NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THỬ VÁN DĂM TỪ BÃ MÍA KẾT HỢP VỚI CÀNH NGỌN, BÌA BẮP, MÙN CƯA GỖ KEO LAI

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Md/m Trọng lượng đường trong mía Mx/m Trọng lượng xơ trong mía Mx/bm Trọng lượng xơ trong bã mía Md/bm Trọng lượng đường trong bã mía Mdbm Trọng lượng dăm bã m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THỬ VÁN DĂM

TỪ BÃ MÍA KẾT HỢP VỚI CÀNH NGỌN, BÌA BẮP, MÙN CƯA GỖ KEO LAI

Họ và tên sinh vỉên: TRẦN VĂN TOÀN Ngành: CHẾ BIẾN LÂM SẢN

Niên khóa: 2005-2009

Tháng 07 / 2009

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THỬ VÁN DĂM

TỪ BÃ MÍA KẾT HỢP VỚI CÀNH NGỌN, BÌA BẮP, MÙN CƯA GỖ KEO LAI

TÁC GIẢ

TRẦN VĂN TOÀN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng kỹ sư ngành Chế Biến Lâm Sản

Giáo viên hướng dẫn:

ThS NGUYỄN THỊ ÁNH NGUYỆT

Tháng 07 / 2009

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới:

ª Cha mẹ tôi đã sinh ra, dậy bảo và nuôi nấng tôi

ª Toàn thể thầy cô giáo trong trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh

đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong thời gian ngồi trên ghế nhà trường

ª Thầy cô khoa Lâm Nghiệp, đặc biệt là các thầy cô bộ môn Chế Biến Lâm Sản

ª Cô Thạc Sĩ Nguyễn Thị Ánh Nguyệt giảng viên khoa Lâm Nghiệp của trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, người trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

ª Cô Kỹ Sư Nguyễn Thị Tường Vi giáo viên phụ trách phòng thí nghiệm của bộ môn Chế Biến Lâm Sản đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực tập

ª Toàn thể cán bộ, công nhân viên chức Công ty ván dăm La Ngà đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi tham quan dây truyền sản xuất ván dăm từ bã mía và hỗ trợ dăm bã mía

ª Các bạn lớp Chế Biến Lâm Sản khóa 31 đã giúp đỡ tôi trong thời gian qua

Thành phố Hồ Chí Minh tháng 7 năm 2009 Trần Văn Toàn

TÓM TẮT

Đề tài: Nghiên cứu sản xuất thử ván dăm từ bã mía kết hợp với cành ngọn, bìa bắp, mùn cưa gỗ keo lai

Thời gian thực hiện: 17/02/2009 – 17/06/2009

Địa điểm phòng thí nghiệm bộ môn Chế Biến Lâm Sản, khoa Lâm Nghiệp trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh

Diện tích rừng tự nhiên ngày càng bị thu hẹp, gỗ đã không còn đủ để đáp ứng các nhu cầu của con người Bên cạnh đó, nguồn nguyên liệu Nông Nghiệp vô cùng phong phú và đa dạng, diện tích rừng trồng ngày càng tăng chủ yếu là keo lai Mục đích nghiên cứu là tận dụng nguồn phế liệu để sản xuất ván dăm đảm bảo chất lượng Đồng thời đa dạng hóa nguồn nguyên liệu sản xuất ván dăm Chúng tôi đã xác định các tính chất cơ lý của ván dăm để tìm ra các thong số tối ưu trong sản xuất

Nội dung nghiên cứu: Xác định sự ảnh hưởng của các nhân tố như thời gian ép, nhiệt độ ép, tỷ lệ phối trộn và hàm lượng keo đến chất lượng ván

Phương pháp nghiên cứu: Dùng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu xử lý số liệu trên phần mềm Excel và Statgraf 7.0

Kết quả nghiên cứu: Xác định các thông số tối ưu nhằm sản xuất ra ván dăm đạt

chất lượng tốt Đối với ván dăm 3 lớp phối trộn giữa dăm bã mía và dăm keo lai: ứng cới thời gian ép là 9.36 phút; nhiệt độ ép là 169oC; tỷ lệ phối trộn giữa dăm keo lai và dăm bã mía là 73.6% thì ván đạt ứng suất uốn tĩnh là 162KG/cm2 và độ dãn nở dày của ván nghiên cứu là 6.44% Đối với ván dăm 3 lớp (dăm bã mía – dăm gỗ keo lai – dăm

bã mía): ứng với thời gian ép là 7.94phút; nhiệt độ ép là 172.5oC ; hàm lượng keo là 15.46% thì ván đạt ứng suất uốn tĩnh là 150.8KG/cm2 và độ dãn nở dày của ván nghiên cứu là 7.74%

MỤC LỤC

TRANG

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁNH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH SÁCH CÁC HÌNH viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG ix

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.2.1 Đối tượng nghiên cứu 2

1.2.2 Phạm vi nghiên cứu 3

1.3 Mục đích nghiên cứu 3

1.4 Ý nghĩa của đề tài 3

Chương 2: TỔNG QUAN 4

2.1 Khái quát về lịch sử phát triển của công nghiệp ván dăm 4

2.2 Tình hình sản xuất và sử dụng ván dăm trên thế giới 5

2.3 Tình hình sản xuất và sử dung ván dăm ở Việt Nam 6

2.4 Các kết quả nghiên cứu ván dăm trong nước 8

2.5 Chất kết dính 10

2.6 Chất đóng rắn 12

2.7 Chất chống ẩm 12

2.8 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ván 12

2.8.1 Ảnh hưởng của nguyên liệu 12

2.8.2 Khối lượng riêng của ván 12

2.8.3 Hình dạng và kích thước dăm 13

2.8.4 Độ ẩm thảm dăm 13

2.8.5 Ảnh hưởng của chế độ ép 14

Chương 3: NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

3.1 Nội dung nghiên cứu 16

3.2 Phương pháp nghiên cứu 16

3.2.1 Phương pháp cổ điển 16

3.2.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 16

3.3 Xác định các tính chất cơ lý của ván 19

3.3.1 Phương pháp xác định khối lượng thể tích 19

3.3.2 Phương pháp xác định độ ẩm 20

3.3.3 Phương pháp xác định độ trương nở dày khi hút nước 21

3.3.4 Phương pháp xác định độ bền uốn tĩnh 21

Chương IV: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 23

4.1 Thực trạng về nguyên liệu 23

4.1.1- Cây mía .23

4.1.2 Cây keo lai .24

4.2 Xử lý nguyên liệu nông lâm nghiệp trước khi sản xuất dăm 26

4.2.1 Một số yếu tố công nghệ chủ yếu ảnh hưởng đến chất lượng ván dăm 26

4.2.1.1 Ảnh hưởng của nguyên liệu sản xuất dăm đến chất lượng sản phẩm 26

4.2.1.2 Ảnh hưởng của chiều dày sản phẩm đến chất lượng của ván 27

4.2.2- Chuẩn bị nguyên liệu trước khi sản xuất dăm 28

4.2.2.1 Dăm bã mía 28

4.2.2.3 Dăm gỗ keo lai .30

4.3 Xác định các thông số công nghệ tối ưu trong sản xuất ván dăm phối trộn 31

4.3.1 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đối với ván dăm 3 lớp phối trộn 31

4.3.1.1 Giới hạn các thông số nghiên cứu đối với ván dăm 3 lớp phối trộn 31

4.3.1.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất ván dăm 3 lớp phối trộn 33

4.3.1.3 Thuyết minh quy trình 34

4.3.1.3.1 Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu 34 4.3.1.3.2 Trộn keo và chất chống ẩm 35

4.3.1.3.3 Trải thảm dăm và ép sơ bộ 37

4.3.1.3.4 Ép nhiệt 38

4.3.1.3.5 Khâu sử lý ván 39

4.3.2.1 Tính toán nguyên liệu dăm, keo và phụ gia 40

4.3.2.2 Tính toán lực ép trong thí nghiệm 43

4.3.3 Xây dựng phương trình tương quan 44

4.3.3.1 Phương trình tương quan 44

4.3.3.2 Kiểm tra các hệ số hồi quy và tương thích của phương trình 45

4.3.3.3 Chuyển mô hình về dạng thực 46

4.3.3.4 Xác định các thông số tối ưu 46

4.4 Xác định các thông số công nghệ tối ưu trong sản xuất ván dăm 3 lớp 49

4.4.1 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đối với ván dăm 3 lớp 49

