 4.5: Biểu đồ Độ nén dọc của gỗ sồi biến tính ở 200 0 C 27

Hình 4.5: Biểu đồ Độ nén dọc của gỗ sồi biến tính ở 220 0 C 28

Hình 4.6: Biểu đồ độ cứng gỗ biến tính 160 0 C 29

Hình 4.7: Biểu đồ độ cứng gỗ biến tính 180 0 C 29

Hình 4.8: Biểu đồ độ cứng gỗ biến tính 200 0 C 30

Hình 4.9: Biểu đồ độ cứng gỗ biến tính 220 0 C 30

Hình 4.10: Biểu đồ Độ uốn tĩnh của gỗ sồi biến tính ở 160 0 C 31

Hình 4.11:Biểu đồ Độ uốn tĩnh của gỗ sồi biến tính ở 180 0 C 32

Hình 4.12: Biểu đồ Độ uốn tĩnh của gỗ sồi biến tính ở 200 0 C 32

Hình 4.13: Biểu đồ Độ uốn tĩnh của gỗ sồi biến tính ở 220 0 C 32

Hình 4.14: Sơ đồ công nghệ biến tính gỗ Sồi vỏ trắng 34

Hình 4.15: Biểu đồ biến tính 34

Chương 1

ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết của đề tài:

Rừng là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá đóng một vai trò quang trọng trong việc tạo sinh quyển, nơi chứa đựng tài nguyên động, thực vật phong phú, là

yếu tố địa lý không thể thiếu trong tự nhiên, tạo cảnh quan và tác động mạnh mẽ tới yếu tố khí hậu, đất đai, nơi cung cấp vật liệu xây dựng, năng lượng, nguyên liệu y dược, nguyên liệu chế biến lương thực Nói chung rừng là một hệ sinh thái lớn, quan trọng, có ý nghĩa trong đa dạng sinh học và phát triển kinh tế xã hội Như vậy mất rừng sẽ làm mất dần nguồn tài nguyên thiên nhiên dẫn đến sự tuyệt chủng của nhiều loài sinh vật Vì vậy hiện nay hầu hết các quốc gia trên thế giới điều đặt vấn

đề trồng trừng lên hàng đầu song song với đó là tìm ra các biện pháp bảo vệ rừng chặt chẽ

Rừng là nguồn cung cấp lượng gỗ lớn phục vụ cho rất nhiều lĩnh vực trong đời sống xã hội hằng ngày nguồn nguyên liệu chính cho ngành chế biến gỗ Ngày nay, với sự phát triển kinh tế của xã hội nên nhu cầu về sản phẩm gỗ của con người ngày càng cao về chủng loại và phong phú về mẫu mã Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp chế biến gỗ ở nước ta cũng như các nước trên thế giới có xu hướng phát triển một cách mạnh mẽ

Ở nước ta, kim ngạch xuất khẩu đồ gỗ liên tục tăng Năm 2001 là 334 triệu

USD, năm 2003 trên 560 triệu USD, năm 2004 tăng lên 1,1 tỷ USD Những năm vừa qua, ngành gỗ đã là một trong số các ngành đạt kim ngạch xuất khẩu trên 1 tỷ USD/năm, liên tục có mức tăng trưởng kim ngạch ngạch 28%-35%/năm Đến cuối tháng 11 năm 2010, kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ của Việt Nam hơn 3 tỷ USD Theo ông Nguyễn Chiến Thắng, chủ tịch HAWA, năm 2011 kim ngạch ngành chế biến gỗ xuất khẩu đạt 3,9 tỉ USD, tăng 14,4% so với 2010, và năm 2012 có thể vượt

4 tỉ USD Đồ gỗ Việt Nam đã có mặt tại 120 thị trường khắp thế giới, trong đó có những thị trường khó tính như Hoa Kỳ, châu Âu, Nhật Bản…

Lượng gỗ trong nước hiện nay ngày càng cạn kiệt do khai thác không đúng mục đích, thiên tai và nạn chặt phá trừng tràn lan Tuy đã có những chương trình trồng rừng với quy mô lớn của nhà nước nhưng không thễ bù đắp lượng gỗ đã mất

do đó trữ lượng gỗ trong nước ngày càng ít đi nhưng lại không đáp ứng được yêu cầu sử dụng ngày càng cao của con người do đặc tính của gỗ rừng trồng kém hơn rất nhiều so với gỗ rừng tự nhiên Hiện nay nguồn nguyên liệu gỗ sử dụng trong

ngành công nghiệp chế biến gỗ trong nước gần như nhập khẩu từ các nước: Nga,

Malaysia, Indonesia, Lào, Newzilene, Nam Mỹ, Châu Phi

Vấn đề sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu được xem là một trong những giải pháp hữu hiệu nhằm cắt giảm chi phí sản xuất Đồng thời, sản phẩm được sản xuất thân thiện với môi trường đang là xu hướng mà hầu hết mọi người trên thế giới đang đặc biệt ưa chuộng Gỗ Sồi là loại gỗ hiện nay chủ yếu nhập khâu trong quá trình xử lý thường trải qua quá trình sấy với thời gian tương đối dài điều này làm ảnh hưởng đến năng suất, hao phí nhiều năng lượng dẩn đến chi phí tăng lên rất nhiều nhưng không thể làm hạn chế được mối mọt và một số côn trùng khác nhằm thỏa mãn yêu cầu nguyên liệu Do đó, biến tính nhiệt gỗ Sồi, không sử dụng hóa chất, với mục tiêu cải thiện một số tính chất vật lý, đồng thời tăng khả năng chống mối mọt và một số côn trùng hại gỗ khác cho nguyên liệu sẽ là hướng sử dụng nguyên liệu gỗ một cách kinh tế, tiết kiệm và thân thiện với môi trường, phù hợp với xu hướng chung của xã hội hiện nay

Do đó tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình biến tính nhiệt đến một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ Sồi nhập khẩu” được thực hiện tại Trung Tâm Nghiên Cứu Chế Biến Lâm Sản,Giấy và Bột Giấy Đại Học Nông lâm TP Hồ Chí Minh

1.2 Mục đích:

Nghiên cứu xác định được các thông số công nghệ của quá trình biến tính

nhiệt để xem xét khả năng ứng dụng vào thực tế nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm gỗ, tiết kiệm chi phí và sản xuất thân thiện với môi trường phù hợp với xu hướng chung của thế giới

1.3 Mục tiêu:

Để thực hiện mục đích trên trong quá trình nghiên cứu chúng tôi tập trung thực hiện các mục tiêu sau:

- Xác định các thông số công nghệ biến tính nhiệt cho gỗ Sồi

- Đánh giá và so sánh một số tính chất cơ học, vật lý của gỗ Sồi không xử lý biến tính nhiệt và đã xử lý biến tính nhiệt

- Đề xuất quy trình biến tính nhiệt đối với gỗ Sồi nhập khẩu

1.4 Phạm vi nghiên cứu:

Vì điều kiện và thời gian thực hiện đề tài có hạn và nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính nhiệt (độ ẩm, tuổi gỗ, gỗ giác, gỗ lõi, vòng sinh trưởng )

Trong đề tài này tôi chỉ giới hạn một số yếu tố nghiên cứu sau:

- Về loại gỗ: Chúng tôi chọn gỗ Sồi nhập khẩu được lấy từ công ty Tavico Địa chỉ: khu phố 9, P Tân Biên, TP Biên Hòa, Đồng Nai

