NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝCỦA GỖ MUỒNG ĐEN (Cassia Siamea Lamk)

Cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của ngành chế biến gỗ Việt Nam, các doanh nghiệp chế biến gỗ đã đưa ra thị trường các sản phẩm có chất lượng cao, mẫu mã đẹp, đáp ứng nhu cầu tr

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

****************

ĐẶNG XUÂN NGUYÊN

NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT

CƠ LÝCỦA GỖ MUỒNG ĐEN

(Cassia Siamea Lamk)

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN LÂM SẢN

Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 07 / 2013

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

****************

ĐẶNG XUÂN NGUYÊN

NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT

CƠ LÝ CỦA GỖ MUỒNG ĐEN

(Cassia Siamea Lamk)

Ngành: Công Nghệ Chế Biến Lâm Sản

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Giáo viên hướng dẫn:

ThS NGUYỄN THỊ ÁNH NGUYỆT

Thành phố Hồ Chí Minh

Tháng 07 / 2013

LỜI CẢM TẠ

Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp tôi luôn nhận được sự dạy bảo của Thầy Cô, sự quan tâm giúp đỡ và động viên của gia đình và bạn bè Nhân dịp này, xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến:

- Cha Mẹ đã sinh thành và nuôi dưỡng, và cho con ăn học nên người

- Ban Giám Hiệu và toàn thể Thầy Cô Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý Thầy Cô Khoa Lâm Nghiệp và Bộ môn Chế Biến Lâm Sản đã tận tâm truyền đạt kiến thức cho chúng tôi trong suốt khóa học

- Đặc biệt xin gởi lòng biết ơn sâu sắc đến Cô Th.S Nguyễn Thị Ánh Nguyệt

và Thầy PGS.TS Phạm Ngọc Nam đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

- Trung tâm nghiên cứu Chế biến lâm sản, Giấy và bột giấy - Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh đã giúp tôi trong việc thử ứng suất gỗ

- Gửi lời cảm ơn chân thành tới anh Nguyễn Văn Tiến đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thứ ứng suất gỗ

- Công ty Trường Tiền đã giúp đỡ tôi trong việc gia công mẫu gỗ thí nghiệm

- Cảm ơn tập thể lớp DH0CB đã ủng hộ giúp đỡ tôi trong quá trình làm đề tài

- Xin cảm ơn gia đình và bạn bè gần xa đã luôn ở bên cạnh động viên và hỗ

trợ tôi trong những năm học tại trường

Xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, tháng 06 năm 2013 Sinh viên: Đặng Xuân Nguyên

TÓM TẮT

1 Tên đề tài: “Nghiên cứu cấu tạo và tính chất cơ lý của gỗ Muồng đen”

2 Thời gian nghiên cứu: Từ ngày 25/02/2013 đến ngày 20/06/2013

3 Địa điểm thực hiện:

- Phòng thí nghiệm Khoa học gỗ - Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

- Phòng thí nghiệm Chế biến lâm sản, Giấy và bột giấy – Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

- Mẫu được gia công tại Công ty gỗ Trường Tiền (Trường Đại học Nông Lâm – Khu phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TP Hồ CHí Minh)

4 Phương pháp nghiên cứu:

- Chọn thanh, cắt khúc gia công mẫu, xác định các chỉ tiêu vật lý và cơ học của gỗ theo các TCVN từ 340 – 1970 đến 363 – 1970 và theo tiêu chuẩn ASTM của Trung tâm Nghiên cứu Chế biến lâm sản – Trường đại học Nông Lâm TP HCM

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

- Mối quan hệ giữa khối lượng thể tích và các chỉ tiêu cơ lý được biểu thị qua các phương trình tương quan

5 Kết quả thu được:

♦ Đặc điểm cấu tạo:

- Cấu tạo thô đại: Gỗ giác và gỗ lõi phân biệt, giác màu vàng nhạt, lõi màu nâu đen Vòng sinh trưởng rõ ràng thường rộng từ 3-4 mm Mặt gỗ thô và cứng, gỗ nặng, gỗ lệch thớ

- Cấu tạo hiển vi: Mạch gỗ phần lớn là lỗ mạch đơn, đôi khi có lỗ mạch kép cùng tồn tại Lỗ mạch xếp phân tán, mật độ trung bình 4 lỗ/mm2 Đường kính lỗ mạch trung bình là 215 µm Tấm xuyên mạch đơn Trong mạch gỗ

xuất hiện thể bít dạng màng mỏng và chất chứa.Tế bào mô mềm xa mạch

và vây quanh mạch Tế bào mô mềm xa mạch phân tán Tế bào mô mềm dính mạch thành hình cánh, hình cánh nối tiếp phát triển thành những dãy liên tục hoặc gián đoạn lệch hay lượn sóng Tia đồng hình Bề rộng tia từ 1 đến 3 tế bào Mật độ tia 6 tia/mm Có chất chứa trong tia gỗ

♦ Tính chất vật lý:

- Độ hút ẩm sau 40 ngày của Muồng đen là Wa= 11,54 %

- Độ hút nước sau 40 ngày của Muồng đen là Wn= 72,29 %

- Khối lượng thể tích của gỗ Muồng đen như sau: Dcb= 0,73; D0= 0,78; Dkk= 0,83

- Tỷ lệ dãn nở các chiều của gỗ Muồng đen: Tỷ lệ dãn nở tiếp tuyến Yt= 5,62 %, tỷ lệ dãn nở xuyên tâm Yx= 3,97 %, tỷ lệ dãn nở theo chiều dài Yl=0,97 %

- Tỷ lệ dãn nở thể tích của gỗ Muồng đen: Yv=11,44 %

- Hệ số dãn nở của gỗ Muồng đen: Theo chiều tiếp tuyến Kt= 0,17, theo chiều xuyên tâm Kx=0,16, theo chiều dài Kl= 0,04, hệ số dãn nở thể tích

Kv=0,77

- Độ ẩm bão hòa thớ gỗ và độ ẩm thăng bằng của gỗ Muồng đen: Wtb=11,33%; Wbh=27,38 %

♦Tính chất cơ học:

- Ứng suất nén dọc của gỗ Muồng đen: σnd = 693,76(kG/cm2)

- Ứng suất nén ngang thớ của gỗ Muồng đen:σnn = 126,56 (kG/cm2)

- Ứng suất trượt dọc thớ của gỗ Muồng đen:σkd=107,26 kG/cm2)

- Ứng suất trƣợt ngang thớ của gỗ Muồng đen: σtn= 54,03 kG/cm2)

- Ứng suất uốn tĩnh của gỗ Muồng đen: σut=1020,8kG/cm2)

- Ứng suất tách của gỗ Muồng đen:σt= 69,25 (kG/cm2)

- Ứng suất kéo dọc thớ của gỗ Muồng đen:σkd= 945,57 (kG/cm2)

- Độ cứng của gỗ Muồng đen:778,4 (kG/cm2)