4.4.1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất ván dăm 3 lớp 49

4.4.1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 50

4.4.2 Thiết lập công thức sản xuất ván dăm thí nghiệm 50

4.4.2.1 Tính toán nguyên liệu dăm, keo và phụ gia 50

4.4.2.2 Tính toán lực ép trong thí nghiệm 52

4.4.3 Xây dựng phương trình tương quan 52

4.4.3.1 Phương trình tương quan 52

4.4.3.2 Chuyển mô hình về dạng thực 54

4.4.3.3 Kiểm tra các hệ số hồi quy và tương thích của phương trình 55

4.4.3.4 Xác định các thông số tối ưu 55

4.5 So sánh với một số loại ván dăm khác trên thị trường 57

Chương 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 58

5.1 Kết luận 58

5.2 Kiến nghị 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 62

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Md/m Trọng lượng đường trong mía

Mx/m Trọng lượng xơ trong mía

Mx/bm Trọng lượng xơ trong bã mía

Md/bm Trọng lượng đường trong bã mía

Mdbm Trọng lượng dăm bã mía

∆γ Chênh lệch khối lượng thể tích

γtb Khối lượng thể tích bình quân

∆S Độ trương nở chiều dày ván

γ Khối lượng thể tích ván

WdBM Độ ẩm của dăm bã mía

WdKL Độ ẩm của dăm gỗ keo lai

Wv Độ ẩm của ván

Mv Khối lượng của một tấm ván thí nghiệm

Ml Khối lượng lớp lõi

Mm Khối lượng lớp mặt

Mldkk Khối lượng dăm khô kiệt cho lớp lõi

Mmdkk Khối lượng dăm khô kiệt cho lớp mặt

Pl Hàm lượng keo của lớp lõi

Pm Hàm lượng keo của lớp mặt

Mld Khối lượng dăm ở độ ẩm Wd = 5% cho lớp lõi

Mmd Khối lượng dăm ở độ ẩm Wd = 5% cho lớp mặt

Mlkkk Khối lượng keo khô kiệt cho lớp lõi

Mmkkk Khối lượng keo khô kiệt cho lớp mặt

Mlddk Khối lượng dung dịch keo ở hàm lượng khô 50% cho lớp lõi

Mlcdr Khối lượng chất đóng rắn khô kiệt cho lớp lõi

Mmcdr Khối lượng chất đóng rắn khô kiệt cho lớp mặt

Mlddcdr Khối lượng chất đóng rắn ở nồng độ 20% cho lớp lõi

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Tình hình sản xuất ván dăm trên thế giới 6

Hình 2.2: Biểu đồ sản lượng ván dăm tại Việt Nam từ năm 2000 – 2005 7

Hình 2.3: Biểu đồ ép ván thí nghiệm 14

Hình 3.1: Quátrình nghiên cứu ván dăm 3 lớp phối trộn 18

Hình 3.2: Quá trình nghiên cứu ván dăm 3 lớp 18

Hình 3.3: Vị trí kiểm tra chiều dày mẫu thử 20

Hình 3.4: Sơ đồ thiết bị kiểm tra độ bền uốn tĩnh 22

Hình 4.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất ván dăm 3 lớp phối trộn 33

Hình 4.2: Sàng dăm 34

Hình 4.3: Trộn keo bằng phương pháp thủ công 36

Hình 4.4: Quét chất chống ẩm paraffin lên tấm lót kim loại 37

Hình 4.5: Trải thảm và ép sơ bộ 37

Hình 4.6: Ép nhiệt 38

Hình 4.7: Biểu đồ ép nhiệt trong sản xuất ván thí nghiệm 39

Hình 4.8: Xử lý ván dung vật nặng đè lên ván 39

Hình 4.9: Thử ứng suất uốn tĩnh 40

Hình 4.10: Sơ đồ công nghệ sản xuất ván dăm 3 lớp 49

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Số lượng và công suất các nhà máy ván nhân tạo trên thế giới 6

Bảng 2.2: Tình hình sản xuất ván dăm tại vùng Đông Nam Á 6

Bảng 2.3 Tình hình xuất nhập khẩu ván dăm của Việt Nam (2000-2005) 8

Bảng 2.4: Dự báo về nhu cầu sử dụng ván dăm của Việt Nam từ 2005 – 2010 8

Bảng 2.5: Kích thước dăm dùng trong sản xuất ván dăm 13

Bảng 3.1: Mức và khoảng biến thiên các yếu tố của ván dăm 3 lớp phối trộn 18

Bảng 3.2: Mức và khoảng biến thiên các yếu tố của ván dăm 3 lớp lớp 19

Bảng 4.1: Diện tích trồng mía phân theo vùng 24

Bảng 4.2: Thành phần hóa học của cây mía 24

Bảng 4.3: Các tính chất cơ lý của gỗ keo lai 25

Bảng 4.4: Thành phần hóa học của gỗ keo lai 25

Bảng 4.5: Tính toán khối lượng dăm gỗ keo lai và dăm bã mía cho từng 42

Bảng 4.6: Ma trận thí nghiệm và kết quả nghiên cứu của ván dăm 3 lớp phối 44

Bảng 4.7: Kết quả tính toán tối ưu hàm một mục tiêu của ván dăm 3 lớp phối trộn 47

Bảng 4.8: Kết quả tối ưu hàm đa mục tiêu cho ván 3 lớp phối trộn 47

Bảng 4.9: Tính toán khối lượng keo và chất đóng rắn cho từng ván 51

Bảng 4.10: Ma trận thí nghiệm và kết quả nghiên cứu của ván dăm 3 lớp 53

Bảng 4.11: Kết quả tính toán tối ưu hàm một mục tiêu của ván dăm 3 lớp 56

Bảng 4.12: Kết quả tối ưu hàm đa mục tiêu cho ván 3 lớp 56

Bảng 4.13: So sánh với một số loại ván dăm hiện có trên thị trường 57

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến gỗ của Việt Nam phát triển mạnh, đã có nhiều nhà máy chế biến gỗ được xây dựng trên khắp đất nước Do đó, hàng năm nguồn nguyên liệu gỗ được sử dụng là rất lớn Vì vậy, nguồn nguyên liệu tự nhiên sẽ không đáp ứng đủ cho ngành chế biến gỗ của nước ta trong tương lai Tuy nhiên, với sự xuất hiện và phát triển nhanh của ngành công nghiệp sản xuất ván nhân tạo đã góp phần làm giàu cho nguồn nguyên liệu cho ngành chế biến gỗ và thay thế một phần nào cho nguồn nguyên liệu tự nhiên, giải quyết những vấn đề về môi trường tự nhiên, diện tích che phủ của rừng không bị giảm một cách nhanh chóng

Ngành công nghiệp sản xuất ván nhân tạo đã xuất hiện khá lâu, tuy lúc đầu không được quan tâm phát triển, cho đến nay thấy được tầm quan trọng của ván nhân tạo, ngành này đang phát triển mạnh, cho ra nhiều loại ván nhân tạo khác nhau, đa dạng về kích thước, chủng loại, hình dáng,… chẳng hạn như ván dăm, ván ghép thanh, okal, MDF, …Ở Việt Nam, nhà máy đầu tiên được xây dựng đó là nhà máy dăm Việt Trì (1967) với thiết bị của Nam Tư, sản xuất ván dăm 3 lớp từ gỗ bồ đề với phương pháp ép phẳng, công suất thiết kế là 6000 m3 sản phẩm/ năm Năm 1970, nhà máy ván dăm Đồng Nai được xây dựng với công xuất thiết kế là 2000m3 sản phẩm/năm, sản xuất ván okal theo phương pháp ép đùn và nguồn nguyên liệu lấy từ dây truyền công nghệ sản xuất ván dán Để khắc phục tình hình khan hiếm nguyên liệu đã có nhiều nghiên cứu sử dụng các loại phế liệu có trữ lượng lớn như: bã mía, rơm rạ… sản xuất ván dăm, mà nhà máy ván dăm Hiệp Hòa – Long An là một điển hình được xây dựng vào năm 1998, với công suất 5000m3 sản phẩm/năm, thiết bị của Trung Quốc, ván được sản xuất từ nguyên liệu bã mía Bên cạnh đó cũng có nhiều nghiên cứu về nâng cao chất lượng ván dăm như: ván dăm chậm cháy Ván dăm chịu nước Tuy nhiên,

nguồn ván nhân tạo trong nước vẫn không đáp ứng được nhu cầu của ngành chế biến

gỗ hiện nay, một số lớn nguyên liệu phải nhập từ nước ngoài

Việc nghiên cứu và sản xuất ra nguồn nguyên liệu mới cung cấp cho ngành chế biến gỗ là nhiệm vụ cấp thiết hiện nay để duy trì nhịp độ sản xuất của ngành chế biến

gỗ nước ta Do đó, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Sản xuất thử ván dăm từ bã

mía kết hợp với cành ngọn, bìa bắp, mùn cưa gỗ keo lai” Ván dăm là mặt hàng đang

được sản xuất rộng rãi ở nước ta với trữ lượng lớn, nhiều chủng loại, cung cấp cho các nhà máy sản xuất hàng mộc trong nước, và một số xuất khẩu sang các nước trên thế giới do ván dăm có rất nhiều ưu điểm so với các loại ván tự nhiên và các loại ván nhân tạo khác Đó là những ưu điểm về kích thước, hình dạng, đặc biệt là công nghệ này tiết kiệm tối đa nguồn nguyên liệu gỗ theo các tài liệu nghiên cứu của Liên Xô (cũ) , sản xuất 1 m3 ván dăm cần 1.5 – 1.8 m3 gỗ phế liệu, nếu dùng 1 m3 ván dăm để sản xuất đồ mộc sễ tương đương với 2.4 m3 gỗ xẻ, để sản xuất 2.4 m3 gỗ xẻ cần tới 3.7

m3 gỗ tròn

Việc nghiên cứu công nghệ sản xuất xán dăm từ nguyên liệu bã mía và phoi bào, mùn cưa và bìa bắp gỗ keo lai là một sản phẩm mới, nếu việc nghiên cứu thành công sẽ góp phần đa dạng nguồn nguyên liệu ván dăm cho sản xuất trong ngành chế biến gỗ từ đó chung ta co thể đưa ra các giải pháp sử dụng loại nguyên liệu này có hiệu quả hơn