- Nhiệt độ đưa vào nghiên cứu: 1600

C, 1800C, 2000C, 2200C

- Thời gian biến tính: 4 giờ, 8 giờ, 12 giờ, 16 giờ, 20 giờ

- Các tính chất khảo sát: Tính chất vật lý: Tập trung nghiên cứu độ dãn nở, độ hút nước Tính chất cơ học: Tập trung nghiên cứu độ bền uốn tĩnh và độ bền nén

Địa điểm nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Trung Tâm Nghiên Cứu Chế Biến Lâm Sản, Giấy và Bột Giấy trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh

1.5 Ý nghĩa khoa học- thực tiễn:

Gỗ Sồi sau khi biến tính có thể đáp ứng các yêu cầu sản xuất trong thực tế góp phần giải quyết vấn đề nguyên liệu cho ngành chế biến gỗ Việt Nam Đề tài thực hiện thành công góp phần làm phong phú thêm công nghệ xử lý gỗ

Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu vào trong sản xuất thực tế góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất

Chương 2

2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu biến tính gỗ:

2.1.1 Tình hình nghiên cứu về gỗ biến tính trên thế giới:

Biến tính nhiệt bằng phương pháp cơ – nhiệt, hóa – nhiệt hoặc cơ – hóa – nhiệt được nghiên cứu rất sớm Ý tưởng biến tính gỗ để cải thiện một số tính chất

cơ lý của gỗ đã có cách đây gần một thế kỷ, Công trình xử lý nhiệt trên gỗ sớm nhất

là vào những năm 1920

Vào năm 1930, Đức, Liên Xô cũ đã có những nghiên cứu về biến tính gỗ bằng phương pháp nén, ép tăng khối lượng thể tích gỗ sau khi đã hóa dẻo, nhằm làm tăng độ bền tự nhiên của gỗ, Đến đầu năm 1932, Liên Xô nghiên cứu biến tính

gỗ bằng hai phương pháp ép làm tăng tính chất cơ lý của gỗ đó là: ép nén với sự làm nóng gỗ trong môi trường hơi nước bão hào hoặc gỗ được tẩm trước và gỗ được

xử lý trong môi trường độ ẩm cao

Năm 1937, Stamm và Hansen đã nghiên cứu về độ co rút và giãn nở trên gỗ

đã qua xử lý nhiệt cho thấy tính thấm hút ẩm của gỗ khô giảm một cách đáng kể Đối với gỗ được xử lý nhiệt trong môi trường không khí thì độ cứng mất đi nhiều

hơn khi được xử lý trong môi trường chất khí Đến năm 1946, Stamm et al lần đầu

tiên có báo cáo thử nghiệm một cách hệ thống về khả năng làm tăng tính kháng nấm mốc cho gỗ khi xử lý trong bồn kim loại nóng đồng thời nó cũng nêu ra được khả năng cải thiện được độ bền và độ ổn định kích thước

Biến tính gỗ theo phương pháp tẩm đã được nghiên cứu từ những năm 1936 (Stamm và Seborg), năm 1959 (Goldstein), năm 1991 (Ryu), năm 2002 (Ohmae) với nhựa Phenol và nhựa Urea nhằm tăng tính ổn định kích thước gỗ cũng có những nghiên cứu dùng nhựa (Dimethyloldidroxyethylenurea) như của Nicolas và William (1987), Videlop (1989), Ashaari (1990), Ahmed Kabi (1992), Krause (2004)… Ngoài ra các nhà nghiên cứu còn cho gỗ biến tính thấm với Furfuryl Alcohol, Maleic axit – Glycerol – Polyglycerol, hỗn hợp Silicon như các nghiên cứu của Zollfrank và Weneger (2002), Hill (2004) làm ổn định kích thước gỗ đồng thời

chống nấm mốc Các lĩnh vực này còn cần đầu tư vào nghiên cứu rất nhiều trong tương lai để ứng dụng ra sản xuất

Năm 1972, Burmester đã chứng minh về khả năng cải thiện các tính chất của

gỗ nếu xử lý nhiệt trong điều kiện có áp suất Sau đó được phát triển vào năm 1983 Kết quả cho thấy rằng tỷ lệ giãn nở giảm 50% - 80% trên các loại gỗ như Dẻ, cây Bu-lô, Thông, Bạch dương và cây Vân sam, nhiệt độ xử lý từ 180-2000

C Các nghiên cứu về biến tính gỗ bằng phương pháp hóa học được thực hiện bởi nhiều tác giả như Rowell (1977,1983), Banks (1990), Takahashi (1993), Banks

và Lawther (1994), Kumar (1994), Sasaki và Kawai (1994), Hon (1996), Militz và cộng sự (1997), Suttie (1997), Birkisaw (1998)

Năm 1984 Học viện công nghệ Hoa Đông và nhà máy gỗ Thượng Hải nghiên cứu sản xuất gỗ biến tính từ gỗ lá rộng, Viện khoa học Lâm Nghiệp Trung Quốc nghiên cứu sản xuất gỗ biến tính từ cây gỗ keo trắng Chất lượng gỗ biến tính của một số loại gỗ có khối lương thể tích thấp đạt được khối lượng thể tích 0,80 – 1,40 (g/cm3), gỗ có độ cứng lớn hơn nhiều so với gỗ tự nhiên, có độ bền cơ học cao, chịu mài mòn lớn

Năm 1984, Hillis phát hiện rằng các ảnh hưởng mạnh xảy ra trên hemicellulose và lignin khi gỗ được xử lý ở nhiệt độ 1000C trong 2 tiếng đồng hồ

Từ thập niên 90 cho đến nay, các nghiên cứu về biến tính gỗ được phát triển mạnh khi nhu cầu nguyên liệu gỗ ngày càng cao và đặc biệt ứng dụng các loại gỗ rừng trồng có độ bền tự nhiên thấp Các nghiên cứu chình tập trung vào: đặc tính

khô, sự thay đổi thành phần hóa học của gỗ (Troya at al 1994; Tjeerdsama et al

1998); tăng độ ổn định kích thước (Stamm et al 1946; Seborg et al 1953); cải thiện

độ bền (Dirol et al 1993; Jamsa et al 1998; Kamdem et al 1999); các tính chất

cơ-lý (Viitaniemi et al 1994; Byeon HeeSeop et al 1996)

Những nghiên cứu nâng cao tính bền với tia nắng mặt trời theo phương pháp này được tiến hành bởi Feist và cộng sự năm 1991, Plackett và cộng sự năm 1996, Chang năm 2001 Một trong những hóa chất sử dụng cho mục đích thí nghiệm này

là Dihydroxy Benzophenoe (DHBP) hay Silicone polymer Feist và Rowell (1982)

biến tính bề mặt dùng hóa chất butylene oxide và butyl isocianate Hill (2001) thì dùng hóa chất methacrylic anhydride có hỗ trợ thêm styrene nhằm làm tăng tính bền

bề mặt gỗ với tia UV Cũng làm biến tính bề mặt, Pizzi (1990) cho rằng khi biến tính bề mặt gỗ phù hợp có thể làm tăng độ kết dính với các loại sơn phủ gốc alkyd

Năm 1995, Viitaniemi và Jamsa đã tiến hành nghiên cứu về gỗ xử lý nhiệt Viitaniemi đã công bố các bài viết thảo luận xung quanh vấn đề cải thiện độ bền và các tính chất khác của gỗ đã qua xử lý nhiệt vào năm 1997, 1998