- Laboratory of Wood Science - City University of Agriculture and Forestry

Ho Chi Minh City

- Laboratory of Forest Product Processing, Pulp and Paper - City University of Agriculture and Forestry Ho Chi Minh City

- Samples were processed in Wood Co Truong Tien (University of Agriculture and Forestry - Quarter 6, Linh Trung Ward, Thu Duc District, Ho Chi Minh City Ho Chi Minh City)

4 Research Methodology:

- Select the radio, in the form of cut, determine the target's physical and mechanical wood under the ISO from 340-1970 to 363 - 1970 and ASTM Research Center of Forest Product Processing - University City University of Agriculture and Forestry HCM

- Use Excel software and statistical methods to evaluate the results obtained

- The relationship between density and mechanical properties of expressed through the correlation equation

5 The results were:

♦ Composition characteristics:

- Structure of the Raw: Wood and wood core visual discrimination, visual light yellow, dark brown core Clear growth rings usually 3-4 mm wide The wood has a coarse and hard, heavy wood, wood grain deviation

- Microscopic structure: Wood Circuit largely single-hole circuit, double circuit loss sometimes coexist Loss order dispersion circuit, the average density of

4 holes/mm2 Hole diameter is 215 µm average circuit Regular single-stranded

sheet In xylem appeared to bits and contains a thin film Cells away from vessels and soft tissues surrounding the vessels Soft tissue cells dispersed away from the circuit Soft tissue cells stick to the right circuit, the serial wings developed into continuous ranges of deviation or interruption or wavy Tia homologies Beam width 1 to 3 cells 6-ray beam density / mm It contains the wooden beam

♦ Physical properties:

- Moisture absorption after 40 days of Cassia Siamea Lamk Wa = 11.54%

- Water absorption after 40 days of Cassia Siamea Lamk: Wn = 72.29%

- Bulk density ofCassia Siamea Lamk: Dcb = 0.73, D0= 0.78; Dkk = 0.83

- The rate of expansion of the timber dimensionsCassia Siamea Lamk : tangent dilatation ratio Yt = 5.62%, the rate of radial expansion Yx = 3.97%, the rate of expansion in length Yl = 0.97 %

- The rate of expansion of the Cassia Siamea Lamk: Yv = 11.44%

- The coefficient of expansion of :Cassia Siamea Lamk tangent direction Kt = 0.17, according to the radial direction Kx = 0.16, the length Kl = 0.04, volume expansion coefficient Kv = 0.77

- Saturated humidity and grain moisture balance: Wtb = 11.33%; Wbh= 27.38%

♦ Mechanical properties:

- Compressive stress along the Cassia Siamea Lamk: σnd = 693.76 (kG/cm2)

- Horizontal compressive stress: σnn = 126.56 (kG/cm2)

- Stresses of slid of the Cassia Siamea Lamk: σkd = 107.26 kG/cm2)

- Horizontal stress of the Cassia Siamea Lamk: σtn = 54.03 kG/cm2)

- Static bending stress of the Cassia Siamea Lamk: σut = 1020.8 kG/cm2)

- Stress cup of Cassia Siamea Lamk: σt = 69.25 (kG/cm)

- Tensile stress along the grain : σkd = 945.57 (kG/cm2)

- The hardness of the Cassia Siamea Lamk: 778.4 (kG/cm2)

MỤC LỤC

TRANG

TRANG TỰA i

LỜI CẢM TẠ ii

TÓM TẮT iii

SUMMARY vi

MỤC LỤC viii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xi

DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii

DANH SÁCH CÁC HÌNH xiv

DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ xvi

Chương 1MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 3

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

Chương 2TỔNG QUAN 4

2.1 Giới thiệu về cây Muồng đen 4

2.2 Tổng quan về cây Muồng đen 4

2.2.1 Nguồn gốc vùng phân bố tự nhiên 4

2.2.2 Đặc điểm hình thái 5

2.2.3 Đặc điểm sinh học 5

2.2.4 Giá trị sử dụng 6

Chương 3NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7

3.1 Vật liệu khảo sát 7

3.2 Nội dung nghiên cứu 7

3.3 Phương pháp nghiên cứu 7

3.4 Phương pháp khảo sát đặc điểm cấu tạo 8

3.4.1 Dụng cụ thí nghiệm 8

3.4.2 Khảo sát cấu tạo thô đại 8

3.4.3 Khảo sát cấu tạo hiển vi 8

3.5 Phương pháp khảo sát tính chất vật lý 10

3.5.1 Dụng cụ thí nghiệm 10

3.5.2 Xác định độ hút ẩm 10

3.5.3 Xác định độ hút nước 11

3.5.4 Xác định khối lượng thể tích 11

3.5.5 Xác định tỷ lệ dãn nở các chiều 13

3.5.6 Xác định tỷ lệ dãn nở thể tích 13

3.5.7 Xác định hệ số dãn nở 14

3.5.8 Xác định điểm bão hòa thớ gỗ 14

3.6 Phương pháp khảo sát tính chất cơ học 15

3.6.1 Dụng cụ thí nghiệm 16

3.6.2 Ứng suất nén dọc thớ 16

3.6.3 Ứng suất nén ngang thớ 17

3.6.4 Ứng suất trượt dọc thớ 17

3.6.5 Ứng suất trượt ngang thớ 18

3.6.6 Ứng suất uốn tĩnh 19

3.6.7 Ứng suất tách 20

3.6.8 Độ cứng 21

3.6.9 Ứng suất kéo dọc thớ 22

Chương 4KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23

4.1 Đặc điểm cấu tạo của gỗ Muồng đen 23

4.1.1 Đặc điểm cấu tạo thô đại 23

4.1.2 Đặc điểm cấu tạo hiển vi 24

4.2 Đặc điểm tính chất vật lý 27

4.2.1 Khối lượng thể tích 27

4.2.2 Độ hút ẩm 28

4.2.3 Độ hút nước 29

4.2.4 Tỷ lệ dãn nở các chiều 32

4.2.5 Hệ số dãn nở 33

4.2.6 Độ ẩm bão hòa thớ gỗ - Độ ẩm thăng bằng 33

4.3 Tính chất cơ học 35

4.3.1 Ứng suất nén dọc 36

4.3.2 Ứng suất nén ngang thớ 37

4.3.3 Ứng suất trượt 39

4.3.4 Ứng suất uốn tĩnh 41

4.3.5 Ứng suất tách 42

4.3.6 Độ cứng 43

4.3.7 Ứng suất kéo dọc thớ 44

Chương 5KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

5.1 Kết luận 47

5.2 Kiến nghị 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

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

σut Ứng suất uốn tĩnh (kG/cm2)

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

ASTM American Society for Testing and Materials

(Hiệp hội Kiểm nghiệm và vật liệu)

KLTT Khối lƣợng thể tích

DTTN Diện tích tự nhiên

LT, TN Lý thuyết, thực nghiệm

Đ.T.M Đặc trƣng mẫu

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Bảng phân cấp kích thước tế bào mạch gỗ 25