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.2.1 Đối tượng nghiên cứu

Cây mía (tên khoa học là saccharum spp) được trồng ở nhiều nước trên thế giới

trong vùng nhiệt đới và á nhiệt đớitừ 35 vĩ độ bắc đến 35 vĩ độ nam chiếm khoảng 60% sản lượng đường chế biến hàng năm của thế giới Mía là nguyên liệu chính để sản xuất đường trong quá trình sản xuất các nhà máy mía đường đã thải ra hàng ngàn tấn

bã mía Lượng bã mía này thường được tận dụng để đốt lò hơi trong quá trình sản xuất đường, mặt khác lượng bã mía còn lại chưa có hướng sử dụng nên gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng tới quá trình sản xuất

Cây keo lai (tên khoa học là Acacia ) Keo Lai phân bố hầu hết ở các châu lục và

được trồng rộng rãi ở vùng nhiệt đới châu Á Keo Lai có khả năng sinh sống trong vùng đất thiếu dinh dưỡng, điều kiện khí hậu khắc nghiệt Đặt biệt nó không làm nghèo đất mà còn cải tạo đất tốt hơn Vùng sinh thái thích nghi với sự phát triển của

loại cây là đọ cao so với mặt nước biển là: 600 m; lượng mưa trung bình hàng năm 1800-2000 mm; cấp đất trung bình; nhiệt độ trung bình 26-300C Keo Lai thích hợp với cả 3 miền nước ta Keo lai có tiềm năng lớn trong sản xuất bột giấy, làm ván ép, ván dăm và đồ gỗ gia dụng

1.2.2 Phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi đề tài này tôi chỉ nghiên cứu một số yếu tố công nghệ sản xuất ván dăm 3 lớp (dăm bã mía - dăm keo lai - dăm bã mía) và ván dăm 3 lớp phối trộn dăm keo lai và dăm bã mía

1.3 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu tìm ra công nghệ sản xuất thích hợp tận dụng được nguồn phế liệu Nông – Lâm nghiệp là bã mía và bìa bắp và phoi bào trong sản xuất hàng mộc của cây keo lai để đưa sản xuất loại ván dăm có chất lượng, có giá trị thẩm mỹ cao, đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của thị trường trong nước cũng như sản xuất hàng mộc xuất khẩu

1.4 Ý nghĩa của đề tài

Tận dụng nguồn nguyên liệu từ phế phẩm nông – lâm nghiệp tạo ra ván dăm đảm bảo chất lượng phục vụ cho sản xuất hàng mộc trong nước và xuất khẩu

Góp phần bảo vệ môi trường sinh thái và nguồn tài nguyên rừng, làm tăng thu nhập cho người dân, thúc đẩy sự phát triển của ngành chế biến gỗ tạo công ăn việc làm cho người lao động

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Khái quát về lịch sử phát triển của ngành công nghiệp sản xuất ván dăm

Ván dăm là sản phẩm được sản xuất bằng phương pháp ép các dăm gỗ, có sự tham gia của chất kết dính, trong một điều kiện về nhiệt độ, áp suất nhất định Có nhiều loại ván dăm và sự khác biệt cơ bản của chúng là sự khác nhau về kích thước, hình dạng của dăm, sự phân bố dăm trong ván, lượng keo dùng, khối lượng thể tích của ván Tính chất và khả năng sử dụng của ván sẽ phụ thuộc vào các yếu tố này Ngoài dăm gỗ ra ván dăm có thể sản xuất bằng những loại dăm khác như dăm tre, nứa,

bã mía, rơm rạ, sơ dừa và vỏ trấu Về lý thuyết, các loại nguyên liệu có nguồn gốc xellulo đều có thể sản xuất ván dăm

Ván dăm trên thế giới được phát triển từ cuối thế kỷ 18 và cho đến đầu thế kỷ 20 Tuy nhiên vào những năm 1930 nền công nghiệp sản xuất ván dăm bắt đầu hình thành

ở một số nước công nghiệp phát triển Xưởng ván dăm đầu tiên của nước Đức cũng là xưởng ván dăm đầu tiên trên thế giới, được hình thành vào năm 1941 ở Bremen – Hemeligen với công suất 10 tấn Ván được sản xuất từ mùn cưa gỗ vân sam, ép ở áp suất 80 – 100 KG/cm2 và nhiệt độ 100oC với hàm lượng keo Phenol 8 – 10 % Sản phẩm này có kích thước 2x3 m với 2 loại bề dày là 14 và 25 mm, ván có khối lượng thể tích ρ = 0.8 – 1.1 g/cm3 ; ứng suất uốn tĩnh σut = 200 – 250 KG/cm2

Năm 1947, Ottokreibaum (người Đức) giới thiệu phương pháp sản xuất ván dăm

ép đùn Phương pháp này phát triển rất mạnh ở Mỹ vào những năm 1950 sau chiến tranh thế giới thứ hai, đặc biệt từ những năm 1960, khoa học kỹ thuật và công nghệ trên thế giới phát triển mạnh mẽ, thúc đẩy công nghiệp sản xuất ván dăm có những bước tiến vượt bậc cả về quy mô và chật lượng Ván dăm được sản xuất có chất lượng

bề mặt ngày càng cao, chất kết dính ngày càng được tinh chế, ít độc tố, thiết bị và dây

truyền sản xuất ngày càng được cơ giới hóa, tự động hóa, nguồn nguyên liệu và sản phẩm ngày càng được mở rộng và đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội

Xu hướng hiện nay trên thế giới là bảo vệ rừng tự nhiên, bảo vệ môi trường Do vậy, sản xuất ván nhân tạo với nguyên liệu là gỗ rừng trồng rất phát triển, điển hình là Trung Quốc Ở Trung Quốc đã có nhiều công trình nghiên cứu sản xuất các loại ván nhân tạo mới như: ván dăm chậm cháy, ván dăm định hướng, ván dăm gỗ kết hợp các loại vật liệu khác…

Riêng ở Việt Nam nhà máy ván dăm đầu tiên được xây dựng đó là nhà máy dăm Việt Trì (1967) với thiết bị của Nam Tư, sản xuất ván dăm 3 lớp từ gỗ bồ đề với phương pháp ép phẳng, công suất thiết kế là 6000 m3 sản phẩm/ năm Năm 1970, nhà máy ván dăm Đồng Nai được xây dựng với công xuất thiết kế là 2000m3 sản phẩm/năm, sản xuất ván okal theo phương pháp ép đùn và nguồn nguyên liệu lấy từ dây truyền công nghệ sản xuất ván dán Để khắc phục tình hình khan hiếm nguyên liệu

đã có nhiều nghiên cứu sử dụng các loại phế liệu có trữ lượng lớn như: bã mía, rơm rạ… sản xuất ván dăm, mà nhà máy ván dăm Hiệp Hòa – Long An là một điển hình được xây dựng vào năm 1998, với công suất 5000m3 sản phẩm/năm, thiết bị của Trung Quốc, ván được sản xuất từ nguyên liệu bã mía Bên cạnh đó cũng có nhiều nghiên cứu về nâng cao chất lượng ván dăm như: ván dăm chậm cháy, ván dăm chịu nước

2.2 Tình hình sản xuất ván dăm và sử dụng ván dăm trên thế giới

Trong những năm trở lại đây ngành chế biến gỗ phát triển rất mạnh, đặc biệt là ván nhân tạo Số nhà máy mọc lên rất nhiều năm 2001 có khoảng 1074 nhà máy các loại đến năm 2005 có 1224 nhà máy, trong đó có 719 nhà máy sản suất ván dăm với công suất lên đến 85.844 triệu m3/năm