Nhìn chung công nghệ biến tính gỗ trên thế giới hình thành và phát triển trong một khoản thời gian tương đối lâu đã có nhiều thành tựu to lớn trong nghiên cứu, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

2.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Vào cuối những năm 1969, bộ môn gỗ - ván nhân tạo thuộc Viện nghiên cứu Lâm nghiệp và sau đó ở Viện công nghiệp rừng đã tiến hành thí nghiệm biến tính các loại gỗ Vạng trứng (Endoepermum sinensis Benth), gỗ mỡ (Manglietica album raeush), gỗ trám trắng (Canarium album raeush) bằng phương pháp nhiệt – cơ và hóa – cơ kết hợp Năm 1980, bằng phương pháp cơ – hóa – nhiệt của tác giả

Nguyễn Trọng Nhân (Viện nghiên cứu Khoa học Lâm Nghiệp Việt Nam) Kết quả cho thấy khối lượng thể tích tăng lên khoảng 1,2 lần và cường độ uốn tĩnh tăng lên khoảng 1,3 lần so với gỗ trước lúc chưa biến tính

Năm 1999, nghiên cứu bằng phương pháp hóa nhiệt để tăng cường tính ổn định kích thước ván dăm, của trường Đại học Lâm Nghiệp

Năm 2001 nhóm tác giả Trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu Công nghệ biến tính gỗ với công suất 500-1000m3/năm và đã xây dựng được quy trình công nghệ như sau:

Nguyên liệu (gỗ tròn)  Tạo phôi  Xẻ phá  Xẻ lại Cắt ngắn  Ngâm tẩm hoá chất  Ép nhiệt  Bảo ôn  Sản phẩm gỗ biến tính Đã tiến hành thử nghiệm với một số loại gỗ mọc nhanh rừng trồng, những loại gỗ có độ bền cơ học không cao, phạm vi sử dụng hẹp, giá trị thành phẩm không cao Kết quả là ổn định kích thước cao, cường độ cơ học lớn, phạm vi sử dụng rộng

Ngoài ra, trên Tạp chí Khoa học – Công nghệ nhiệt, số 66 tháng 11 năm

2005, Thạc sỹ Nguyễn Huy Bích đã trình bày khái quát về công nghệ EDS (Ecology – Diversity – Synergy) một trong những công nghệ biến tính các nguyên liệu có nguồn gốc sinh học bằng nhiệt độ, được người Nhật phát minh và được tổ chức UNIDO – Tổ chức phát triển công nghiệp liên hiệp quốc (Tokyo) giới thiệu rộng rãi tại các quốc gia đang phát triển ở Đông Nam Á, Châu Phi, Trung và Nam Mỹ EDS

có thể biến tính gỗ tròn hay gỗ tạp Có thể phân tích khả năng sử dụng và những ưu điểm nổi bật khi áp dụng công nghệ EDS khi xử lý các nguyên liệu có nguồn gốc sinh học, trong đó có gỗ

Năm 2006 Hoàng Thị Thanh Hương Khoa Lâm Nghiệp, Đại học Nông Lâm TP.HCM đã nghiên cứu biến tính gỗ Cao su, Hông, Điều bằng phương pháp hóa, nhiệt, cơ Sử dụng trong xây dựng và sản xuất đồ mộc Kết quả nghiên cứu cho thấy với nhiệt độ trong khoảng từ 130 ÷ 1600C có thể làm mềm hóa và biến tính được

gỗ Như đối với gỗ Hông bằng phương pháp cơ - nhiệt là T = 1450

C; P = 25 kG/cm2; t = 16 phút và kết quả là khối lượng thể tích tăng từ 0,224 lên 0,341g/cm3

kết quả là khối lượng thể tích tăng từ 0,46 lên 0,55g/cm3; độ bền uốn tĩnh tăng từ

843 lên 1172,74 kG/cm2 Gỗ Cao su bằng phương pháp hóa – cơ - nhiệt, sử dụng Urê 20% làm hóa chất chế độ biến tính xác định được là T = 1400

mã số KC.07/06-10 (Kèm theo Quyết định số 606/QĐ – BKHCN ngày 07 tháng 04 năm 2008 của Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ)

Ở Việt Nam, dù số lượng công trình nghiên cứu về biến tính trên gỗ đã được thực hiện trong những năm gần đây, nhưng số lượng chưa nhiều, phần lớn tập trung vào biến tính hóa, hoặc cơ – nhiệt kết hợp Việc nghiên cứu biến tính gỗ ở trong nước là hết sức cần thiết và có ý nghĩa Nó đã mở ra hướng mới cho ngành gỗ của nước ta đặc biệt đối với các loại gỗ rừng trồng, gỗ mềm, có tốc độ tăng trưởng nhanh nó góp phần giúp chúng ta giải quyết một phần về vấn đề nguyên liệu Đây là điều rất phù hợp với chủ trương chính sách trồng rừng và sử dụng gỗ rừng trồng của Nhà nước ta hiện nay

2.2 Một số phương pháp biến tính gỗ

2.2.1 Biến tính hóa cơ

Biến tính gỗ bằng phương pháp hoá cơ tạo ra sản phẩm có chất lượng cao bằng cách nhồi hoặc tẩm vào tế bào gỗ các monone hay polime đồng thời dưới tác dụng của nhiệt độ hay các tác nhân hoá học khác làm cho nó đóng rắn trong các vách tế bào gỗ Đó là các chất kết dính có nguồn gốc khác nhau, các loại nhũ dịch Ngoài ra người ta còn tiến hành làm mềm gỗ bằng các dung dịch amoniac, các chất khác Xử lý gỗ bằng amoniac có sự tham gia của nước sẽ làm tăng độ dẻo gỗ nhờ thuỷ phân các liên kết este phức tạp trong cấu trúc tế bào gỗ Sau khi nén gỗ, nước

và amoniac tác dụng như những chất làm dẻo và chúng được đẩy ra ngoài trong quá trình sấy Kết quả nén gỗ cho ta sản phẩm với kết cấu mới, ổn định và có tính chất vật lý cao

2.2.2 Biến tính nhiệt hóa học

Cơ sở hóa học của phương pháp này là biến tính gỗ bằng các loại keo tổng hợp rồi tiến hành xử lý nhiệt Dưới tác dụng của nhiệt trong thời gian nhất định, các loại keo sẽ chuyển hóa từ trạng thái lỏng đến trạng thái đặc rồi đóng rắn hoàn toàn trong các vách tế bào gỗ

Bằng phương pháp này ta có thể xác định loại hình liên kết có hiệu quả nhất

để ứng dụng trong quá trình biến tính gỗ Phương pháp này cũng tạo ra hàng loạt

sản phẩm mới đa dạng với nhiều chức năng khác nhau: cách âm, cách nhiệt, chịu mài mòn, chịu lửa, hoá chất, chống lại sự phá hoại của nhiều sinh vật, chịu được các điều kiện khí hậu khắc nghiệt

độ quánh của các monome

Gỗ sau khi tẩm người ta lấy các monome dư ra ngoài thiết bị và đưa thùng gỗ vào buồng chiếu sáng Dưới tác dụng của ánh sáng đặc biệt các monome sẽ được polime hóa trong các mao quản, trên các vách tế bào gỗ, tạo cho gỗ có tính chất ưu việt hơn nhiều so với các tính chất ban đầu của nó