Bảng 4.2: Bảng phân cấp các đặc điểm của mạch gỗ 25

Bảng 4.3: Bảng phân cấp các đặc điểm của tia gỗ 25

Bảng 4.4: Khối lượng thể tích của gỗ Muồng đen (g/cm3) 27

Bảng 4.5: Bảng phân nhóm gỗ theo KLTT theo TCVN 1072 – 1971 27

Bảng 4.6: Độ hút ẩm của gỗ Muồng đen 28

Bảng 4.7: So sánh độ hút ẩm của gỗ Muồng đen với một số loại gỗ 29

Bảng 4.8: Độ hút nước của gỗ Muồng đen 30

Bảng 4.9: So sánh độ hút nước của gỗ Muồng đen với một số loại gỗ 31

Bảng 4.10: Tỷ lệ dãn nở của gỗ Muồng đen 32

Bảng 4.11: So sánh tỷ lệ dãn nở của gỗ Muồng đen với một số loại gỗ 32

Bảng 4.12: Hệ số dãn nở của gỗ Muồng đen 33

Bảng 4.13: Độ ẩm bão hòa thớ gỗ - Độ ẩm thăng bằng của gỗ Muồng đen 34

Bảng 4.14: So sánh độ ẩm bão hòa của gỗ Muồng đen với một số loại gỗ 34

Bảng 4.15: Hệ số α điều chỉnh độ ẩm 35

Bảng 4.16: Tính chất cơ lý của gỗ theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1072 – 71) 35

Bảng 4.17: Ứng suất nén dọc thớ của gỗ Muồng đen 36

Bảng 4.18: So sánh ứng suất nén dọc của gỗ Muồng đen với một số loại gỗ 36

Bảng 4.19: Ứng suất nén ngang thớ toàn bộ 38

Bảng 4.20: So sánh ứng suất nén ngang của gỗ Muồng đen với một số loại gỗ 38

Bảng 4.21: Ứng suất trượt dọc của gỗ Muồng đen 39

Bảng 4.22: Ứng suất trượt ngang của gỗ Muồng đen (kG/cm2) 39

Bảng 4.23: So sánh ứng suất trượt dọc của gỗ Muồng đen với một số loại gỗ 40

Bảng 4.24: Ứng suất uốn tĩnh của gỗ Muồng đen 41

Bảng 4.25: so sanh ứng suất uốn tĩnh của gỗ Muồng đen với một số loại gỗ 41

Bảng 4.26: Phân hạng gỗ theo cường độ 42

Bảng 4.27: Ứng suất tách của gỗ Muồng đen 42

Bảng 4.28: Phân hạng gỗ theo độ cứng (kG/cm2) mặt cắt ngang 43

Bảng 4.29: Độ cứng của gỗ Muồng đen 43

Bảng 4.30: Ứng suất kéo dọc thớ của gỗ Muồng đen 44

Bảng 4.31: Một số đặc điểm cấu tạo của gỗ Muồng đen 44

Bảng 4.32: Một số tính chất vật lý của gỗ Muồng đen 45

Bảng 4.33: Một số tính chất cơ học của gỗ Muồng đen 46

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Một số hình ảnh của cây Muồng đen 4

Hình 3.1: Mẫu xác định độ hút ẩm 10

Hình 3.2: Mẫu xác định độ hút nước 11

Hình 3.3: Mẫu xác địnhkhối lượng thể tích, dãn nở thể tích,dãn nở các chiều 12

Hình 3.4: Mẫu thí nghiệm ứng suất nén dọc thớ 16

Hình 3.5: Mẫu thí nghiệm ứng suất nén ngang thớ toàn bộ 17

Hình 3.6: Mẫu thí nghiệm ứng suất trượt dọc thớ 18

Hình 3.7: Mẫu thí nghiệm ứng suất trượt ngang thớ 19

Hình 3.8: Mẫu thí nghiệm ứng suất uốn tĩnh 20

Hình 3.9: Mẫu thí nghiệm ứng suất tách 21

Hình 3.10: Mẫu thí nghiệm độ cứng 21

Hình 3.11: Mẫu thí nghiệm ứng suất kéo dọc thớ 22

Hình 4.2: Mặt cắt ngang, tiếp tuyến, xuyên tâm của gỗ Muồng đen 24

Hình 4.3: Chất chứa trong mạch gỗ, tế bào tia gỗ 25

DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ

Đồ thị 4.1: Sức hút ẩm của gỗ Muồng đen 28

Đồ thị 4.2: Sức hút nước của gỗ Muồng đen 30

Đồ thị 4.3: Mối quan hệ giữa độ hút nước và khối lượng thể tích 31

Đồ thị 4.4: Đường biểu diễn TN và LT sự tương quan giữa KLTT 37

và ứng suất nén dọc 37

Đồ thị 4.5: So sánh ứng trượt dọc của gỗ Muồng đen với các loại gỗ 40

Khi xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu sử dụng gỗ của con người ngày càng tăng, để đáp ứng được nhu cầu đó con người đã khai thác gỗ ngày càng nhiều hơn và cùng với những nguyên nhân khách quan như cháy rừng, sâu bệnh Đã dẫn đến diện tích rừng ngày càng thu hẹp, trữ lượng gỗ giảm một cách đáng kể Cùng với nhu cầu sử dụng gỗ ngày càng cao nghành chế biến lâm sản cũng không ngừng phát triển Đây là một dấu hiệu đáng mừng, song điều đáng lo ngại là nguồn nguyên liệu gỗ lại đang thiếu hụt trầm trọng với 80% nguồn nguyên liệu gỗ phải nhập khẩu

Một trong những giải pháp mà ngành chế biến Lâm Nghiệp đang rất quan tâm đó là việc trồng rừng mới nhằm khôi phục lại nhiều diện tích rừng đã bị mất

và tạo nguồn nguyên liệu ổn định hơn cho ngành chế biến lâm sản.Tuy nhiên với mức tiêu thụ gỗ ngày càng tăng thì nguồn nguyên liệu gỗ rừng trồng cũng không đáp ứng đủ cho nhu cầu sử dụng hiện nay Do vậy, việc tối ưu hóa sử dụng gỗ và tìm ra những nguồn nguyên liệu mới để phục vụ cho sản xuất là vấn đề quan trọng nhất

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Ngành chế biến lâm sản đã có bước phát triển mạnh, từng bước đáp ứng nhu cầu trong nước, đóng góp ngày càng lớn vào kim ngạch xuất khẩu Trong cơ cấu thị trường xuất khẩu đồ gỗ của Việt Nam năm 2012: Thị trường Hoa Kỳ dẫn đầu đạt 1,721 tỷ ÚSD chiếm 37% tổng kim ngạch xuất khẩu của ngành; sang UE đạt 0,928 tỷ USD, chiếm 20%; sang Trung Quốc đạt 0,844 tỷ USD, chiếm 16%; đến Nhật Bản đạt 0,638 tỷ USD, chiếm 14% tổng kim ngạch xuất khẩu của ngành Hầu hết các thị trường tiêu thụ lớn đều tăng trưởng mạnh, như: Hoa Kỳ tăng 27%, Trung Quốc tăng 11%, Nhật Bản tăng 14,2% so với năm 2011 Đặc biệt, vài năm gần đây thị trường Trung Quốc nhập khẩu gỗ và sản phẩm gỗ của Việt Nam với giá trị tăng nhanh một cách chóng mặt Trong đó, đáng báo động là xuất khẩu gỗ nguyên liệu sang Trung Quốc đang tăng nhanh, sẽ là một nguy cơ càng gây thiếu nguyên liệu cho các nhà sản xuất ván nhân tạo của Việt Nam.Tuy nhiên bên cạnh đó, sức cạnh tranh của các doanh nghiệp cũng ngày càng gay gắt hơn, tất cả các doanh nghiệp cần phải tổ chức lại sản xuất đổi mới công nghệ, thiết bị