Công suất

1000 m3

Tăng trưởng (%) 2005/2001

Năm 2001 Năm 2005

Tăng trưởng (%) 2005/2001

Do nền công nghiệp tiên tiến đồng thời ý thức bảo vệ môi trường cao nên đã thúc

đẩy nền công nghiệp sản xuất ván dăm phát triển

Xu hướng sử dụng ván dăm sẽ ngày càng tăng do vậy cần phải đầu tư phát triển công nghệ và đảm bảo nguồn nguyên liệu ổn định có như vậy ngành công nghiệp ván dăm mới phát triển bền vững

2.3 Tình hình sản xuất và sử dụng ván dăm ở Việt Nam

Hiện nay diện tích rừng tự nhiên ngày càng bị thu hẹp do sự khai thác quá mức của con người, diện tích rừng chỉ còn 27.7% diện tích tự nhiên thấp xa so với độ an toàn sinh thái Sản lượng khai thác trước năm 1990 khoảng 1.2 triệu m3, đến năm 2005 giảm xuống còn 150 ngàn m3 đã không còn đủ gỗ để đáp ứng nhu cầu của con người cho nên ván nhân tạo trong đó có ván dăm được dùng để thay thế phần nào gỗ tự nhiên Ván dăm đã khắc phục được một số nhược điểm của gỗ tự nhiên như giá thành

rẻ, đa dạng về kích thước, có tính đồng nhất, … Bên cạnh đó chất lượng của ván dăm trong nước vẫn chưa cạnh tranh được với ván dăm ngoại Do đó đã dẫn đến tình trạng nhập siêu Cụ thể là năm 2000, sản lượng ván dăm sản xuất tại Việt Nam chỉ đạt 2000m3 nhưng đến năm 2005 đã đạt được 48000m3, tăng 41.66%cũng trong năm 2005 Việt Nam phải nhập khẩu 126401m3 ván dăm nhưng chỉ xuất khẩu 1453m3, lượng ván dăm nhập khấu gấp hơn 80 lần lượng ván xuất khẩu

43500 48000 48000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

Bảng 2.3 Tình hình xuất nhập khẩu ván dăm của Việt Nam (2000-2005)

Năm Nhập khẩu (m3) Xuất khẩu (m3)

Để chủ động về nguồn nguyên liệu đáp ứng nhu cầu sản xuất đồ mộc trong nước

cũng như xuất khẩu ngành đã có đề xuất đối với ván nhân tạo, đến năm 2015 chỉ nên

tập trung đầu tư sản xuất ván dăm và ván sợi(MDF) sử dụng nguyên liệu gỗ rừng

trồng, trong đó 60% là ván dăm

2.4 Tình hình nghiên cứu ván dăm trong nước

Ở phía Nam công nghiệp sản xuất ván dăm được hình thành từ đây chuyền sản

xuất ván okal, nguyên liệu được tận dụng chủ yếu là phế liệu ván bóc của xí nghiệp

chế biến gỗ tổng hợp Tân Mai (Biên Hòa-Đồng Nai), được xây dựng và đưa vào sản

xuất rất có hiệu quả trước ngày giải phóng miền Nam Sau khi đất nước hoàn toàn giải

phóng (1975) nhà máy chỉ duy trì sản xuất ở mức độ trung bình Đến năm 1994 thị

trường tiêu thụ ván okal bắt đầu hấp dẫn Ván dăm của xí nghiệp ván Tân Mai đẫ trở thành một mặt hàng có giá trị trong trang trí nội thất ở Thành Phố Hồ Chí Minh và các khu vực lân cận Nhà máy sản xuất ván dăm theo phương pháp ép đẩy với kích thước ván có hai loại chiều dày là 18 và 37mm chiều rộng là 1220mm độ ẩm dăm là 6% được trộn với keo ure-formaldehytcos hàm lượng khô 48-52% tỷ lệ keo dùng là 10%, nhiệt độ ép là 120oC và độ pH=8

Năm 2000, Phạm Ngọc Nam nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm từ cành, ngọn, bìa bắp gỗ cao su Với các thông số kỹ thuật như sau: độ ẩm dăm là 4-6%, keo ure-formaldehyt của công ty Dyno ở dạng bột có hàm lượng khô 50 ± 2%, lượng keo dùng là 10.5%, chất đóng rắn NH4Cl, nhiệt độ ép 155oC, thời gian ép 22.7 phút Kết quả thu được ván có khối lượng thể tích 0.75g/cm3, độ giãn nở theo chiều dày 9.2%, ứng suất uốn tĩnh 163kG/cm2

Năm 2001, Trần Tuấn Nghĩa đã nghiên cứu sản xuất ván dăm 3 lớp từ gỗ bạch đàn Dùng keo ure-formaldehyt của công ty Dyno với định mức keo cho lớp mặt là 20% và cho lớp ruột là 10%, nhiệt độ ép là 110-130oC, áp lực ép là 15-19-8kG/cm2, thời gian ép là 15 phút Kết quả thu được ván có khối lượng thể tích 0.62g/cm3, độ trương nở theo chiều dày (sau khi ngâm trong nước 2 giờ) 4.8%, độ bền uốn tĩnh 64kG/cm3

Năm 2002, Lê Văn Mích nghiên cứu sử dụng phế liệu gỗ bạch đàn trong khai thác gỗ mỏ ở Quảng Ninh để sản xuất ván dăm thông dụng nguyên liệu gỗ bạch đàn ở

độ tuổi 8-9 được khai thác tại huyện Hoàng Bộ (Quảng Ninh) Sử dụng keo U-F loại

WG 2888 của công ty Dyno hàm lượng khô 48±2%, độ nhớt 220 pa.s, độ pH=7, thời gian sông công nghệ > 48h, thời gian gel hóa 85 s (ở 100oC) Chất chống ẩm parafin lỏng có nồng độ 50-60%, pH=6 Với thông số ván thí nghiệm, ván dăm 3 lớp tỷ lệ 1:4:1, khối lượng thể tích 0.7g/cm3, kích thược ván 16x610x610mm, nhiệt độ ép

160oC, áp suất ép 18KG/cm2, thời gian ép 0.5 phút/mm chiều dày ván Kết quả nghiên cứu khối lượng thể tích ván 0.716g/cm3, độ trương nở theo chiều dày 8.28%, độ bền uốn tĩnh 158.99KG/cm2

Năm 2003, Nguyễn Trọng Nhân nghiên cứu xác định một số tính chất ván dăm từ

gỗ bạch đàn nâu Nguyên liệu gỗ bạch đàn nâu được khai thác ở độ tuổi 8 tại Phù Ninh

dạng lỏng có hàm lượng khô 48-50% độ nhớt 25-30s, độ pH=7-7.5, lượng chất đóng rắn NH4Cl chiếm 1% so với keo Với các thông số công nghệ kích thước ván 15x50x500mm, ván 3 lớp tỷ lệ giữa các lớp 1:3:1, lượng keo lớp mặt là 12%, lớp trong

là 8% so với dăm gỗ khô kiệt, nhiệt độ ép 140-145oC, thời gian ép 15 phút Kết quả nghiên cứu khối lượng thể tích 0.7g/cm3, độ bền uốn tĩnh 18.89Mpa, độ bền kéo vuông góc 0.36mpa, tỷ lệ trương nở theo chiều dày 16.78%

Năm 2003, Hoàng Hữu Nguyên và Hoàng Xuân Niên nghiên cứu một số yếu tố chủ yếu công nghệ ép ván dăm xơ dừa Các thông số công nghệ như nhiệt độ ép 189-

200oC, thời gian ép 0.52 phút/mm, tỷ lệ keo U-F 12-13%, áp suất ép 16-18kG/cm2 Kết quả ván có các tính chất như khối lượng thể tích 0.68-0.72g/cm3, độ bền uốn tĩnh 291.8kG/cm2, độ bền kéo vuông góc 4.248kG/cm2, độ ẩm cuối cùng 8-10%

Năm 2006, Trần Tuấn Nghĩa nghiên cứu công nghệ tạo ván dăm từ phế liệu của dây chuyền sản xuất hàng mộc từ gỗ bạch đàn Nguyên liệu gỗ được dùng từ phế liệu

gỗ bạch đàn ở khâu xẻ và sản xuất đồ mộc Ván có kết cấu theo tỷ lệ 1:4:1, lớp ruột là dăm lá mỏng, được tạo ra từ máy băm dăm dạng bào, có kích thước 0.5-1x10x20mm,

ở độ ẩm 5-8%, tỷ lệ keo lớp mặt 12% còn lớp lõi là 10% Các thông số kỹ thuật kích thước ván 16x1200x2400mm, nhiệt độ ép 110-130oC, áp suất ép từ 13-15 kG/cm2 với khối lượng thể tích từ 620-650kg/m3, thời gian ép 30s/mm chiều dày ván, keo sử dụng

là keo U-F Kết quả thu được khối lượng thể tích 616-641kg/m3, độ trương nở của ván 8.04-10.13%, độ bền uốn tĩnh từ 136-153kG/cm2