2.2.4 Biến tính cơ nhiệt

Dưới tác dụng của nhiệt độ trong môi trường ẩm sẽ làm cho nguyên liệu gỗ mềm ra, tính dẻo của nó cũng biến đổi theo Căn cứ vào tính chất này, người ta nghiên cứu xử lý nhiệt dưới nhiều hình thức khác nhau: đốt nóng hay hấp nóng gỗ trong các thiết bị kín, sau đó gỗ được nén ép trong các khuôn nóng để ổn định về hình dạng và kích thước Quá trình nén làm giảm thể tích gỗ, tăng khối lượng riêng Điều quan trọng khi nén gỗ phải giữ nguyên được cấu trúc, không phá vỡ vách tế bào và làm dập các mao mạch, mà chỉ thu hẹp kích thước nguyên liệu gỗ ban đầu tới giới hạn tuỳ ý Phương pháp này có thể sản xuất ra các sản phẩm có tính chất có thể dự đoán được: khối lượng riêng, độ nén, độ trương nở, độ hút nước của sản phẩm

2.3 Tổng quan về công nghệ biến tính gỗ bằng phương pháp nhiệt

2.3.1 Tình hình nghiên cứu về biến tính nhiệt

Khái niệm biến tính có thể được hiểu là “ có sự tham gia tác động của tác nhân vật lý, sinh học và hóa học vào vật liệu gỗ làm tăng cường thuộc tính có lợi nào đó của gỗ được biến tính Gỗ sau khi biến tính cần phải không gây độc trong sử

dụng, hơn thế nữa nó phải không phát thải chất độc khi sử dụng lâu dài hoặc khi tái

chế” (Callum A S Hill, 2006, John Wiley & Sons, Ltd ISBS 0-470-02172-I)

Biến tính nhiệt gỗ củng như biến tính gỗ nói chung được nghiên cứu từ rất sớm bởi nhiều nhà khoa học trên thế giới và thu lại nhiều kết quả

Năm 1937, Stamm và Hansen đã nghiên cứu về độ co rút và giãn nở trên gỗ

đã qua xử lý nhiệt Các dữ liệu cho thấy tính thấm hút ẩm của gỗ khô giảm một cách đáng kể Đối với gỗ được xử lý nhiệt trong môi trường không khí thì độ cứng giảm nhiều hơn khi được xử lý trong môi trường chất khí Đến năm 1946, Stammetal lần đầu tiên có báo cáo thử nghiệm một cách hệ thống về khả năng làm tăng tính kháng nấm mốc cho gỗ khi xử lý trong bồn kim loại nóng Báo cáo cũng xác định về khả năng cải thiện được độ bền và độ ổn định kích thước Năm 1972, Burnmeter đã chứng minh về khả năng cải thiện các tính chất của gỗ nếu xử lý nhiệt trong điều kiện có áp suất Quá trình này sau đó được Giebeler phát triển vào năm 1983 Ông

đã nghiên cứu về độ ổn định kích thước khi xử lý nhiệt gỗ tươi trên các chủng loại

gỗ khác nhau trong điều kiện có áp suất Viitaniemi, 1997 công nghệ xử lý nhiệt ở

áp suất thường với nhiệt độ từ 180 đến 250 độ C và dùng hơi nước làm dumg môi sức bền uốn chỉ giảm 14% so với gỗ không xử lý

Các nghiên cứu về biến tính ở nước ta muộn hơn so với trên thế giới nhưng củng thu lại một số kết quả nhất định Năm 1969, bộ môn gỗ - ván nhân tạo thuộc Viện Nghiên cứu Lâm nghiệp và tiếp đó Viện Công nghiệp rừng đã tiến hành thí nghiệm biến tính loại gỗ Vạng Trứng (Endoepermum sinensis Benth), gỗ Mỡ (Manglietica album Reaush), gỗ Trám Trắng (Canarium album Raeush) bằng phương pháp nhiệt – cơ và hóa – cơ kết hợp Kết quả cho thấy khối lượng thể tích tăng lên khoảng 1,2 lần và cường độ uốn tĩnh tăng lên khoảng 1,3 lần so với lúc chưa biến tính 2004 Vũ Huy Đại – Nguyễn Minh Hùng Ảnh hưởng của xử lý lò vi

sóng đến tính chất cơ lý chủ yếu của gỗ Trám Trắng Kết luận thông qua các chỉ tiêu về tính chất vật lý và cơ học của gỗ được xác định sau khi gỗ được xử lý bằng

lò vi sóng cho thấy tính ổn định về kích thước của gỗ được cải thiện, nhưng cường

độ cơ học của gỗ bị giảm 2006 Hoàng Thanh Hương, nghiên cứu biến tính gỗ Cao

su, Hông, Điều bằng phương pháp hóa, nhiệt, cơ Sử dụng trong xây dựng và sản xuất đồ mộc Kết quả nghiên cứu cho thấy với nhiệt độ trong khoảng từ 130 ÷

1600C có thể làm mềm hóa và biến tính được gỗ

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gỗ biến tính bằng phương pháp nhiệt

 Ảnh hưởng của nguyên liệu gỗ

Mỗi loại gỗ có những đặc điểm, cấu tạo, tính chất khác nhau, gỗ cứng hay gỗ mềm đều ảnh hưởng đến công nghệ và chất lượng gỗ biến tính Ngoài ra, độ ẩm gỗ cũng là điều kiện tiên quyết cho chất lượng gỗ sau này

Các thành phần cellulose, hemicellulose, lignhin trong gỗ dưới tác động của nhiệt độ cao (>130 oC) sẽ bị chảy loãng hoặc mềm ra làm cho kết cấu gỗ yếu đi, thể tích giảm xuống dẫn đến biến dạng Ngoài ra chiều thớ, mắt gỗ, độ rộng vòng năm,

tỉ lệ gỗ sớm, gỗ muộn, chiều dài tế bào cũng ảnh hưởng đến công nghệ biến tính

gỗ

 Ảnh hưởng của quá trình xử lý

Các yếu tố cơ bản của quá trình biến tính như nhiệt độ, thời gian xử lý, độ

ẩm ban đầu của gỗ ảnh hưởng rất lớn đến mức độ biến đổi cấu trúc bên trong các tế bào và tính chất gỗ sau khi biến tính

Bên cạnh đó các nhân tố bên ngoài cũng tác động không ít đến quá trình xử

lý này, bao gồm môi trường xảy ra sự biến tính, sự tham gia của oxy, độ ẩm và các chất hóa học vô cơ Hầu hết các hình thức biến tính nhiệt đều được tiến hành trong điều kiện không có mặt oxy, vì sự hiện diện của oxy giống như một chất xúc tác cho những thay đổi thành phần của gỗ trong suốt quá trình xử lý, dẫn đến những biến đổi không mong muốn trong tính chất cơ học và vật lý như ASE – hệ số chống co rút / giãn nở cao hơn, giảm khối lượng… đồng thời đây còn là điều kiện thuận lợi cho côn trùng, nấm mốc tấn công Quá trình biến đổi do nhiệt diễn ra trên gỗ ướt nhanh hơn gấp 10 lần trên gỗ khô (Skaar) Do sự tồn tại của nước trong gỗ suốt quá trình gia nhiệt giúp đẩy nhanh quá trình truyền nhiệt bên trong gỗ, làm quá trình phân hủy các thành phần chính trong vách tế bào gỗ diễn ra nhanh hơn Các chất vô

cơ cũng ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân trong gỗ Ngoài ra, tương ứng với từng môi trường biến tính khác nhau như hơi, khí, chân không, Ni tơ… sẽ ảnh hưởng đến quá trình biến tính nhiệt trên gỗ