để giảm giá thành sản xuất, tăng chất lượng sản phẩm, tăng sức cạnh tranh trên thị trường thế giới

Để sử dụng nguồn nguyên liệu gỗ một các hợp lý, tiết kiệm, điều trước tiên

là phải nghiên cứu những đặc tính cơ bản của nó Thật vậy, trong quá trình chế biến gỗ, vấn đề tìm hiểu các đặc điểm cấu tạo và cơ lý của gỗ có tầm quan trọng

đặc biệt, vì đó là cơ sở để xây dựng các quá trình công nghệ thích hợp cho từng loại gỗ

Cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của ngành chế biến gỗ Việt Nam, các doanh nghiệp chế biến gỗ đã đưa ra thị trường các sản phẩm có chất lượng cao, mẫu mã đẹp, đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu Tuy nhiên, các dấu hiệu về đặc điểm cấu tạo và tính chất cơ lý của một số loại gỗ chưa được

hệ thống hóa một cách đầy đủ, để phục vụ cho nhu cầu nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất Vì vậy, xuất phát từ những vấn đề trên, cùng với sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Thị Ánh Nguyệt, chúng tôi đã tiến hành đề tài: “Khảo sátcấu tạo và tính chất cơ lý của gỗ Muồng đen”

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định các đặc điểm cấu tạo thô đại, cấu tạo hiển vi và một số chỉ tiêu cơ

lý của gỗ làm cơ sở cho việc định danh, phân loại, giải thích bản chất các hiện tượng trong quá trình gia công và sử dụng gỗ Muồng đen Từ đó vận dụng vào trong thực tế để xây dựng công nghệ phù hợpvà xác định hướng sử dụng gỗ Muồng đen để sử dụng loại gỗ này đạt hiệu quả cao hơn

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: việc nghiên cứu các đặc điểm cấu tạo, tính chất cơ lý của

gỗ không chỉ có ý nghĩa chuẩn đoán xác định gỗ trên thị trường và trong sử dụng

mà còn nhiều ý nghĩa lý thuyết trong hệ thống thực vật và tiến hóa

Ý nghĩa thực tiễn: là cơ sở giải thích bản chất các hiện tượng sản sinh trong quá trình gia công chế biến và sử dụng gỗ Đồng thời, trên cơ sở hiểu biết về cấu tạo gỗ thì chúng ta có phương pháp bảo quản sao cho phù hợp Và cung cấp số liệu cần thiết cho việc tinh toán thiết kế hợp lý, xây dựng các phương pháp gia công mới nhằm nâng cao khả năng lợi dụng gỗ, đề xuất quy trình công nghệ thích hợp nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cao

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu về cây Muồng đen

Tên Việt Nam : Muồng đen

Tên địa phương : Muồng xiêm,Muồng vàng

Tên các nước lân cận : May xathone( Lào – Thái)

Tên thương phẩm : Murasaki Taceyasen, Kassod tree

Tên khoa học : Cassia Siamea Lamk

Họ thực vật : Caesalpiniaceeae

Hình 2.1: Một số hình ảnh của cây Muồng đen 2.2 Tổng quan về cây Muồng đen

2.2.1 Nguồn gốc vùng phân bố tự nhiên

Trên thế giới: Muồng đen là cây của vùng Đông Nam Á, Nam Á và Nam Trung Quốc Thường gặp ở Ấn độ, Myanmar, Thái Lan, Lào, Cămpuchia, Malaysia, Indonesia Hiện nay, cây Muồng đen đã được trồng ở hầu hết các nước thuộc vùng nhiệt đới trên thế giới

Tại Việt Nam: Cây mọc nhiều ở các tỉnh phía Nam, từ Quảng Bình trở vào Tập trung nhiều ở các tỉnh Tây Nguyên: Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắc, Lâm Đồng và Đồng Nai Ở các tỉnh miền Bắc Muồng đen thường được trồng để làm cây bóng mát

và cây che bóng cho cây công nghiệp như chè

2.2.2 Đặc điểm hình thái

Cây gỗ cao 15-20m, đường kính 50- 60cm; tán lá rộng, rậm, xanh mướt; thân hình trụ vặn xoắn, vỏ xám nâu, nứt nhỏ lông đều đặn, thỉnh thoảng tạo thành múi do thân vặn Cây phân cành sóm, cành non có khía phủ lông mịn

Lá kép lông chim một lần, chẵn, mọc cách, dài 10 - 25cm, cuống lá dài 2 - 3cm Lá nhỏ 7- 15 đôi, hình bồ dục dài, dài 3-7cm, rộng 1 - 2cm, đầu tròn hay lõm, với 1 mũi kim ngắn; gốc lá tròn Lá kèm nhỏ sớm rụng

Cụm hoa chùy ở đàu cành Lá bắc hình trứng ngược, đầu có mũi nhọn dài, cánh đài hình tròn dày, không bằng nhau, mặt ngoài phủ lông nhung Cánh tràng mềm màu vàng tươi, hình trứng ngược, rộng, có móng ngắn Nhị mọc ở đỉnh Bầu phủ lông mịn, vòi nhẵn

Quả đậu dẹt, nhẵn, lượn sóng; mép có gờ nổi rõ, dài 20- 30cm, rộng 1- 1,5cm, khi non màu xanh lục Khi già đen Hạt 20- 30, hình bầu dục dẹt, vỏ cứng, màu nâu nhạt Một kilogam khoảng 32000-36000 hạt

rừng thứ sinh ở độ cao dưới 1.200m chúng thường chiếm tầng trên hay mọc ở rìa rừng Tái sinh tốt nơi đất trống Trong điều kiện đất tốt, đủ nước, nhiệt độ cao, Muồng đen thay lá rất nhanh và không rụng lá toàn phần, nhưng trong điều kiện khô hạn và nhiệt độ thấp, cây rụng lá toàn bộ trong mùa đông ( như ở Trung Quốc) Cây không kén đất, nhưng không chịu được nơi đất thấp, không thoát nước, dễ bị úng, ngập trong mùa mưa

Cây tái sinh bằng hạt tốt nơi đất trống, đủ ẩm; tái sinh chồi cũng tốt; chịu được cắt tỉa mạnh Mùa hoa tháng 5-6, quả chín tháng 11 - 12 Cũng có khi ra hoa tháng 10-12, quả chín tháng 2-4 năm sau