Năm 2007, Phạm Ngọc Nam nghiên cứu sản xuất ván ghép tre lồ ô và ván dăm tre từ phế liệu tre lồ ô với cành ngọn gỗ điều tại tỉnh Bình Phước Nghiên cứu sử dụng keo U-F của Dyno với hàm lượng khô 50 ± 2%, với các thông số công nghệ như tỷ lệ phối trộn 66.2% dăm tre với 33.8% dăm gỗ điều, hàm lượng keo 11.6%, áp suất ép 18KG/cm2, nhiệt độ ép 176oC, thời gian ép 6.34 phút Kết quả thu được ván dăm 1 lớp dày 18mm có khối lượng thể tích 0.63g/cm3, ứng suất uốn tĩnh 188kG/cm2, độ giãn nở theo chiều dày 7.76%

2.5 Chất kết dính

Chất kết dính trong sản xuất ván dăm có thể là chất kết dính hữu cơ như

Ureformaldehyt (UF), Phenolformaldehyt (PF), Malaminformaldehyt (MF),… hoặc

chất kết dính vô cơ như xi măng, thạch cao… Trong phạm vi đề tài này chúng tôi chỉ tập trung vào các loại chất kết dính hữu cơ

Một số yêu cầu đối với keo sử dụng trong sản xuất ván dăm: Các hợp chất hóa học dùng làm chất kết dính trong sản xuất ván dăm phải có khả năng kết dính các phần

tử dăm lại với nhau dưới điều kiện nhiệt độ và áp lực nhất định Các hợp chất này thường là các loại nhựa tổng hợp Trong sản xuất đều mong muốn hạ giá thành sản phẩm do đó keo phải đáp ứng yêu cầu kinh tế sau đây: keo phải rẻ tiền, có thể sản xuất

từ những nguyên liệu có sẵn và dễ tìm trong nước

Yêu cầu công nghệ đối với keo: keo phải ít bắt lửa không phải là chất nổ, phải có

độ độc hại thấp, màu sắc của keo không ảnh hưởng tới tính thẩm mỹ của sản phẩm…

Độ nhớt của dung dịch keo sử dụng trong sản xuất ván dăm phải nằm trong giới hạn giữa 14-22s để có thể phun keo với áp suất từ 3-4 at Keo phải có được thời gian bảo quản tối thiểu là hai tháng Dung dịch keo sau pha chế hoàn chỉnh phải đóng rắn nhanh

ở nhiệt độ trên 100oC (trong vòng 30-120s), điều này có thể thực hiện khi cho chất đóng rắn vào dung dịch keo Qua ép nóng dung dịch keo phải có khả năng kết dính tốt các phân tử dăm thành ván

Để đáp ứng những yêu cầu trên, hiện nay trong sản xuất ván dăm người ta thường dùng các loại keo sau:

Keo Phenolformaldehyt (PF): keo đóng rắn ở nhiệt độ cao, keo có màu vàng sẫm,

chịu nước, chịu nhiệt tốt, tính cơ học tốt bền, mùi hắc Keo PF dễ điều chế tuy nhiên giá thành đắt hơn các loại keo khác

Keo Melaminformaldehyt (MF): keo thường sử dụng để chống ẩm loại keo này

khá đắt nên ít được sử dụng trong sản xuất ván dăm

Keo Ureformaldehyt (UF): keo màu trắng đục, tan trong nước không cần dung

môi cồn Keo UF chịu nước trung bình Để tăng tính bền vững và ổn định, trong nước sôi 100oC, trong khi điều chế keo người ta phải pha thêm vào một ít phenol hoặc melamin Để tăng tính chống ẩm ng]ì ta cho thêm vào keochaats resorsin Keo UF có giá thành rẻ hơn các loại keo khác nên loại keo này được sử dụng rộng rãi trong sản xuất ván dăm

Trong nghiên cứu này chúng tôi chọn loại keo UF lam chất kết dính Keo được

2.6 Chất đóng rắn

Trong sản xuất ván dăm để tăng khả năng đóng rắn của keo người ta cho thêm

muối amoni Các muối này sẽ tác dụng với gốc formaldehyt ở dạng tự do hoặc được

giải phóng trong quá trình đóng rắn trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng chất đóng rắn là muối NH4Cl được pha với nồng độ 20% Chất đóng rắn sẽ được pha với keo trước khi trộn với dăm

2.7 Chất chống ẩm

Để tăng tính chống ẩm cho ván dăm từ đó tăng chất lượng ván người ta cho chất

chống ẩm như parafin dạng lỏng, colofan, hắc ín Để sản phẩm màu sắc đẹp nên sử dụng parafin hoặc colofan, trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng paraffin

2.8 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ván

2.8.1 Ảnh hưởng của nguyên liệu

Trong ván dăm thì dăm là thành phần cơ bản Do vậy loại nguyên liệu có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất cơ lý cũng như các chỉ tiêu khác của ván Cụ thể ứng suất của ván sẽ lớn hơn nếu khối lượng riêng của nguyên liệu thấp, nguyên liệu càng mềm thì ván sản xuất từ nó càng cứng Do đó trong quá trình ép ván sự liên kết giữa các phân tử dăm sẽ trở nên chặt chẽ hơn nếu như dăm xốp, tức là dăm được sản xuất từ những nguyên liệu nhẹ và mềm Bã mía là phế liệu nông nghiệp, có đặc tính rất xốp do vậy rất thích hợp để sản xuất ván dăm Bên cạnh đó gỗ keo lai cũng là một gỗ nhẹ nên cũng thích hợp trong việc sản xuất ván dăm Tuy nhiên nhược điểm của ván dăm sản xuất từ nguyên liệu nhẹ và xốp là có độ trương nở và độ hút nước lớn ván dăm sản xuất từ nguyên liệu nặng và cứng

2.8.2 Khối lượng riêng của ván

Khối lượng riêng của ván ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của ván dăm Ván dăm có khối lượng thể tích càng lớn thì cường độ ván càng lớn, độ hút nước giảm Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng mà chọn khối lượng riêng phù hợp Ví dụ như ván để sản xuất kệ thì khối lượng riêng lớn hơn ván dùng làm trần hoặc vách ngăn Tuy nhiên trong trường hợp muốn tăng tính chất cơ lý của ván bằng việc tăng khối lượng thể tích thì gặp một số khó khăn như tăng chi phí nguyên liệu, tăng độ giãn nở do đó không có tính kinh tế Ván dăm tôt nhất khi có khối lượng riêng thấp nhưng vẫn đạt yêu cầu về

tính ứng suất cần thiết Do vậy chung tôi chọn khối lượng thể tích giả định cho tấm ván là 620-650 kg/cm3

2.8.3 Hình dạng và kích thước ván

Dăm được sản xuất có nhiều hình dạng kích thước khác nhau ứng với mỗi loại dăm sẽ tạo ra ván có tính chất cơ lý tương ứng Các loại ván dăm sản xuất từ dăm công nghệ sẽ có ứng suất cao hơn so với ván dăm sản xuất từ dăm phế liệu khi chúng có cùng khối lượng thể tích và cùng lượng keo Do dăm công nghệ có kích thước đồng đều, bề mặt nhẵn, chất lượng dăm tốt, không có khuyết tật Cả ba chiều của dăm đều ảnh hưởng đến ứng suất uốn tĩnh của ván Chiều dài của dăm nhỏ hơn 50mm thì ứng suất uốn tĩnh của ván sẽ tỷ lệ thuận với chiều dài dăm Tuy nhiên nếu dăm dài quá sẽ gây kho khăn cho quá trình trộn keo và trải thảm, làm cho bề mặt phân bố dăm không đều, giảm chất lượng ván Dăm càng dày và rộng thì ứng suất càng thấp vì trong khi ép trong dăm sẽ xuất hiện nội ứng suất chống lại quá trình ép, chiều rộng dăm tối đa trong thực tế khoảng 12mm Kích thước dăm trong sản xuất được thể hiện ở bảng

Bảng 2.5: Kích thước dăm dùng trong sản xuất ván dăm

Kích thước Loại ván

Dài (mm) Rộng (mm) Dày (mm) Ván 1 lớp

0.25-0.35

- 0.15-0.25 0.35-0.45 0.25-0.35

2.8.4 Độ ẩm thảm dăm

Độ ẩm thảm dăm ảnh hưởng đến chất lượng ván và ảnh hưởng đến quá trình công nghệ trong sản xuất vám dăm Lượng ẩm trong bánh dăm có từ các nguồn gốc như sau: nước còn lại trong dăm sau khi được sấy, lượng nước do chất dán dính đưa vào, lượng nước thêm vào do quá trình phun ẩm Độ ẩm của thảm dăm quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng quá trình sản xuất cũng như chất lượng của sản phẩm