2.3.3 Sơ lược về thiết bị biến tính nhiệt

 Thiết bị biến tính: Thiết bị dùng trong biến tính là tủ biến tính OF – 22

được xản xuất tại Hàn Quốc có giới hạn nhiệt độ tối đa là 3000C, khi nhiệt độ từ

2000C đến 3000

C thì độ chính xác của thiết bị là ± 2 0C kích thước khoang chứa vật liệu thí nghiệm của tủ sấy: Dài x Rộng x Cao = 460 x 550 x 590 (mm)

 Nguyên lý hoạt động và cách vận hành: khi cho dòng điện vào thì ta tiến

hành điều chỉnh nhiệt độ bằng các nút hiển thị trên bản điều khiển, khi tới nhiệt cần thiết để biến tính lúc đó nhấn khởi đông thiết bị, cánh quạt bắt đầu quay cùng với đó

là nhiệt độ tăng theo đến nhiệt độ cần biến tính ta tính thời gian và sau mổi lần đưa

gỗ ra khỏi thiết bị sẻ tự tắt, để tiến hành tiếp tục ta phải khởi động lại thiết bị

a Thiết bị biến tính b Bản điều khiển thiết bị

Hình 2.1: Thiết bị biến tính

Chương 3

3.1 Nội dung nghiên cứu:

Nhằm đạt được các mục tiêu đã đề cập ở trên trong quá trình nghiên cứu tôi tiến hành thực hiện các nội dung sau:

‒ Xác định một số chỉ tiêu vật lý của gỗ Sồi trước và sau biến tính

+ Xác định khả năng hút nước của gỗ không biến tính và sau biến tính

+ Xác định tỷ lệ dãn nở theo các chiều của gỗ không biến tính và sau biến tính

‒ Xác định một số chỉ tiêu cơ học của gỗ Sồi trước và sau biến tính

+ Xác định độ bền nén của gỗ không biến tính và sau biến tính

+ Xác định độ cứng của gỗ sau không biến tính và biến tính

+ Xác định độ bền uốn tĩnh của gỗ không biến tính và sau biến tính

3.2 Vật liệu và Phương pháp nghiên cứu:

3.2.1 Vật liệu nghiên cứu:

 Mô tả cây: Cây gỗ thường xanh, cao 5-20m, đường kính 20-50cm Cành

non phủ lông mịn Lá đơn nguyên, mọc cành, hình lưỡi mác dạng bầu dục dài hay hình lưỡi mác, đầu lá thuôn nhọn có đuôi ngắn, gốc hình nêm dài 7,5-14cm, rộng 3-6cm, mặt trên lúc đầu phủ lông sau đó nhẵn, mặt dưới phủ dày lông mềm màu trắng xám Gân bên 9-12 đôi Cụm hoa bông đuôi ở đầu cành, mang hoa cái ở rải rác Hoa đực mọc chụm 3 chiếc, cánh hoa 6, nhị hoa 20 Hoa cái ba hoa mọc chụm, gốc dính nhau, bầu có 3 vòi nhụy, hình dải hẹp Cụm quả dài 7-20cm, dày dặc Đầu không cuống, bọc lấy 2/3-3/4 chiều dài quả, hình cầu dẹt hay hình con quay, cao 0,5-1cm, đường kính 1,3-1,5cm, nhiều lá bắc hình tam giác mọc dính

với đầu Quả hình cầu dẹt, đầu lồi hay lõm, phủ lông nhỏ màu vàng, sẹo rất lồi

Quả tháng 9-10

 Phân bố và sinh thái: Cây phân bố ở Việt Nam, Lào, Thái Lan, Ấn Độ,

Trung Quốc ,…Ở Việt Nam, cây mọc trong rừng thưa tỉnh Lâm Đồng, Ninh Thuận, Bình Thuận, địa hình chân, sườn núi, nơi cao nguyên tương đối bằng phẳng cây có khả năng chịu hạn, đất đai khô cằn, nghèo dinh dưỡng chua Tái sinh bằng hạt và chồi, cây mọc chậm

 Mô tả gỗ:

Cấu tạo thô đại: Gỗ có màu vàng pha sắc hồng Vòng sinh trưởng rõ

thường rộng 2-5 mm Mặt gỗ trung bình Mạch đơn độc thường hình tròn, tập hợp thành những cụm và dây theo hướng xuyên tâm hoặc lệch Dưới kính lúp mô mềm rất rõ tụ hợp thành những dải hẹp, ngắn lượn sóng Tia gỗ có 2 loại kích thước phân biệt, loại tia lớn rộng hơn đường kính mạch, loại tia nhỏ hẹp khó thấy Chiều

hướng thớ gỗ thẳng Gỗ cứng trung bình và nặng trung bình

Hình 3.1: Cấu tạo thô đại

Cấu tạo hiển vi: Qua quan sát cấu tạo hiển vi trên các tiêu bản của ba mặt

cắt ngang, tiếp tuyến và xuyên tâm ta có thể quan sát được các đặc điểm cấu tạo đặc

trưng sau:

- Mạch gỗ: Mạch đơn thường hình tròn, tập hợp thành cụm và dây theo hướng

xuyên tâm hoặc lệch Trong mạch thường có thể nút Mật độ lỗ mạch thường 16-18 lỗ/mm2 Đường kính lỗ mạch có hai loại kích thước phân biệt, loại nhỏ 30-40 μm,

loại lớn 150-170 μm Tấm xuyên mạch đơn, vách ngăn nằm ngang, lỗ thông ngang trên vách tế bào mạch xếp so le

- Mô mềm: Phân tán và tụ hợp phát triển thành những dải hẹp ngắn và lượn

sóng, vây quanh mạch không đều

- Tia gỗ: Có hai loại kích thước rộng hẹp phân biệt, khoảng cách giữa tia lớn

là 220-250 μm rộng hơn đường kính lỗ mạch, gồm nhiều dãy tế bào và là tia dị hình, loại tia nhỏ hẹp chỉ một dãy tế bào và là tia đồng hình Mật độ tia 16 tia/mm

- Sợi gỗ: Có dạng quản bào, đường kính sợi 35-45 μm, chiều dài sợi 600-650

μm, bề dày vách 12-15 μm

b Mặt cắt ngang b Mặt cắt tiếp tuyến b Mặt cắt xuyên tâm

Hình 3.2 : Cấu tạo hiển vi

- Tính chất vật lý và cơ học: Gỗ có màu pha sắc hồng, vân thớ và màu sắc

đẹp, khối lượng thể tích trung bình Dcb=0,52g/cm3, tỷ lệ co rút và xuyên tâm thấp khả năng hút ẩm kém, hút nước cao, cường độ chịu lực cao

- Giá trị sử dụng: Gỗ có màu pha sắc hồng, vân thớ và màu sắc đẹp, khối

lượng thể tích trung bình Dcb=0,52g/cm3, tỷ lệ co rút và xuyên tâm thấp khả năng hút ẩm kém, hút nước cao, cường độ chịu lực cao dễ gia công và chế biến Gỗ Sồi

võ trắng rất thích hợp sản xuất ván ghép thanh và hàng mộc xuất khẩu

3.2.2 phương pháp nghiên cứu

Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp thực nghiệm dựa trên cơ sở hệ thống tiêu chuẩn trong nước và thế giới