2.2.4 Giá trị sử dụng

Do có tán lá tròn, tạo bóng râm tốt, lá gần như xanh quanh năm, không rụng hoàn toàn, chỉ thay lá dần từ tháng 1 đến tháng 3 và hoa đẹp, mỗi năm có 2 vụ hoa(tháng 4-5 và tháng 9-10), lại dễ trồng Vì thế, Muồng đen đã được trồng khá phổ biến để làm cây bóng mát dọc đường phố hoặc cây làm cảnh trong các công viên của Việt Nam Hầu hết các tỉnh của Việt Nam đều trồng loại cây này Hiện nay Muồng đen được trồng rộng rãi để lấy gỗ, trồng rừng phòng hộ, trồng làm cây phù trợ cho cây nông nghiệp và công nghiệp như chè, cà phê, trồng cải tạo đất và lấy bóng mát Hoa Muồng đen không hắc, không hấp dẫn ruồi, bọ; bộ rễ của cây rất khỏe, rễ cái ăn khá sâu, nhiều rễ ngang ngang nhờ vậy cây ít bị nghiêng, đổ khi gió bão lớn, lại rất chịu hạn nên nhiều nơi trồng Muồng đen làm cây chắn gió bảo vệ đô thị

Gỗ Muồng đen cứng, nặng, vòng sinh trưởng rõ, có giác lõi phân biệt nên được xếp vào gỗ nhóm I với các đặc tính cơ lý tốt nên được dùng trong những kết cấu chịu lực, chủ yếu trong xây dựng và giao thông vận tải

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Vật liệu khảo sát

Vật liệu khảo sát là các mẫu gỗ Muồng đen lấy ở dạng gỗ xẻ Các mẫu dùng

để khảo sát đặc điểm cấu tạo, tính chất cơ lý hóa được lấy từ các thanh gỗ chưa qua

xử lý, không bị khuyết tật, không bị nứt, không bị mối mọt sau đó được gia công theo TCVN và theo tiêu chuẩn ASTM của trung tâm nghiên cứu Chế biến lâm sản – Trường Đại học Nông Lâm TP HCM tại công ty gỗ Trường Tiền

3.2 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu đề ra, đề tài xác định những nội dung nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo thô đại và hiển vi của gỗ Muồng đen

- Nghiên cứu tính chất vật lý của gỗ Muồng đen: Độ hút ẩm, độ hút nước, khối lượng thể tích, độ dãn nở, điểm bão hòa thớ gỗ, hệ số dãn nở

- Nghiên cứutính chất cơ học của gỗ Muồng đen: Ứng suất nén, ứng suất trượt, ứng suất uốn tĩnh, độ cứng, ứng suất tách, ứng suất kéo dọc thớ

3.3 Phương pháp nghiên cứu

- Về cấu tạo: Quan sát bằng mắt thường, kính lúp và kính hiển vi Mẫu quan sát cấu tạo hiển vi được cắt trên máy cắt vi phẩu A.O Sliding microtom với độ dày phẫu thức là 18 – 22 µm, tiến hành khử nước, nhuộm màu và cố định trên phẫu thức bằng keo Bal (Canada) Quan sát kính hiển vi có độ phóng đại X 40, X 100 lần Các mẫu thử tính chất cơ lý hóa được gia công theo TCVN, tiêu chuẩn ASTM

- Về khối lượng thể tích: Dùng phương pháp cân đo (dùng thước pame để đo kích thước mẫu và dùng cân điện tử để xác định khối lượng mẫu)

- Về độ ẩm: Dùng tủ sấy thí nghiệm để sấy mẫu đến khối lượng khô

- Về tính chất cơ học: Máy thử tính chất cơ học

- Phương pháp xử lý số liệu: Xử lý trên máy tính bằng phần mềm Microsoft Excel Áp dụng phương pháp phân tích hồi qui để mô hình hóa đường hồi quy thực nghiệm theo dạng của hàm toán học biểu diễn kết quả nghiên cứu

3.4 Phương pháp khảo sát đặc điểm cấu tạo

- Lame, đĩa pectri, cọ, băng keo, dao lam, kéo, giấy thấm

3.4.2 Khảo sát cấu tạo thô đại

Mẫu gỗ dùng cho khảo sát thô đại chưa qua xử lý được gia công với kích thước 20x50x100 mm (100 mm theo chiều dọc thớ gỗ) được quan sát dưới kính lúp

có độ phóng đại X 10 Dùng dao thật bén cắt một nhát ở vị trí khảo sát, tạo ra bề mặt thật phẳng, không bị xơ xướt, dùng kính lúp quan sát trên các mặt cắt có thể quan sát các hình thức phân bố lỗ mạch, tia gỗ, chiều thớ gỗ, vòng sinh trưởng Bằng các giác quan có thể nhận biết màu sắc, mùi vị, độ nặng nhẹ, …

3.4.3 Khảo sát cấu tạo hiển vi

Để khảo sát cấu tạo hiển vi cần phải có các tiêu bản rất mỏng không có bọt khí (độ dày 18 – 22 μm) được cắt theo ba chiều tiếp tuyến, xuyên tâm, mặt cắt ngang và được quan sát dưới kính hiển vi có độ phóng đại X 40, X 100 Để có được tiêu bản mỏng, ta phải tiến hành gia công mẫu với kích thước 10x10x15 mm (15

mm theo chiều dọc thớ gỗ) và thực hiện như sau:

Mẫu gỗ được làm mềm bằng cách nấu gỗ trên nồi cách thủy Cách này có ưu điểm là không làm hỏng thể bít nhưng thời gian làm mềm gỗ lâu hơn so với các

phương pháp khác Do đó có thể tăng nhanh quá trình làm mềm gỗ, ta thay định kỳ nước nóng bằng nước lạnh khoảng 2 giờ/lần và tiếp tục đun nhằm loại bỏ không khí

ra khỏi gỗ và làm mềm gỗ Sau khi làm mềm, mẫu được kẹp trên máy cắt vi phẫu A.O Sliding Microtom Mỗi lát cắt có độ dày 18 – 22 μm Dùng cây cọ vẽ đưa phẫu thức vào đĩa pectri có chứa nước cất Để các phẩu thức mỏng không bị phá vỡ các tế bào gỗ thì dao cắt phải luôn sắc bén và gỗ phải luôn ở trạng thái nóng Các phẫu thức được bảo quản trong nước cất , chỉ chọn những phẫu thức mỏng có cấu tạo hoàn hảo, không bị nứt Phẫu thức được khử nước bằng cách lần lượt ngâm qua 5 đĩa pectri có chứa dung dịch nước và cồn với tỷ lệ cồn/nước : 1/10, 3/10, 5/10, 7/10