Khi độ ẩm thảm dăm cao làm dăm dẻo hơn, đồng thời giúp cho quá trình truyền

thời gian ép lâu hơn và làm chậm lại phản ứng đóng rắn keo Độ ẩm quá cao làm giảm chất lượng ván vì khi ép sẽ có hiện tượng thoát ẩm từ lõi ra ngoài Nếu thay đổi áp lực

ép đột ngột ván sẽ bị phá vỡ (hiện tượng nổ ván) Nếu độ ẩm thảm dăm quá thấp sẽ làm chậm quá trình truyền nhiệt từ bề mặt vào trong lõi bánh dăm Khi chúng ta ép ở nhiệt độ cao keo lớp mặt đã đóng rắn trong khi đó keo lớp giữa chưa kịp đóng rắn điều này dẫn đến sự chênh lệch rất lớn giữa phần bề mặt và phần lõi của ván dăm

Để nâng cao chất lượng của ván dăm thì độ ẩm của lớp mặt nên cao hơn độ ẩm của lớp lõi để tạo điều kiện cho bề mặt ván mượt hơn đồng thời truyền nhiệt cho lớp lõi và tránh hiện tượng phá vỡ ván Việc sản xuất ván dăm đòi hỏi độ ẩm giữa các phần tử phải đồng đều để tránh sản sinh ứng suất nội tại đó là nguyên nhân dẫn đến những khuyết tật như mo, cong vênh của ván

2.8.5 Ảnh hưởng của chế độ ép

Chế độ ép gồm 3 yếu tố: áp lực ép (P), thời gian ép (T) và nhiệt độ ép (N) Ba yếu

tố này ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm

Chọn thời gian ép hợp lý nhằm đảm bảo sự đóng rắn tốt nhất của keo cũng như

sự bay hơi của ván mà vẫn có lợi về năng suất và tiết kiệm thời gian sản xuất

Nhiệt độ ép phụ thuộc vào các loại keo sử dụng chủng loại nguyên liệu và một số thông số khác

Trong phạm vi đề tài này chúng tôi cố định áp suất ép, thay đổi thời gian và nhiệt

độ ép Chọn P = 16 KG/cm2 và biểu đồ ép một cấp vì dăm đã được sấy đến độ ẩm 5% trước khi đưa vào ép, nguyên liệu xốp, nhẹ, dăm có chiều dày nhỏ

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu

Thực trạng về nguyên liệu

Xử lý nguyên liệu Nông Lâm nghiệp trước khi sản xuất dăm

Xác định các thông số công nghệ tối ưu trong sản xuất ván dăm phối trộn

Xác định các thông số công nghệ tối ưu trong sản xuất ván dăm 3 lớp (Nông nghiệp - Lâm nghiệp – Nông nghiệp)

3.2 Phương pháp nghiên cứu

Dùng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu, có rất nhiều phương pháp để lựa chọn cho quá trình thí nghiệm nhưng có hai phương pháp sử dụng phổ biến là phương pháp cổ điển và phương pháp quy hoạch thực nghiệm

3.2.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN)

QHTN là phương pháp nghiên cứu khi ta không có đầy đủ thông tin về đối tượng

và phải dùng thực nghiệm để xây dựng mô hình Theo nghĩa rộng thì QHTN là tập hợp các tác động nhằm đưa ra chiến thuật làm thực nghiệm, từ giai đoạn đầu tiến đến giai đoạn kết thúc của quá trình nghiên cứu đối tượng

Cơ sở toán học nền tảng của lý thuyết QHTN là toán học thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi quy

Đối tượng nghiên cứu của QHTN trong các ngành kỹ thuật là một quá trình, một

cơ cấu hoặc một hiện tượng có những tính chất, đặc điểm chưa biết cần nghiên cứu Các nguyên tắc cơ bản của QHTN: không lấy toàn bộ các trạng thái đầu vào phức tạp dần mô hình toán học, đối chứng nhiễu, ngẫu nhiên hóa, tối ưu

Ưu điểm của phương pháp này là đối tượng nghiên cứu đa dạng, thí nghiệm dễ tiến hành, chỉ quan tâm tới các yếu tố đầu vào và đầu ra Ngoài ra ta có thể khống chế

số lần thí nghiệm, tiết kiệm được thời gian cũng như kinh phí

Nhược điểm của phương pháp này là tính toán khá phức tạp, tuy nhiên ta có thể nhờ máy vi tinh giải quyết

Từ những ưu, nhược điểm của hai phương pháp nghiên cứu trên chọn phương pháp QHTN cho quá trình nghiên cứu để xác định mối tương quan giữa các thông số đầu vào và các thông số đầu ra

Trong QHTN người ta lại sử dụng các phương pháp khác nhau để xây dựng mô hình hồi quy Tùy theo cách phối hợp các yếu tố vào mỗi phương pháp mà độ chính xác của mô hình khác nhau Để bố trí các thí nghiệm sao cho số thí nghiệm ít, tính toán gọn, đảm bảo mức chính xác Chúng tôi chọn quy hoạch trực giao cấp 2

Hàm mục tiêu như sau:

Trong đó: Yj: các yếu tố đầu ra

Xj: các yếu tố đầu vào 0bj: hệ số cần xác định

Bố trí thí nghiệm gồm 3 loại thí nghiệm:

Loại 1: gồm N1= 2n thí nghiệm toàn phần Yêu cầu phải đảm bảo tính được tất cả các hệ số hồi quy tuyến tính bj và tương tác cặp đôi bij Tác động của chúng không bị trộn lẫn với nhau

Loại 2 (phần tâm): gồm No (No ≥ 1) thí nghiệm ở tâm miền quy hoạch, tại đó giá trị của mã các thông số bằng 0

Loại 3: Nα = 2n thí nghiệm bố trí đều trên các trục tọa độ, cách gốc tạo độ một

đoạn α > 0sao cho ma trận X trực giao, tức là ta lấy xj = ±α

Vậy tổng số thí nghiệm: N = N1 + Nα + No = 2n + 2n + No

X2: nhiệt độ ép Y2: độ dãn nở dày

X3: tỷ lệ phối trộn

Hình 3.1:Quá trình nghiên cứu ván dăm 3 lớp phối trộn

Các thông số đầu vào và khoảng biến thiên của nó được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 3.1: Mức và khoảng biến thiên các yếu tố của ván dăm 3 lớp phối trộn

Giá trị thực của các thông số Mức và khoảng

biến thiên

Giá trị mã

X1(K) tỷ lệ dăm (%)

X2(T) thòi gian ép (phút)

X2: nhiệt độ ép Y2: độ dãn nở dày

X3: hàm lượng keo

Hình 3.2: Quá trình nghiên cứu ván dăm 3 lớp phân biệt

Quá trình sản xuất ván dăm

Quá trình sản xuất ván dăm

Các thông số đầu vào và khoảng biến thiên của nó được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 3.2: Mức và khoảng biến thiên các yếu tố của ván dăm 3 lớp lớp (dăm bã mía –

dăm keo lai – dăm bã mía)

Giá trị thực của các thông số Mức và khoảng

biến thiên

Giá trị mã

X1(K) hàm lượng keo(%)

X2(T) thời gian ép (phút)

Trong đó: n = 3: số yếu tố phụ thuộc

N0 = 6: số thí nghiệm tại tâm

3.3.1 Phương pháp xác định khối lượng thể tích

Mẫu thử để trong điều kiện nhất định cho đến khi khối lượng không đổi

Cân mẫu, độ chính xác 0.01g

Xác định chiều dày ván ở 4 điểm khoanh tròn (h vẽ), chính xác 0.01mm

Tính giá trị bình quân chiều dày ván ở 4 điểm, chính xác 0.01 mm

Chiều dài, rộng mẫu thử đo ở điểm giữa cạnh mẫu, chính xác 0.1mm

Hình 3.3: Vị trí kiểm tra chiều dày mẫu thử

Khối lượng thể tích mẫu thử tính theo công thức sau: γ = m

V

Trong đó: γ khối lượng thể tích mẫu thử (g/cm3)

m khối lượng mẫu thử (g)

V thể tích mẫu thử (m3) Khối lượng thể tích một tấm ván là trị số bình quân toán học của khối lượng thể tích toàn bộ mẫu thử trong cùng tấm ván đó, chính xác 0.01g Biểu thị chênh lệch % của khối lượng thể tích 1 tấm ván được tính theo công thức sau, chính xác đến 0.1%:

∆γ = 100x (γmax – γtb)/γtb

Hoặc ∆γ = 100x (γtb – γmin)/γtb

Trong đó: ∆γ chênh lệch khối lượng thể tích (%)