- Chọn cây, cắt khúc gia công mẫu theo các tiêu chuẩn TCVN từ 340 – 1970 đến 367 – 1970 và tiêu chuẩn ASTM D143

- Xác định tính chất vật lý và cơ học của gỗ theo các TCVN từ 340 – 1970 đến

367 – 1970 và tiêu chuẩn ASTM D143

- Sử dụng phần mềm Excel và phương pháp thống kê để đánh giá các kết quả thu được

Rộng x Cao = 460 x 550 x 590 (mm)

- Thiết bị thử cơ học Instron được sản xuất tại Mỹ kiểm tra tải trong tối đa 30KN theo các tiêu chuẩn: ASTM E4, BS 1610, DIN 5121, ISO 7500/1 và các tiêu chuẩn quốc tế khác Kích thước thiết bị cao 1582mm, rộng 756mm, sâu 707mm, máy có khối lượng 121kg, thiết bị còn có các bộ giá thử cơ học đi cùng

- Cân kỹ thuật TE – 612 xản xuất tại Đức đáp ứng tiêu chuẩn ISO 9001, có khả năng cân tối đa 600g với độ chính xác đến ± 0,01g

- Thước kẹp độ điện tử S hinwa sản xuất tại Nhật Bản với độ chính xác đến 0,01mm

- Mấy đo độ ẩm MMI 1100 sản xuất tại Mỹ than độ 5% ÷ 30% với sai số ±01

độ sâu đo 2 ÷ 3.8cm

a Thiết bị thử cơ học b Cân kỹ thuật c Thước kẹp d Mấy đo độ ẩm

Hình 3.3: Thiết bị vá dụng cụ dùng trong thí nghiệm

3.4 Phương pháp xác định tính chất vật lý

Tính chất vật lý của gỗ bao gồm: độ hút ẩm, độ hút nước, độ co rút và dãn nở theo các chiều, độ co rút và dãn nở theo thể tích, … Đây là những tính chất có thể xác định được trong điều kiện không làm thay đổi các thành phần hóa học của gỗ

hoặc không phá hoại tính hoàn chỉnh của mẫu gỗ Trong đề tài này tôi đi vào tìm

hiểu về: Độ hút nước, độ dãn nở theo các chiều của gỗ Sồi trước và sau biến tính

3.4.1 Xác định độ hút nước

Độ hút nước là khả năng hút lấy nước

vào gỗ khi ngâm gỗ trong nước Gỗ hút nước

nhanh hay chậm, ít hay nhiều phụ thuộc vào

nhiều nhân tố Trong đó, nhân tố ảnh hưởng

nhiều nhất là khối lượng thể tích Khối lượng

thể tích càng lớn thì khả năng hút nước càng

ít Ngoài ra, khả năng hút nước của gỗ còn

phụ thuộc vào cấu tạo, thành phần hóa học

của nó Gỗ có nhiều nhựa mủ, làm cho khả năng hút nước giảm đi Gỗ lõi hút nước

ít hơn gỗ giác

Thí nghiệm về khả năng hút nước của gỗ được thực hiện theo TCVN360 –

1970 Mẫu gỗ có kích thước là 30x30x10 mm, (10mm theo chiều dọc thớ) Mẫu sau khi khô kiệt được lấy ra cân khối lượng với độ chính xác 0,01g ta được mo Cân xong cho vào bình đựng nước Sau từng thời gian nhất định: 2 giờ, ngày thứ nhất, 2,

4, 7, 12, 20 và 30 ngày cân lại các mẫu đang ngâm nước ta cân được ma Về sau cứ

10 ngày cân lại các mẫu gỗ cho đến khi khối lượng không đổi thì kết thúc thí nghiệm Thời gian theo dõi tối thiểu là 30 ngày đêm Sau mổi làn cân ta tính lượng hút nước được tính theo công thức:

Wn (%) = (ma - m0)x100/m0 (3.1) Trong đó:

Wn: Độ hút nước (%)

m0: Khối lượng gỗ khô kiệt (g)

ma: Khối lượng gỗ hút nước sau mỗi lần cân (g)

3.4.2 Xác định tỷ lệ dãn nở theo các chiều

Thí nghiệm để xác định tỷ lệ dãn nở các chiều được thực hiện theo TCVN

340 – 1970 Mẫu gỗ khô kiệt có kích thước 30×30×10 mm (10 mm theo chiều dọc

Hình 3.4: Mẫu xác định độ hút

nước

thớ) Đo kích thước ba chiều với độ chính xác 0,02 mm, ta được giá trị l1, a1, b1 Sau

đó gỗ được đem đi hút nước đến bão hòa (kích thước giữa hai lần đo liên tiếp không thay đổi) và đo lại kích thước ba chiều, ta được giá trị l2, a2, b2

Tỷ lệ dãn nở các chiều được tính theo công thức:

- Chiều dọc thớ: Yl (%) = (l2 – l1) × 100 / l1 (3.2)

- Chiều xuyên tâm: Yx (%) = (a2 – a1) × 100 / a1 (3.3)

- Chiều tiếp tuyến: Yt (%) = (b2 – b1) × 100 / b1 (3.4)

Trong đó: l, a, b : Kích thước chiều dọc thớ, xuyên tâm, tiếp tuyến

Y1, Yx, Yt: Tỷ lệ dãn nở tối đa theo ba chiều

3.5 Phương pháp xác định tính chất cơ học

Trong việc đánh giá chất lượng vật liệu thì cường độ cơ học là một trong những tiêu chuẩn quan trọng nhất Vì thế, nghiên cứu tính chất cơ học của gỗ không những cung cấp cho người sử dụng những thông số cấn thiết làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế hợp lý, giải quyết mâu thuẫn giữa việc bảo đảm an toàn và tiết kiệm nguyên vật liệu, làm tiền đề tìm ra các phương pháp gia công mới và nâng cao hiệu quả trong sản xuất

Vấn đề quan trọng trong việc xác định tính chất cơ học của gỗ là kích thước mẫu thí nghiệm Dùng mẫu lớn sẽ phù hợp với thực tế sử dụng nhưng lãng phí gỗ, đòi hỏi thiết bị thí nghiệm phải có công suất lớn, đồng thời ít nhiều không thể tránh khỏi khuyết tật làm ảnh hưởng đến độ chính xác của thí nghiệm Do đó hầu hết các nước trên Thế giới đã thống nhất dùng mẫu thí nghiệm nhỏ, không khuyết tật, theo những tiêu chuẩn đã được thống nhất Ngoại trừ các trường hợp đặt biệt thì mới sử dụng các mẫu có kích thước lớn làm mẫu thí nghiệm

Cường độ cơ học của gỗ quan hệ chặt chẽ với độ ẩm dưới điểm bão hòa thớ

gỗ Vì vậy đối với các chỉ tiêu cơ học, mẫu khảo sát là mẫu khô trong không khí

3.5.1 Xác định độ cứng

Hình 3.5: Mẫu thử độ cứng Mẫu lấy theo tiêu chuẩn ASTM D143 với kích thước 50x50x150 (mm) (50 là

kích thước theo phương dọc thớ)