và sau cùng là cồn tuyệt đối Các dung dịch này có tác dụng loại nước liên kết trong phẫu thức ra một cách từ từ, tránh sự co rút đột ngột có thể làm tế bào bị co rút Thời gian khử nước qua mỗi tỷ lệ cồn/nước khoảng 15 phút Sau khi khử nước, các phẫu thức được đem ngâm trong thuốc nhuộm được dùng là safranin đỏ Thuốc nhuộm được pha chế bằng cách trộn lẫn safranin bão hòa trong cồn và dung dịch bão hòa aniline trong cồn với tỷ lệ bằng nhau Dung dịch này cần được giữ ổn định một thời gian trước khi dùng Muốn có tiêu bản sáng đẹp cần phải giữ phẩu thức trong dung dịch thuốc nhuộm khoảng 15 phút Sau khi nhuộm màu có thể rửa lại bằng dung dịch cồn tuyệt đối để loại bỏ màu thừa Sau cùng phẫu thức được hơ nóng và làm sáng bằng xylem Sử dụng lame có kích thước với chiều dài : rộng : dày là 75 : 15 : 1,2 mm Mỗi lame được định vị 3 phẩu thức tương ứng với mặt cắt ngang được định hướng sao cho tia gỗ vuông góc với cạnh dài của lame Các mặt tiếp tuyến và xuyên tâm được bố trí sao cho chiều dọc thớ vuông góc với chiều dọc thớ vuông góc với cạnh dài của lame

Để tránh hiện tượng tạo bọt khí ta nên đậy kính xuống từ từ Để đo đếm mật

độ lỗ mạch, tia gỗ dùng giấy bóng kính khoét sẵn lỗ vuông cạnh 1mm được đặt trên kính hiển vi tại vị trí quan sát (với kính hiển vi có độ phóng đại là X 100) và thước Rắcvi để đo đếm cho mỗi chỉ tiêu với số lần lặp lại là 10, sau đó lấy giá trị trung bình

3.5 Phương pháp khảo sát tính chất vật lý

Tính chất vật lý của gỗ bao gồm các vấn đề: Độ ẩm, độ hút ẩm, độ hút nước,

độ co rút và dãn nở các chiều, độ co rút và dãn nở thể tích, khối lượng 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

3.5.1 Dụng cụ thí nghiệm

- Tủ sấy có nhiệt độ sấy 100±50C

- Cân điện tử với độ chính xác 0,01 (g)

- Thước kẹp có độ chính xác 0,02 mm

- Bình hút ẩm

3.5.2 Xác định độ hút ẩm

Thí nghiệm xác định độ hút ẩm của gỗ được thực hiện theo TCVN 359 –

1970 Mẫu gỗ có kích thước 30×30×10 mm (10 mm theo chiều dọc thớ) Các mẫu được sấy đến khô kiệt với nhiệt độ tăng dần từ 400C đến 900

C (mỗi 6 giờ tăng lên

50C) và cân khối lượng chính xác đến 0,01 g ta được giá trị m0 Sau khi cân, cho mẫu vào bình hút ẩm có độ ẩm tương đối 80% ( để có độ ẩm tương đối 80 %, bình hút ẩm đựng dung dịch Na2CO3.10H2O bão hòa và giữ

ở nhiệt độ t = 32±20

C).Sau từng thời gian nhất định: 24 giờ cân lần thứ nhất, về sau vào ngày thứ 1, 2, 10, 13,

16, 28, 35, 40 sẽ tiến hành cân, ta được giá trị ma Thời

gian theo dõi tối thiểu là 30 ngày Nếu giữa hai lần theo

dõi độ ẩm chênh lệch nhau không quá 2 % thì có thể kết

thúc thí nghiệm

Độ hút ẩm được tính theo mcông thức:

Wa = (ma – m0)×100 / m0 (3.6) Trong đó: Wa: Độ hút ẩm (%)

m0: Khối lượng gỗ khô kiệt (g)

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

Hình 3.1: Mẫu xác

định độ hút ẩm

3.5.3 Xác định độ hút nước

Độ hút nước là năng lực lấy nước vào gỗ khi ngâm nó 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

Thí nghiệm về khả năng hút nước của gỗ được thực hiện theo TCVN 360 –

1970 Mẫu gỗ có kích thước là 30×30×10 mm ( 10 mm theo chiều dọc thớ) Mẫu sau khi được sấy đến khô kiệt được lấy ra cân khối

lượng với độ chính xác 0,01 g, ta được giá trị m0 Cân

xong cho vào chậu nước để mẫu hút nước tự do Sau

từng thời gian nhất định: 2 giờ cân lần thứ nhất, ngày

thứ 2, 8, 11 , 13, 20, 30, 40 sẽ tiến hành cân, ta được

giá trị ma Thời gian theo dõi tối thiểu là 30 ngày đêm

Về sau cứ 10 ngày cân lại các mẫu gỗ cho đến khi thấy

khối lượng không đổi thì kết thúc thí nghiệm

Khối lượng thể tích không những tùy thuộc vào loài cây mà trong cùng một loài với điều kiện sinh trưởng khác nhau (đất đai, độ ẩm, khí hậu, ánh sáng, …) sẽ

có khối lượng thể tích khác nhau Ngoài ra, trong một cây gỗ, khối lượng thể tích giữa phần gốc và ngọn cũng khác nhau Gỗ tăng trưởng nhanh thì mềm và nhẹ Gỗ

có khối lượng thể tích khác nhau thì sức co dãn cũng sẽ khác nhau

Hình 3.2: Mẫu xác định độ

hút nước

Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích của gỗ được thực hiện theo TCVN

362 – 1970 Mẫu gỗ có kích thước 20×20×30 mm ( 30 mm theo chiều dọc thớ) Dùng thước kẹp đo kích thước 3 chiều để tính thể tích gỗ, sau đó cân khối lượng mẫu

Khối lượng thể tích cơ bản:

Dcb = m0/Vt (g/cm3) (3.8) Khối lượng thể tích khô trong không khí:

Dkk= mkk/Vkk (g/cm3) (3.9) Khối lượng thể tích khô kiệt:

D0 = D0 = m0/V0(g/cm3) (3.10) Trong đó: m0, mkk: Khối lượng gỗ khô kiệt, khô trong không khí (g)

Vt, Vkk, V0: Thể tích gỗ tươi, khô trong không khí, khô kiệt (cm3) Khối lượng thể tích cơ bản là chỉ tiêu ổn định nhất và cả hai yếu tố để tính là những trị số không thay đổi và phản ánh đúng khái

niệm của khối lượng thể tích là lượng thực chất gỗ

(m0) trên một đơn vị thể tích (Vmax) Do vậy nó

thường được dùng để so sánh các loại gỗ với nhau

Tiến hành đo các kích thước theo các chiều

của mẫu và cân khối lượng của mẫu ở 3 trạng thái

tươi, khô trong không khí, khô kiệt Gỗ tươi là gỗ

mới chặt hạ Gỗ khô trong không khí là gỗ hong

phơi tự nhiên trong không khí, mỗi ngày cân một

lần ở cùng điều kiện nhiệt độ t = 320C và cùng độ

ẩm φ = 50 %, cho đến khi cân ba lần liên tiếp mà khối lượng không thay đổi hoặc sai số nhỏ hơn 0,05 g Gỗ khô kiệt là gỗ được sấy trong tủ sấy đến khô kiệt (3 lần cân liên tiếp mà khối lượng không đổi hoặc chênh lệch không quá 0,02 g) Mẫu phải