γmax khối lượng thể tích lớn nhất (g/cm3)

γmin khối lượng thể tích nhỏ nhất (g/cm3)

γtb khối lượng thể tích trung bình (g/cm3)

3.3.2 Phương pháp xác định độ ẩm

Mẫu thử sau khi cắt lập tức cân ngay, chính xác đến 0.01g

Mẫu được sấy ở nhiệt độ 103 ± 2oC cho đến khi khối lượng không thay đổi, cân chính xác đến 0.01g Chênh lệch độ ẩm thu được của 2 lần cách nhau 6h < 0.1% thì coi như khối lượng không thay đổi

Kiểm tra độ ẩm và khối lượng thể tích trên cùng một mẫu thử

Độ ẩm của mẫu thử được tính theo công thức sau:

W = 1 0

0100%

M M

M

Trong đó W: Độ ẩm mẫu thử (%)

M1: khối lượng mẫu thử ở độ ẩm W (g)

M0: khối lượng mẫu thử khô kiệt (g)

3.3.3 Phương pháp xác định độ trương nở chiều dày khi hút nước

Trương nở chiều dày khi hút nước là tỷ lệ tăng chiều dày sau khi hút nước so với chiều dày trước khi hút nước, tính theo%

Phương pháp đo: Đặt mẫu trong điều kiện chuẩn đến khi khối lượng không đổi Xác định chiều dày ở trung tâm của điểm đo, chính xác đến 0.01mm

Mẫu gỗ được ngâm trong bình nước ở nhiệt độ 20 ± 2oC, ngập trong nước khoảng 20mm, mặt dưới mẫu và đáy bình cách nhau một khoảng cách nhất định, giữa các mẫu

có khe hở nhất định để đảm bảo mẫu trương nở tự do

Sau khi ngâm 2h ± 5’, lấy mẫu ra lau nước bám trên bề mặt mẫu Đo chiều dày ở điểm đo, việc đo tiến hành trong vòng 30 phút

Mẫu xác định độ trương nở có kích thước 10cm x 10cm

Độ trương nở dày tính theo công thức: ΔS = 2 1

1100%

t t t

− ×

Trong đó ΔS: Độ trương nở chiều dày(%)

t1: Chiều dày mẫu thử trước khi ngâm (mm)

t2: Chiều dày mẫu thử sau khi ngâm nước(mm) Giá trị bình quân có độ chính xác đến 0.1%

Giá trị trương nở được công bố là giá trị trung bình của các mẫu thử của ván

3.3.4 Phương pháp xác định độ bền uốn tĩnh

Phương pháp đo: mẫu được đặt trong điều kiện chuẩn cho đến khi khối lượng không đổi chiều rộng được xác định ở điểm giữa cạnh dài, độ chính xác đến 0.1mm Chiều dày được xác định ở giữa cạnh dài mẫu, cách mép cạnh 10mm, mỗi cạnh xác định một điểm, độ chính xác đến 0.1mm, khi tính dùng giá trị bình quân toán học của

2 điểm, chính xác đến 0.1mm

Khoảng cách gối đỡ là 200mm, giao tuyến giữa mặt trục gia tải và mặt ván phải vuông góc với trục dài mẫu thử

Trong đó P: lực cực đại (N), (KG)

l: khoảng cách giữa 2 gối đỡ (mm), (cm) t: chiều dày mẫu kiểm tra (mm), (cm) b: chiều rộng mẫu kiểm tra (mm), (cm)

Thành phần hóa học của mía tương đối phức tạp, thay đổi tùy theo giống mía, đất đai, chế độ canh tác và khí hậu của từng địa phương Thành phần hóa học của cây mía gồm các loại như sau: đường Saccharose, chất không đường (CKĐ), nước và xơ (hàm lượng - cellulose khoảng 38 - 45%)

Bảng 4.1: Diện tích trồng mía phân theo vùng

Nghìn ha Năm

Để sản xuất đường, hằng năm Việt Nam phải trồng được từ 10 đến 12 triệu tấn mía cây với diện tích canh tác từ 250.000 đến 300.000 ha chủ yếu là đất bạc màu và vùng nhiễm phèn nặng (không trồng được các loại cây khác) Trong khi đó, việc chế biến 10 triệu tấn mía để làm đường sẽ sinh ra một lượng phế thải khổng lồ: 2,5 triệu tấn bã mía Trước đây lượng bã mía này được dùng để đốt lò hơi trong các nhà máy sản xuất đường; tuy nhiên, lượng bã mía này có thể sử dụng sản xuất ván dăm

Bảng 4.2: Thành phần hóa học của cây mía

Xenluloz (%) Pentosan (%) Lignin (%) Khác (%)

4.1.2- Cây keo lai

Cây keo lai là cây gỗ nhỏ sinh trưởng nhanh được phát triển rộng rãi ở nhiều vùng trên cả nước Cây keo lai là cây “đa mục đích” dễ gây trồng, có giá trị nhiều mặt

cả về kinh tế lẫn phòng hộ bảo vệ môi trường Đặc biệt trong chương trình trồng 5 triệu ha rừng, keo lai là một loài cây trồng chính để phủ xanh đất trống đồi trọc và cũng là cung cấp nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp chế biến gỗ và giấy sợi

Ở điều kiện sinh trưởng bình thường, cây đạt chiều cao trung bình khoảng 15 – 20 m,

đường kính trung bình từ 30 – 40 cm Điều kiện sinh trưởng thuận lợi cây có thể đạt

chiều cao 25 – 30m

Hình dạng cây thay đổi từ gốc tới ngọn, khúc thân dưới cành khá dài, nhưng nói

chung thường thì thân không thẳng, cong, ngắn, có khuynh hướng cho nhiều cành

nhánh to Thân có vỏ dày từ 3 – 10mm Vỏ có màu nâu nhạt, rãnh nứt dọc hông Cây

già vỏ nứt thành từng mảnh dễ bóc Tán cây thường dày, rậm, rộng, cành mỏng thon,

dài, mềm rủ xuống, có dáng như cành liễu Cây keo lai là loài cây có tốc độ tăng

trưởng mạnh, sinh khối trung bình hàng năm theo số liệu của viện nghiên cứu Lâm

Nghiệp phía Nam là 20 - 25 m3/ha

Bảng 4.3: Các tính chất cơ lý của gỗ keo lai

Tỷ lệ co rút cơ bản % 3.73

Tỷ lệ giãn nở cơ bản % 11.59 Ứng suất nén: Dọc

Ngang

KG/cm2KG/cm2

522 295.51 Ứng suất kéo: Dọc

Ngang

KG/cm2KG/cm2

1304.47 168.95

Ứng suất tách – TT

– XT

KG/cm2 KG/cm2

27.11 26.06 Keo lai sợi ngắn, chiều dài sợi khoảng 840mm Thành phần hóa học của gỗ keo

laigồm xenluloz, pentosen, lignin và một số chất khác được thể hiện trong bảng 4.4

Bảng 4.4: Thành phần hóa học của gỗ keo lai

Xenluloz (%) Pentosen (%) Lignin (%) Nhựa (%) Tro (%)

4.2- Xử lý nguyên liệu nông lâm nghiệp trước khi sản xuất dăm

Với một loại nguyên liệu mới mà thành phần chủ yếu là phế liệu nông lâm nghiệp thì chúng ta cần xem xét các nhân tố chính tác động như thế nào đến chất lượng ván, từ đó tìm ra được những giá trị thích hợp của các nhân tố đó để sao cho có được chất lượng sản phẩm theo đúng yêu cầu đặt ra

4.2.1.1 Ảnh hưởng của nguyên liệu sản xuất dăm đến chất lượng sản phẩm

Nguyên liệu dùng sản xuất ván dăm là phế liệu nông lâm nghiệp được tận dụng

Do vậy, trong sản xuất cần phải được nghiên cứu kiểm nghiệm để sao cho sản phẩm thu được phù hợp với tiêu chuẩn ván dăm Sau đây là một số yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất ván dăm:

Độ ẩm nguyên liệu: Độ ẩm càng cao thì khả năng đàn hồi của nguyên liệu càng

tốt Mặt khác khi độ ẩm của nguyên liệu tăng thì độ vụn trong quá trình băm dăm sẽ giảm xuống điều này giảm được giá thành của quá trình băm và tạo điều kiện hạ giá thành sản phẩm