Khi thử, đặt mẫu lên máy sao cho đầu nén nằm ở giữa mặt cầu thử của mẫu

Khi thử, lần lượt ấn đầu nén vào mặt ngang thớ và mặt dọc thớ của mẫu xuống một

khoảng sâu (có hình bán cầu) là 5,64mm với tốc độ đều trong thời gian là 2 ± 0,5

phút Khi đạt được độ sâu ấn đã quy định lấy tải trọng chính xác đến 50N trên cột

đo lực của máy

Tính độ cứng Độ cứng HW (ở độ ẩm lúc thử W), phải tính chuyển về độ ẩm

12% chính xác đến 0,5MPa, theo công thức:

H12 = HW [1 + α (W – 12)] (Pa) (3.5) Trong đó:

Ứng suất nén dọc thớ rất ít biến động và dễ xác định, do đó thường được dùng để nghiên cứu quan hệ giữa các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ gỗ Đây là chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá khả năng chịu lực của gỗ

Mẫu thử theo tiêu chuẩn TCVN 363 – 1970, kích thước là 20 x 20 x30 (mm) (30 là kích thước theo phương dọc thớ)

Quá trình thử mẫu được tiến hành như sau: Đo kích thước mặt cắt ngang (hai chiều: tiếp tuyến và xuyên tâm) ở chính giữa chiều cao mẫu để xác định diện tích mặt cắt ngang Khi đó lực nén của máy phải hướng theo phương dọc thớ gỗ, vuông góc với mặt phẳng chịu lực nếu không sự biến dạng sẽ không đồng đều dẫn đến lực nén không chính xác so với thực tế Trong quá trình thử, tốc độ tăng tải được tăng dần đều cho đến khi mẫu bị phá hủy Đọc tải trọng Pmax trên đồng hồ đo lực chính xác đến 50N

Tính giới hạn bền nén dọc thớ của gỗ theo công thức sau:

σed = Pmax/ab ( kG/cm2) (3.6) Trong đó:

- Pmax: Tải trọng cực đại (kG)

- a, b: Kích thước mặt cắt ngang (cm)

3.5.3 Ứng suất uốn tĩnh

Hình 3.7: Mẫu thử uống tĩnh

- Để xác định độ uốn tĩnh của gỗ chúng tôi tiến hành gia Mẫu gỗ được lấy theo

tiêu chuẩn ASTM D143 với kích thước 25 x 25 x 410 (mm)

- Nguyên tắc thử ứng suất uốn tĩnh: Lực P được đặt vào giữa mẫu thử, tăng dần lực P đến khi mẫu bị phá hủy thì dừng lại Mẫu được đặt trên hai gối đỡ cố định

mặt tròn có bán kính cong của gối 15mm., khoảng cách đặt hai gối 240 mm Tốc độ tăng lực 7.000 ±1500(N/phút)

Hình thức phá hủy của mẫu: Sợi gỗ bị phá hủy tại mặt đối diện với mặt tác dụng lực Một vài trường hợp chéo thớ, xoắn thớ thì sợi gỗ bị đứt tương tự như trên

Ứng suất uốn tĩnh được tính theo công thức:

σ ut= (Pmaxxl)/( bxh2) ( kG/cm2) (3.7)

Trong đó: P : Lực phá hoại mẫu (kG)

l : Cự ly của hai gối (cm) với l = 240 (mm)

b, h : Bề rộng và chiều cao mẫu thử (cm)

Chương 4

4.1 Kết quả xác định tính chất vật lý của gỗ Sồi trước và sau biến tính

4.1.1 Màu sắc và độ ẩm của gỗ không biến tính và sau biến tính

Quan sát kết quả nghiên cứu ta nhận thấy mẫu sau khi biến tính với nhiệt độ càng cao và thời gian biến tính càng lâu thì màu sắc có thay đổi và sự thay đổi này theo các cấp nhiệt độ và thời gian cũng có sự khác nhau nhưng nhìn chung thì gỗ sau khi biến tính có màu tối hơn gỗ không biến tính đặt biệt là khi nhiệt độ biến tính càng cao và thời gian biến tính càng dài Sự thay đổi màu sắc không rõ ràng ở các mốc thời gian trong một mẻ biến tính nhưng theo các cấp nhiệt độ khác nhau thì

màu sắc của gỗ sẻ có sự thay đổi đáng kể màu sắc của gỗ tối dần khi nhiệt độ biến tính tăng.

a Theo nhiệt độ b Theo thời gian c Biến tính 200

0

C lúc 8 giờ và không biến tính

Hình 4.1 Sự thay đỗi mầu sắc Gỗ Sồi

Gỗ tươi có độ ẩm 75% sau khi đưa về được thực hiện thí nghiệm tại Trung Tâm Nghiên Cứu Chế Biến Lâm Sản,Giấy và Bột Giấy Đại Học TP Hồ Chí Minh thực hiện biến tính nhiệt Chúng tôi lấy một lượng gỗ trong đó đưa vào các lò sấy tại trung tâm đạt độ ẩm 12% làm mẫu đối chứng Độ ẩm của gỗ sau khi biến tính có

sự thay đổi thể hiên qua bảng 4.1

Bảng 4.1: Độ ẩm của gỗ Sồi biến tính ở các cấp nhiệt độ theo thời gian

Sức hút nước của gỗ tăng nhanh vào những ngày đầu sau khi cho các mẫu khô kiệt vào bình hút nước, càng về sau ngày thứ 10 trở đi sức hút nước tăng chậm dần Điều này chứng tỏ gỗ càng khô hút nước càng nhanh

Mẫu sau khi gia công theo TCVN360 – 1970 Mẫu gỗ có kích thước là 30x30x10 mm (10mm theo chiều dọc thớ) Bằng kết quả cân đo gỗ thí nghiệm sau

30 ngày hút nước, áp dụng công thức (3.1) tính độ hút nước với số lượng 30 mẫu chúng tôi thu được kết quả trình bày ở phụ lục 1 đến phụ lục 21 và được lập vào bảng 4.2

Bảng 4.2: Độ hút nước của gỗ Sồi biến tính ở các cấp nhiệt độ theo thời gian

Ta thấy thời gian ngâm nước các mẫu càng nhiều thì lượng hút nước càng tăng Khi mới bắt đầu ngâm nước trong 12 ngày đầu thì lượng nước hút vào rất mạnh, sau đó lượng nước hút vào vẫn tăng nhưng chậm dần và tới một lúc nào đó lượng nước không thể tăng thêm được nửa Điều này chứng tỏ gỗ càng khô hút nước càng nhanh Thông thường, gỗ có khối lượng thể tích càng lớn kết cấu càng chặt chẽ, mức độ thông thoáng tế bào càng ít, chất chứa xuất hiện càng nhiều thì sức hút nước càng chậm và ít đi Khả năng hút nước gần như tỷ lệ nghịch với khối lượng thể tích

Theo kết quả trên ta nhận thấy khả năng hút nước của gỗ đã biến tính thấp hơn so với gỗ không biến tính(98.8%) Khả năng hút nước tốt nhất là của gỗ biến tính lúc 12 giờ ở nhiệt độ 2000C với độ hút ẩm tính tới ngày thứ 30 98.139%, thấp nhất gỗ biến tính ở 2200C lấy ra lúc 6 giờ với 68.237% Khả năng hút nước nhiều hay ít có ý nghĩa rất lớn trong khâu ngâm tẩm hóa chất, tráng keo, phun keo, chọn

gỗ để làm thùng đựng chất lỏng hay đóng tàu thuyền

4.1.3 Kết quả xác đinh tỷ lệ dãn nở theo các chiều

Co rút và dãn nở là những đặc tính vật lý nội tại của gỗ Co rút là sự sụt giảm kích thước của gỗ khi giảm độ ẩm, dãn nở là sự tăng kích thước khi gỗ hấp thu ẩm

từ không khí hay từ một nguồn chứa ẩm khác Đây là một trong những nguyên nhân gây nên biến hình, cong vênh, nứt nẻ làm ảnh hưởng đến phẩm chất của gỗ Gỗ có tính chất co dãn khi thay đổi độ ẩm là một nhược điểm rất lớn đối với việc sử dụng

gỗ Đặc biệt trong sấy gỗ sự khác biệt về co rút giữa chiều xuyên tâm và chiều tiếp tuyến có ý nghĩa hết sức quan trọng đến việc điều tiết quá trình sấy và ảnh hưởng đến chất lượng sấy Sự chênh lệch này sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tính chất và độ lớn của ứng suất bên trong gỗ trong khi sấy Trong đề tài này tôi tập trung khảo xác về

tỷ lệ đãn nở theo các chiều của gỗ không biến tính và biến tính ở các cấp nhiệt độ và thời gian khác nhau

Mẫu xác định tỷ lệ co dãn theo các chiều sau khi gia công theo tiêu chuẩn TCVN 340 – 1970, có kích thước 20x20x30 mm (30 mm theo chiều dọc thớ) Kết

quả thu thập sau 30 ngày ngâm gỗ được tính toán theo công thức 3.2, 3.3, 3.4 sau đó trình bày phụ lục 22 đến phụ lục 43, tóm tắt tại bảng 4.3

Bảng 4.3: Độ dãn nở của gỗ Sồi biến tính ở các cấp nhiệt độ theo thời gian

So với gỗ chưa biến tính (16.28%) thì độ co dãn cũa gỗ biến tính thấp hơn

Tỷ lệ dãn nở theo các chiều nhiều nhất là của mẻ 1600C lấy ra lúc 8 giờ với tỷ lệ dãn nở là 16.07%, thấp nhất là 11.59% của mẻ 180o

C đưa ra ra lúc 20 giờ

Gỗ có kết cấu chặt chẽ, tia gỗ bé và có nhiều dầu nhựa cho nên độ co rút thể tích nhỏ hơn so với các loại gỗ khác, nó có ý nghĩa quan trọng trong việc lựa chọn

để sử dụng gỗ, như co rút ít thì có thể làm ván sàn vì sau này sàn gỗ sẽ ổn định hơn

4.2 Kết quả khảo sát tính chất cơ học

Tính chất cơ học của gỗ là khả năng chống lại tác dụng ngoại lực vào gỗ, còn gọi là cường độ của gỗ

Khi gỗ bị tác dụng của ngoại lực, các phần tử bên trong sản sinh ra nội lực chống lại để giữ nguyên hình dáng và kích thứơc ban đầu, nội lực đó gọi là ứng lực,

nó ngược chiều với ngoại lực và bằng ngoại lực về trị số tuyệt đối Tính chất cơ học của gỗ phức tạp hơn các loại vật liệu khác vì nó biến đổi theo từng loài cây, hoàn cảnh sinh sống, bộ phận khác nhau trong cùng một cây, cũng như theo chiều dọc thớ, xuyên tâm và tiếp tuyến dẫn đến lực cắt thay đổi theo phương chiều của gỗ

4.2.1 K ết quả xác định ứng suất nén dọc thớ

Lực nén của gỗ là một chỉ tiêu cơ học rất quan trọng và thường gặp trong thực tế Lực nén chia làm hai loại: nén dọc thớ và nén ngang thớ Ở đây tôi chỉ đi vào khảo sát nén dọc thớ

Ứng suất nén dọc thớ rất ít biến động và dễ xác định nên nó là chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá khả năng chịu lực của gỗ Khi gỗ chịu nén dọc thớ, trong gỗ sản sinh ra một nội lực chống lại theo chiều dọc thớ Do đại bộ phận các mixen xenlulo xếp song song với trục dọc thân cây, khi gỗ chịu nén dọc thớ, lực tác động lên đầu

các mixen Các mixen này sản sinh ra nội lực chống lại Đồng thời khả năng chịu lực theo chiều dọc của các mixen là rất lớn nên ứng lực ép dọc của gỗ rất cao Tuy nhiên nếu tia gỗ càng lớn, ứng suất nén dọc càng nhỏ Một số loại gỗ có hiện tượng nghiêng thớ làm cho chiều thớ gỗ không song song với phương tác động của lực, làm giảm sức nén dọc Sức hút tương hỗ giữa các phần tử cấu tạo nên gỗ làm cho nó trở thành một khối vững chắc tạo ra ứng lực cho gỗ

Mẫu thử theo tiêu chuẩn TCVN 363 – 1970, kích thước là 20 x 20 x30 (mm), kết quả khảo sát, được tính toán bằng công thức (3.5) và phần mềm Excel đều được trình bày phụ lục 45 đến phụ lục 65, tóm tắt ở bảng 4.4 và thể hiện qua các hình 4.2, 4.3, 4.4, 4.5

Bảng:4.4 Độ nén dọc của gỗ Sồi không biến tính và biến tính ở các cấp nhiệt độ

Hình 4.2 Biểu đồ độ nén dọc gỗ không biến tính và biến tính ở 1600

Hình 4.5 Biểu đồ độ nén dọc gỗ không biến tính và biến tính ở 2200

C

Từ kết quả trình bày ở bảng 4.4 và thể hiện qua các hình ta nhận thấy:

Ở cấp nhiệt độ 1600

C và 1800C ứng suất nén dọc của gỗ biến tính thấp hơn

so với gỗ không biến tính là 548 (kG/cm2

), biên độ dao động của ứng suất nén dọc thớ của gỗ biến tính theo các cấp nhiệt độ là không nhiều

Với cấp nhiệt độ 2000C ứng suất nén dọc của gỗ biến tính nhìn chung cao hơn so với gỗ không biến tính riêng với các mẫu sau 16 giờ và 20 giờ đa số vượt quá tải trọng nén của máy thử cơ học (3000 kG/cm2

), chứng tỏ gỗ biến tính lúc này rất cứng Trong khi đó gỗ được biến tính ở cấp nhiệt độ 2200C có ứng suất nén rất thấp so với gỗ không biến tính và ứng suất nén của gỗ biến tính tăng theo cấp thời gian thực hiện biến tính

4.2.2 Kết quả xác định độ cứng

Độ cứng biểu thị cho khả năng chống lại tác dụng của ngoại lực khi ép 1 vật không biến dạng vào gỗ làm cho gỗ lõm xuống Tính chất này có quan hệ đến độ chặt chẽ của gỗ Trong nhiều công dụng thực tế độ cứng được xem là tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá phẩm chất gỗ

Mẫu sau khi biến tính được xác định độ cứng theo tiêu chuẩn ASTM D143 của Mỹ Kết quả xác định độ cứng của các mẫu được tính toán theo công thức (3.6)

và sử dụng phần mền Excel trình bày phụ lục 66 đến phụ lục 85, tóm tắt trong các bảng 4.5 và các hình 4.2, 4.3, 4.4, 4.5

Bảng:4.5 Độ cứng của gỗ Sồi biến tính ở các cấp nhiệt độ