Hình 3.3: Mẫu xác địnhkhối

lượng thể tích, dãn nở thể tích,dãn nở các chiều

được bao bọc kỹ không cho tiếp xúc với không khí, phải cân đo ngay lập tức tránh

để gỗ hút ẩm trở lại sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác trong quá trình khảo sát

3.5.5 Xác định tỷ lệ dãn nở các chiều

Khi độ ẩm thay đổi, thể tích gỗ cũng thay đổi, gây nên hiện tượng dãn nở Sức co dãn của gỗ được biểu thị bằng tỷ lệ % giữa lượng dãn nở so với kích thước ban đầu gọi là tỷ lệ dãn nở

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 thớ) Đo kích thước 3 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 (3.11)

+ Chiều xuyên tâm: Yx = (a2 – a1)×100 / a1 (3.12)

+ Chiều tiếp tuyến: Yt = (b2 – b1)×100 / b1 (3.13)

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

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

Tỷ lệ dãn nở thể tích được tính theo công thức:

Trong đó: V2: Thể tích gỗ ngâm nước bão hòa (cm3)

V1: Thể tích gỗ khô kiệt (cm3) 3.5.7 Xác định hệ số dãn nở

Tỷ lệ dãn nở cho biết sức dãn nở tối đa của một loại gỗ Để so sánh khả năng dãn nở của các loại gỗ với nhau người ta dùng hệ số dãn nở, nhằm xác định mức độ

mà gỗ sẽ dãn nở khi thay đổi 1% độ ẩm trong khoảng dưới điểm bão hòa thớ gỗ

Tương tự hệ số dãn nở theo các chiều được tính theo công thức:

Kl = (lH – l0)×100 / (l0 × H) (3.16)

Kt = (bH – b0×100 / (b0 × H) (3.18) Trong đó: l0, a0, b0: Kích thước gỗ khô kiệt (cm3

)

lH, aH, bH: Kích thước gỗ ở độ ẩm thí nghiệm (cm 3

) H: Độ ẩm thí nghiệm

3.5.8 Xác định điểm bão hòa thớ gỗ

Nếu đặt gỗ tươi, gỗ ướt trong môi trường nào đó (môi trường không khí hay môi trường sấy…) có nhiệt độ, độ ẩm tương đối của không khí, nước trong gỗ sẽ thoát ra ngoài Khi nước tự do thoát hết, nước thấm còn bão hòa trong vách tế bào Điểm đó gọi là điểm bão hòa thớ gỗ và độ ẩm của gỗ lúc này gọi là độ ẩm bão hòa thớ gỗ Ngược lại, nếu đặt gỗ khô kiệt hoặc gỗ khô trong môi trường nào đó (môi trường nhân tạo) với nhiệt độ và độ ẩm không khí nhất định của môi trường, gỗ sẽ hút hơi nước Khi nước thấm bão hòa trong vách tế bào và nước tự do bắt đầu xuất hiện thì điểm đó gọi là điểm bão hòa thớ gỗ và độ ẩm lúc này gọi là độ ẩm bão hòa

thớ gỗ Nói cách khác, điểm bão hòa thớ gỗ là ranh giới giữa nước thấm và nước tự

do Độ ẩm bão hòa thớ gỗ được xác định bởi lượng nước thấm tối đa trong gỗ

Độ ẩm bão hòa thớ gỗ được xác định theo công thức:

Wbh% = (YVdn×100) / KV (3.19)

Trong đó: YVdn: Tỷ lệ dãn nở thể tích (%)

KV: Hệ số dãn nở thể tích (%)

3.6 Phương pháp khảo sát 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 Nghiên cứu tính chất cơ học của gỗ không những cung cấp cho người sử dụng những số liệu cần thiết làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế hợp lý, giải quyết mâu thuẫn giữa việc đảm bảo an toàn và tiết kiệm nguyên vật liệu, làm tiền đề tìm ra các phương pháp gia công mới và nâng cao khả năng lợi dụng gỗ ngày càng có hiệu quả

Trong quá trình gia công chế biến và sử dụng, gỗ thường chịu tác dụng của lực bên ngoài Khả năng chống lại tác động của ngoại lực là tính chất cơ học còn gọi là cường độ gỗ Khi bị tác động, các phần tử bên trong gỗ sản sinh nội lực chống lại, đó là ứng lực Ứng lực bằng ngoại lực về trị số nhưng ngược chiều Để đánh giá khả năng chịu lực của vật liệu người ta dựa vào ứng suất “ứng suất là ứng lực trên một đơn vị diện tích chịu lực”

Một 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 tốn gỗ, đòi hỏi máy 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 nhất định

Cường độ cơ học của gỗ có 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

- Mẫu gỗ được lấy theo TCVN 363 – 1970 với kích thước 20×20×30 mm

- Nguyên tắc thử ứng suất: Lực P đặt vào mẫu thử phải đúng tâm và vuông góc với mặt phẳng chịu lực, hướng theo phương dọc thớ, tốc độ V = 4 (mm/phút)

- Hình thức phá hoại: Thớ gỗ thường bị “sụn” ở vị trí tiếp xúc với tia gỗ

Hình 3.4: Mẫu thí nghiệm ứng suất nén dọc thớ

- Công thức tính ứng suất nén dọc thớ:

nd = PMax / (a × b) (3.20) Trong đó: Pmax: Lực phá hoại (kG)

a, b: Kích thước tiết diện ngang của mẫu thử (cm)

3.6.3 Ứng suất nén ngang thớ

Nguyên tắc thử ứng suất: Trong thí nghiệm xác định sức chịu ép ngang thớ

gỗ, không thể nào tìm được cường độ tối đa, mà chỉ xác định được ứng lực ở giới hạn tỷ lệ Để xác định giới hạn tỷ lệ cần dùng đồng

hồ đo độ biến dạng của mẫu gỗ Tiếp tục tăng lực

đến khi vượt ra ngoài giới hạn bền nghĩa là biến

dạng không theo tỷ lệ thì dừng lại

- Ứng suất nén ngang thớ toàn bộ: Mẫu gỗ

được gia công theo TCVN 363 – 1970 với kích

thước 20×20×30 mm

+ Thử mẫu: Tiến hành thử nén ngang

toàn bộ theo hai phương xuyên tâm và tiếp

tuyến trên từng mẫu riêng lẻ Đầu nén đặt thẳng góc với chiều dài mẫu tại chính giữa Tăng lực cho đến khi vượt ra ngoài giới hạn đàn hồi thì dừng, tốc độ V = 4 (mm/phút)

+ Công thức tính ứng suất nén ngang thớ toàn bộ:

σnntb = P / (a × l)(kG/cm2

Trong đó: P: Lực tác dụng trong giới hạn đàn hồi (kG)

a: Bề rộng mẫu thử (cm) l: Chiều dài mẫu thử (cm)

3.6.4 Ứng suất trượt dọc thớ

Mẫu được gia công theo tiêu chuẩn ASTM, với kích thước 50×50×63 mm Tùy theo dạng thử, gia công mẫu sao cho mặt phẳng trượt là mặt phẳng xuyên tâm hay tiếp tuyến

- Nguyên tắc thử ứng suất trượt: Điều khiển tăng lực P cho đến khi chuyển dời vị trí tương đối giữa hai bộ phận gần nhau, lực liên kết của licnin và các

Hình 3.5: Mẫu thí nghiệm ứng

suất nén ngang thớ toàn bộ

mixencellulose, lớp keo ở màng giữa của các tế bào sản sinh ra ứng lực dọc thớ gỗ Tốc độ tăng lực 12.000 ± 500 (N/phút)

- Hình thức phá hủy của mẫu: Hai bộ phận của mẫu tách rời nhau

Hình 3.6: Mẫu thí nghiệm ứng suất trượt dọc thớ

- Công thức tính ứng suất trượt dọc thớ:

σtd = PMax / (b × l)(kG/cm2) (3.22) Trong đó: Pmax: Lực tác dụng (kG)

b, l: Kích thước mặt trượt của mẫu thử (cm)

3.6.5 Ứng suất trượt ngang thớ

Mẫu được gia công theo tiêu chuẩn ASTM, với kích thước 50×50×63 mm Tùy theo dạng thử, gia công mẫu sao cho mặt phẳng trượt là mặt phẳng xuyên tâm hay tiếp tuyến

- Nguyên tắc thử ứng suất: Khi lực tác động vuông góc với chiều thớ gỗ làm cho hai bộ phận rời khỏi nhau thì lực liên kết giữa các phần tử tạo nên gỗ theo chiều ngang thân cây sẽ sản sinh ra ứng lực trượt ngang của gỗ Tốc độ tăng lực V = 0,6 mm/phút

- Hình thức phá hủy của mẫu: Hai bộ phận của mẫu tách rời nhau

Hình 3.7: Mẫu thí nghiệm ứng suất trượt ngang thớ

- Công thức tính ứng suất trượt ngang thớ:

σtn = PMax / (b × l)(kG/cm2

Trong đó: Pmax: Lực tác dụng (kG)

b, l: Kích thước mặt trượt của mẫu thử (cm) 3.6.6 Ứng suất uốn tĩnh

Mẫu được gia công theo tiêu chuẩn ASTM, với kích thước 25×25×410 mm (410 mm theo chiều dọc thớ)

- Nguyên tắc thử ứng suất: Mẫu gỗ được đặt trên hai gối tựa hình chữ nhật cố định.Cự ly hai gối là 360 mm Điểm đặt lực tại điểm giữa của dẩm Tốc độ tăng lực

V = 1,3 mm/phút Các loại gỗ lá rộng được quy định hướng tác động của lực theo chiều tiếp tuyến

- Hình thức phá hủy của mẫu: Sợi gỗ bị phá hủy tại mặt đối diện với mặt tác dụng lực

-

Công thức tính ứng suất uốn tĩnh:

σut = (3 × Pmax × l ) ∕ (2 × b × h2) (kG/cm2) (3.24) Trong đó: Pmax: Lực tác dụng (kG)

l: Cự ly của hai gối (cm) với l = 360 mm

b, h: Bề rộng và chiều cao của mẫu thử (cm) 3.6.7 Ứng suất tách

Mẫu được gia công theo tiêu chuẩn ASTM, với kích thước 50×50×95 mm

- Nguyên tắc thử ứng suất: Trong thí nghiệm dùng lực kéo hai mép ở đầu mẫu để phá hoại gỗ Khi lực bên ngoài tác động bằng hoặc lớn hơn ứng lực bên trong của gỗ là bị tách ra theo chiều dọc thớ Lúc đầu mặt tách chỉ mới là một đường về sau lan ra cả bề mặt tách, lúc này ngoại lực không tăng lên nữa Đường tác dụng lực phải vuông góc với mặt phẳng tách Phải tác dụng lực vào trung tâm chiều rộng a của diện tích tách và tác dụng điều đặn trong suốt thời gian thử với tốc

độ tăng lực V = 2,5 (mm/phút)

Hình 3.8: Mẫu thí nghiệm ứng suất uốn tĩnh

Hình 3.9: Mẫu thí nghiệm ứng suất tách

- Công thức tính ứng suất tách:

σt = Pmax / a(kG/cm) (3.25) Trong đó: Pmax:Lực tác dụng (kG)

a: Bề rộng mặt tách của mẫu thử (cm) 3.6.8 Độ cứng

Độ cứng tĩnh: Mẫu thí nghiệm có kích thước 50 x 50 x 150 (mm) Phụ kiện

của máy thử là một bán cầu sắt, đường kính hòn bi là 11,30 mm với tốc độ là V = 6 (mm/phút), trên gỗ để lại vết lõm có diện tích là 1 cm2 Hệ số điều chỉnh độ ẩm là

0,03

Hình 3.10: Mẫu thí nghiệm độ cứng

3.6.9 Ứng suất kéo dọc thớ

Mẫu được gia công theo tiêu chuẩn ASTM, với kích thước 25×25×453 mm

- Nguyên tắc thử ứng suất kéo dọc: Mẫu được làm to hai đầu để tránh hiện tượng trượt và bộ phận chịu kéo nhỏ Tốc độ tăng lực V = 1 (mm/phút)

- Hình thức phá hủy của mẫu gỗ: Tăng lực đến khi thanh gỗ bị đứt ở khoảng giữa quy định vết đứt phải trong phạm vi 4,5 (mm) tính từ trung tâm mẫu gỗ

Hình 3.11: Mẫu thí nghiệm ứng suất kéo dọc thớ

- Công thức tính ứng suất kéo theo chiều dọc thớ gỗ:

σkd = Pmax / (a × b)(kG/cm2

Trong đó: Pmax: Lực phá hoại (kG)

a, b: Kích thước của bộ phận làm việc (cm)

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Đặc điểm cấu tạo của gỗ Muồng đen

4.1.1 Đặc điểm cấu tạo thô đại

Gỗ có giác và lõi phân biệt, giác màu vàng nhạt, lõi màu nâu đen Vòng sinh trưởng rõ ràng thường rộng từ 3-4 mm Mạch đơn và mạch kép phân tán,trong mạch có thể bít, chất chứa màu nâu đen và trắng Mô mềm dính mạch hình cánh, hình cánh nối tiếp thành những dãy rộng hoặc hẹp liên tục hay gián đoạn Tia gỗ nhỏ Mặt gỗ thô và cứng, gỗ nặng trung bình, gỗ thẳng thớ hoặc lệch thớ

Hình 4.1: Cấu tạo thô đại của gỗ Muồng đen