Ảnh hưởng của hình dạng và kích thước dăm: Dạng dăm với độ dài thích hợp

sẽ làm tăng cường độ uốn tĩnh của ván Trong cùng một điều kiện với lượng keo sử dụng như nhau thì lượng keo bình quân trên một đơn vị diện tích bề mặt đối với loại dăm này sẽ ít hơn Tuy nhiên do loại dăm này có tính đàn hồi tốt hơn, nên khi ép dăm tiếp xúc tốt hơn và các hạt keo phân tán tạo các “điểm bền” vì vậy ván sẽ có độ bền uốn cao, độ nhẵn bề mặt tốt và tính ổn định cũng cao hơn Dăm càng dày, rộng thì độ bền uốn tĩnh càng thấp, bởi vì khi ép trong dăm sẽ xuất hiện nội ứng suất chống lại quá trình ép Mặt khác đối với dăm cành ngọn bìa bắp sẽ có một số dăm có lẫn vỏ, nếu dăm càng dày chắc chắc độ đàn hồi sẽ kém và như vậy cũng làm giảm độ bền uốn tĩnh Trong điều kiện lượng keo trộn như nhau, lượng keo bình quân trên đơn vị diện tích bề mặt dăm sẽ lớn hơn, do vậy, cường độ dán dính sẽ cao hơn Tuy nhiên, do dăm tiếp xúc kém ứng suất nội sinh ra trong quá trình ép dăm lớn sẽ làm giảm cường độ dán dính của ván và cũng kéo theo độ bền của ván thấp

Trong sản xuất ván dăm nên sử dụng dăm có mặt cắt ngang là hình chữ nhật Đối với dăm lớp mặt nên sử dụng loại dăm có dạng xuyên tâm, dẹt, dài để tạo ra ván

có chất lượng bề mặt cao Đối với dăm lớp trong nên sử dụng loại dăm dạng hộp dày, hẹp, ngắn để tạo ra ván có cường độ cao Khi sử dụng kết hợp hai loại dăm trên ta sẽ

có loại ván vừa có cường độ cao vừa có chất lượng bề mặt đẹp

- Ảnh hưởng của độ ẩm thảm dăm: Lượng ẩm trong dăm bao gồm nước còn lại

trong dăm sau khi sấy, tùy loại nguyên liệu thông thường từ 4- 6% so với trọng lượng khô kiệt của dăm Lượng nước do chất dán dính đưa vào trong quá trình sản xuất ván dăm thường là các hợp chất cao phân tử, trong đó có khoảng từ 35 đến 60% lượng nước, do vậy dăm có thêm một lượng ẩm Một phần của lượng nước này bị bay hơi trong quá trình phun keo, sau đó sẽ xâm nhập vào dăm qua quá trình trộn keo ép và xử

lý Nước từ nguồn này có khả năng làm tăng độ ẩm của dăm lên 3-5% Độ ẩm của thảm dăm quá lớn hay quá nhỏ đều gây khó khăn cho quá trình sản xuất cũng như làm giảm chất lượng sản phẩm Độ ẩm thảm dăm cao làm cho dăm dẻo hơn dù cho dăm có khối lượng riêng lớn, mặt khác độ ẩm của thảm dăm sẽ giúp cho quá trình truyền nhiệt

từ bề mặt đến lõi thuận lợi hơn Tuy nhiên, độ ẩm thảm dăm quá cao sẽ làm cho thời gian ép tăng lên bởi vì độ ẩm cao sẽ làm chậm lại phản ứng đóng rắn keo Độ ẩm quá cao cũng làm giảm chất lượng ván, bởi vì khi ép sẽ có hiện tượng thoát ẩm từ trong ra ngoài Nếu ta tăng hoặc giảm áp lực quá nhanh sẽ phá vỡ ván Độ ẩm của thảm dăm thấp quá cũng không tốt trong quá trình sản xuất ván dăm, bởi vì nó làm chậm quá trình vận chuyển nhiệt từ bề mặt vào lõi phôi và do vậy gây nên chênh lệch chất lượng rất lớn giữa bề mặt và phần lõi của ván dăm

Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng để nâng cao chất lượng ván dăm, thông thường

sử dụng dăm ở lớp mặt có độ ẩm cao hơn dăm ở lớp lõi Bởi vì, dăm bề mặt có độ ẩm cao hơn để làm cho bề mặt ván mượt hơn và tạo điều kiện truyền nhiệt từ bề mặt vào lõi Dăm lõi có độ ẩm thấp hơn để tránh hiện tượng vỡ ván hoặc giảm chất lượng của

nó khi ép Mặt khác độ ẩm dăm sau khi trộn keo ở hai phần khác nhau sẽ nâng cao năng suất ép và hạ giá thành sản phẩm

4.2.1.2 Ảnh hưởng của chiều dày sản phẩm đến chất lượng của ván

Trong sản xuất ván dăm người ta hy vọng sản xuất được nhiều loại ván dăm

khác nhau và ván có chiều dày càng mỏng càng tốt Bởi vì khi ván càng mỏng khối lượng nguyên liệu (dăm, keo và các chất phụ gia khác) càng ít tạo điều kiện hạ giá thành sản phẩm Do vậy, khi sản xuất ván cần xem xét khả năng sử dụng, yêu cầu sử dụng, để có thể chọn chiều dày ván sao cho vừa tiết kiệm nguyên vật liệu vừa đảm bảo được độ bền của ván Khi ván càng dày sự truyền nhiệt (khi ép nhiệt) từ bề mặt vào lõi

chúng lõng lẻo hơn Khi ván càng dày, mức độ phản ứng trong quá trình đóng rắn sẽ khác nhau ở phần lõi và phần bề mặt Thực tế sản xuất ván dăm cho thấy thông thường người ta sản xuất các loại ván dăm có chiều dày 9; 14; 16; 18 mm là tốt nhất

4.2.2- Chuẩn bị nguyên liệu trước khi sản xuất dăm

Sự chọn lựa nguyên liệu có tính chất quyết định đối với sản xuất ở công đoạn sau và chất lượng sản phẩm Nguyên liệu gỗ được bao gồm cành ngọn, gỗ nhỏ, và phế liệu gỗ của nhà máy chế biến gỗ như dầu mẫu, bìa bắp, phoi bào Trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu phải chú đến loại gỗ, độ pH, độ ẩm nguyên liệu đều có ảnh hưởng đối với công nghệ ở công đoạn sau Bã mía và thân cây bắp thuộc loại nguyên liệu phi chất gỗ, phẩm chất nguyên liệu về cơ bản là đồng nhất như nhau, mật độ nội tại như nhau Để tiện cho việc khống chế công nghệ ở công đoạn sau, đối với chất lượng nguyên liệu cần tăng cường khống chế kiểm nghiệm về độ ẩm nguyên liệu, độ

pH, tồn trữ và bảo quản nguyên liệu Trong quá trình sản xuất ván dăm, nguyên liệu khác nhau sẽ có công nghệ sản xuất khác nhau

Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất dăm từ bã mía như sau:

* Dăm sản xuất từ phế liệu nông nghiệp: Phế liệu nông nghiệp => Xử lý

nguyên liệu => Nghiền dăm => Sấy dăm => Phân loại dăm

Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất dăm từ phế liệu gỗ keo lai như sau:

* Dăm sản xuất từ phế liệu lâm nghiệp: Phế liệu lâm nghiệp => Xử lý nguyên

liệu => Băm dăm => Nghiền dăm => Sấy dăm => Phân loại dăm

4.2.2.1- Dăm bã mía

Dăm bã mía có nguồn gốc từ thân cây mía, thân mía do nhiều lóng mía tạo thành Trong mỗi lóng mía lại gồm 2 phần đó là phần cật và phần tủy, phần cật ở ngoài cứng, phần tủy ở trong xốp Vì cây mía có cấu tạo như vậy nên sản xuất ra những loại dăm như sau:

Loại hình kim (dài, hẹp, mảnh): loại này chính là những xơ mía Dăm có chiều dài 5 – 14 mm, đường kính 0,1 < Φ < 0,2 mm

Loại hình chữ nhật (dẹp, rộng): có nguồn gốc từ cật mía, loại này cứng, có kích thước dăm như sau: chiều dày 0,15 – 0,25 mm; chiều rộng 3 – 5 mm; chiều dài 10 – 16

mm

Kết quả tính toán trọng lượng dăm mía/ha: Năm 2005 diện tích trồng mía của

cả nước 266,4 nghìn ha, đạt sản lượng 14730,5 nghìn tấn như vậy năng suất mía trên 1

ha là: Mm = 14730,5/266,4 = 55,29 (Tấn/ha)

Theo số liệu được cung cấp từ phòng kỹ thuật nhà máy đuờng Tây Ninh thì mía

có tỉ lệ đường trong mía Tđ/m = 11,5%, tỉ lệ xơ trong mía Tx/m = 14%, tỉ lệ xơ bã có trong bã mía Tx/bm = 47%, độ ẩm bã mía Wbã = 50 %, hiệu suất ép f = 97%, độ tinh khiết nước ép cuối h = 72%

Trọng lượng đường trong mía:

Thành phần của bã mía sau khi ép lấy đường gồm chất khô (chất không đường và

có đường), xơ và nước Do vậy trọng lượng bã mía ở độ ẩm Wbm = 50% là: