Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép tới chất lượng vật liệu composite tre gỗ

ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với phát triển ngành khoa học kỹ thuật phát triển đời sống vật chất ngày nâng cao nên nhu cấu sử dụng gỗ sản phẩm từ gỗ có chất lượng cao ngày tăng Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày tăng ngành chế biến lâm sản nói chung ngành sản xuất ván nhân tạo nói riêng nghiên cứu chế tạo nhiều sản phẩm người chấp nhận sử dụng rộng rãi sống hàng ngày, có vật liệu composite Hiện nay, sản phẩm ván nhân tạo vật liệu composite dạng lớp sử dụng nhiều lĩnh vực kinh tế quốc dân như: Công nghệ sản xuất đồ mộc, xây dựng, giao thơng vận tải, bao bì… Song, gỗ rừng tư nhiên ngày cạn kiệt dẫn đến gỗ có đường kính lớn đáp ứng yêu cầu nguyên liệu để sản xuất ván nhân tạo ngày khan Đứng trước tình hình nước ta có số cơng trình nghiên cứu sử dụng kết hợp gỗ rừng tự nhiên lâm sản gỗ tre, nứa, song mây nhằm nâng cao hiệu sử dụng gỗ, tù hình thành nên vật liệu mới, vật liệu composite Composite tre- gỗ loại hình sản phẩm ván nhân tạo sử dụng nguyên liệu họ tre- nứa với gỗ; ép lại với chất kết dính Theo tài liệu nghiên cứu sản phẩm composite tre- gỗ tính chất loại vật liệu định tính chất thành phần cấu thành, cấu trúc phân bố trình độ cơng nghệ sản xuất Nhìn chung tính chất composite tre – gỗ cao, ưu việt nguyên liệu cấu thành, khả chịu lực lớn, đáp ứng nhu cầu sử dụng xây dựng Nhằm góp phần nghiên cứu cơng nghệ sản xuất sản phẩm Composite tre- gỗ Tôi môn Công nghệ ván nhân tạo – Khoa Chế biến lâm sản giao cho thực đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ép tới chất lượng vật liệu composite tre- gỗ” PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm vật liệu composite Vật liệu composite vật liệu từ hai hay nhiều vật liệu có chất khác Vật liệu tạo thành có đặc tính trội đặc tính vật liệu thành phần xét riêng rẽ.[7] Do vật liệu composite dạng lớp từ tre- gỗ loại vật liệu composite cấu tạo lớp nguyên liệu cấu thành tre gỗ, xếp theo cấu trúc định HiÖn ngi ta chia composite tre- gỗ làm lo¹i sau: Hình 1.1 composite tre- gỗ dạng lớp Hình 1.2 Composite tre- gỗ dạng phức hợp Hình 1.3 Composite tre- gỗ dạng Hình 1.4 Composite tre- gỗ dạng phức hợp Hình 1.5 Composite tre- gỗ dạng phức hợp có phủ mặt 1.2 Lịch sử nghiên cứu Chính thiên nhiên tạo cấu trúc composite trước tiên, thân gỗ, có cấu trúc composite gồm nhiều sợi xenlulo dài kết nối với lignin Kết liên kết hài hoà thân bền dẻo- cấu trúc composite lý tưởng Người Hy Lạp cổ biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng Việt Nam, chuyền lại cách làm nhà bùn trộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khô tạo lớp vật liệu cứng, mát mùa hè ấm vào mùa đơng… Mặc dù composite vật liệu có từ lâu, ngành khoa học vật liệu composite hình thành gắn với xuất cơng nghệ chế tạo tên lửa Mỹ từ năm 1950 Từ đến nay, khoa học cơng nghệ vật liệu composite phát triển toàn giới Tuy nhiên năm gần nước bắt đầu nghiên cứu vật liệu composite tre- gỗ, song hầu hết nghiên cứu tạo vật liệu chưa có nhiều nghiên cứu thơng số chế độ ép tạo vật liệu composite áp suất ép, thời gian ép nhiệt độ ép 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới Trên giới vật liệu composite ứng dụng nhiều ngành khoa học kỹ thuật đạt nhiều thành công Theo đành giá ngành công nghiệp vật liệu composite phát triển mạnh năm tới Nằm xu hướng việc nghiên cứu chế tạo vật liệu composite tre - gỗ quan tâm Vật liệu composite tre - gỗ xuất ngành công nghệ sản xuất ván nhân tạo đạt nhiều thành công phát triển mạnh.Trên giới, nghiên cứu vật liệu từ tre trúc chủ yếu tiến hành quốc gia Châu Á như: Nhật Bản, Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Việt Nam, Philipine, , hấu hết nghiên cứu tập trung vào tính chất q trình gia cơng lợi dụng tre trúc, nghiên cứu loại vật liệu composite tre - gỗ cịn Trung Quốc nước có trữ lượng chủng loại tre nhiều giới nước đầu lĩnh vực nghiên cứu tre trúc vật liệu composite tregỗ Một số cơng trình nghiên cứu như: - Năm 1994, Wang Siqun trường Đại học Nam Kinh Trung Quốc “ Nghiên cứu tính ổn định kích thước ván tổng hợp sản xuất từ tre gỗ sinh trưởng nhanh” Tác giả nghiên cứu ảnh hưởng keo dán, chiều dày dăm, cấu trúc ván, khối lượng thể tích, độ axit nguyên liệu đến tính ổn định ván [19] - Trung tâm nghiên cứu tre trúc trường Đại học Lâm Nghiệp Nam Kinh Trung Quốc tiến hành nghiên cứu hệ số ma sát tĩnh theo chiều ngang thớ ván LVL tre-gỗ composite, thông qua xác định số ma sát tĩnh theo chiều ngang thớ loại vật liệu la ván LVL tre- gỗ composite, thép cao su, sau so sánh chúng với hệ số ma sát tĩnh theo chiều ngang thớ Thông đỏ, đưa kết luận hệ số ma sát tĩnh theo chiều ngang thớ ván LVL tre- gỗ composite lớn hẳn so với Thông đỏ, điều khẳng định rằng, loại ván hồn tồn sử dụng làm ván sàn cho toa xe lửa - Kết nghiên cứu Viện tre, Học viện Lâm nghiệp Nam Kinh có số cơng trình nghiên cứu tạo vật liệu composite tre- gỗ dùng để sản xuất vật liệu xây dựng - Viện nghiên cứu tre Hàng Châu tỉnh Triết Giang, Trung Quốc công bố số kết nghiên cứu tạo vật liệu composite tre- gỗ dùng làm sàn contener, đồ mộc… Hiện có loại hỗn hợp tre sản xuất thông dụng trung quốc như: - Ván tre hỗn hợp tre đan dăm tre với lớp bề mặt ván tre đan lớp lõi dăm tre Chúng dùng làm ván sàn, panel - Ván tre hỗn hợp ván mỏng tre, dăm tre ván mỏng bóc từ gỗ Trong ván gỗ dùng làm lớp mặt, ván tre bóc dăm tre dùng làm lớp lõi - Ván tre hỗn hợp tre đan mành tre, cót đan làm lớp mặt cịn mành tre dúng làm lớp lõi - Ván tre hỗn hợp ván gỗ bóc mành tre Ấn Độ quốc gia có nhiều sản phẩm tre trúc giới, nhiên việc nghiên cứu loại vật liệu tre - gỗ composite cịn ít, mà tập trung nghiên cứu lợi dụng nguyên liệu tre trúc vào sản xuất giấy bột giấy, Ấn Độ nguyên liệu tre trúc chiếm khoảng 60% tổng lượng nguyên liệu dùng sản xuất giấy bột giấy Thái Lan quốc gia đầu nghiên cứu sản xuất loại ván nhân tạo từ tre trúc, nhiên nghiên cứu loại vật liệu tre gỗ composite đến chưa có Rajeev tiến hành nghiên cứu sử dụng ván gỗ mỏng để dán phủ lên bề mặt ván dăm từ tre trúc, sau nghiên cứu tính sử dụng nó, kết chứng minh nhiều tính có độ tin cậy cao Tại Malaysia có tiến hành thí nghiệm qua loại vật liệu tre composite, nhiên nghiên cứu không sâu, chưa ứng dụng vào sản xuất công nghiệp.Viện khoa học quốc gia Indonesia (LIPI) tiến hành nghiên cứu quy mơ phịng thí nghiệm loại ván dán tre - gỗ composite ván dăm tre - gỗ composite Ngồi ra, chun gia Indonesia cịn kết hợp với nhà khoa học Nhật Bản để tiến hành nghiên cứu loại vật liệu composite cường độ cao gỗ Liễu sam tre, kết cho thấy: tre loại bỏ phần vỏ ngồi (biểu bì), kết hợp với gỗ Liễu sam, sau sử dụng keo PF keo Melamine để dán dính tạo thành vật liệu composite có cường độ lực học cao Nhật Bản quốc gia yêu thích sử dụng đồ dùng tre trúc, nhà nghiên cứu Nhật Bản tiến hành nghiên cứu tương đối nhiều sản xuất loại ván dăm, ván dán ghép từ nguyên liệu tre trúc, loại vật liệu ván composite cường độ cao từ nguyên liệu tre trúc tiến hành nghiên cứu cách sâu rộng 1.2.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam Ở Việt Nam, chủ yếu sử dụng tre theo phương thức truyền thống; tỷ lệ lợi dụng thấp, sản phẩm hạn chế kích thước tính sử dụng Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu họ tre, trúc công nghệ sản ván nhân tạo Một số cơng trình nghiên cứu nghiên cứu áp dụng lâm sản gỗ vào sản xuất ván nhân tạo: - Phạm Văn Chương, Bước đầu nghiên cứu xác định khả sử dụng tre luồng Hoà Bình để sản xuất ván ép lớp, hướng dẫn luận văn tốt nghiệp đại học năm 1994, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây - Phạm Văn Chương, Xây dựng chế độ công nghệ ép ván nhiều lớp với nguyên liệu tre luồng, hướng dẫn luận văn tốt nghiệp đại học năm 1995, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây Các tài liệu đưa số kết luận sau: - Các họ tre, trúc sử dụng để sán xuất ván nhân tạo - Độ bền uốn tĩnh, module đàn hồi độ bền kéo vng góc bề mặt đáp ứng u cầu sản xuất đồ mộc - Màng lụa cật tre khả dán dính Gỗ loại lâm sản có nhiều ưu điểm như: Khối lượng thể tích nhỏ, dễ gia cơng, có khả cách điện, cách nhiệt Tuy nhiên, gỗ có số nhược điểm như: Cấu tạo không đồng đều, dễ cong vênh, nứt nẻ, co rút, dễ cháy, hạn chế kích thước Để khắc phục hạn chế nhược điểm, đồng thời phát huy tính ưu việt tre, gỗ giải pháp đưa tạo sản phẩm composite, sản phẩm ván nhân tạo Hiện nay, có số cơng trình nghiên cứu khả sử dụng tre luồng, tre- gỗ sản xuất ván nhân tạo Việt Nam như: -Vào năm 80, có nhiều cơng trình nghiên cứu cơng nghệ chế biến sử dụng tre tiến hành, nhằm mục đích sử dụng tre có hiệu như: Sử dụng tre, nứa việc sản xuất sản phẩm trang trí nội thất, sản xuất hàng thủ cơng mỹ nghệ, nâng cao hiệu sử dụng tre theo phương pháp cổ truyền; sử dụng tre thay bột giấy sản xuất giấy Năm 1975 1980, Viện Khoa học lâm nghiệp Việt nam có nghiên cứu chế biến tre luồng phương pháp học, hoá học như: "Nghiên cứu ván dán tre luồng" PTS Nguyễn Hữu Quang, "Nghiên cứu chế biến hoá học luồng” PTS Hà Chu Chử, điều quan trọng nghiên cứu mở hướng nghiên cứu nhằm sử dụng tài nguyên rừng hiệu - Năm 1997, Nguyễn Thị Diệp Ánh thực đề tài “Bước đầu nghiên cứu sản xuất thử nghiệm ván dán tử gỗ tre luồng”; - Năm 2000, Hoàng Thúc Đệ thực đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ép tới chất lượng sản phẩm cót ép nhiều lớp sử dụng chất kết dính keo P-F dạng lỏng.”; - Năm 2002, Nguyên Văn Thuận thực đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ép tới số tính chất ván dăm hỗn hợp từ luồng gỗ keo tràm.”; - TS Phạm Văn Chương thực đề tài “Nghiên cứu sản xuất ván coppha từ tre, luồng” (Hướng dẫn luận án thạc sĩ kỹ thuật năm 2006); - Năm 2006, Nghiên cứu “Xác định trị số áp suất để sản xuất ván coppha từ nguyên liệu luồng” Nguyễn Trung Hiếu cho thấy luồng hoàn toàn đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu để sản xuất ván cốp pha dùng xây dựng, sử dụng keo P-F để sản xuất ván coppha từ luồng cho khả dán dính tốt khả lợi dụng nguyên liệu cao; [14] - Năm 2007, Nguyễn Thị Thanh Hiền nghiên cứu “Ảnh hưởng tỷ lệ kết cấu tới tính chất ván dán kết hợp từ tre gỗ” Kết nghiên cứu làm sở để xác định tỷ lệ kết cấu hợp lý cho người sản xuất vật liệu composite từ Luồng gỗ Bồ đề, tuỳ theo mục đích người sử dụng Chẳng hạn: yêu cầu người sử dụng sản phẩm cần có độ bền uốn tĩnh khoảng 106 MPa module đàn hồi uốn khoảng 12045 MPa tỷ lệ kết cấu cần thiết để sản xuất vật liệu đảm bảo yêu cầu người sử dụng R = 21,48 %.[15] - Năm 2007, đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên “ Nghiên cứu tạo vật liệu composite tre- gỗ làm coppha xây dựng” nhóm sinh viên khoa chế biến lâm sản Kết cho thấy tạo vật liệu đáp ứng yêu cầu ván dán làm coppha theo tiêu chuẩn GB/T 13123- 2003 Nhìn chung, khả sản xuất vật liệu composite tre- gỗ Việt Nam bước đầu có nhiều thuận lợi như: Nguồn nguyên liệu dồi dào, nhân công lao động rẻ số lượng lớn, kinh tế phát triển nên nhu cầu sử dụng ván nhân tạo xã hội ngày tăng,…Nhưng việc sản xuất vật liệu composite tre- gỗ nước ta chưa triển khai cách xứng đáng Năm 2005, công ty Đại An , Hải Dương doanh nghiệp Việt Nam sản xuất ván sàn tre- MDF (tuy nhiên sản phẩm tạo chưa ổn định) Khả sản xuất composite tre- gỗ ván nhân tạo từ tre nước ta gặp nhiều khó khăn như: cơng trình nghiên cứu vật liệu từ tre, tre- gỗ cịn ít, khả dây truyền cơng nghệ hạn chế, giá thành keo tương đối lớn Do đề tài nghiên cứu, thực nghiệm để xây dựng công nghệ sản xuất vật liệu composite dạng lớp từ tre- gỗ Từ góp phần áp dụng vào sản xuất điều kiện nước ta 1.3 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ép tới chất lượng vật liệu composite dạng lớp từ tre- gỗ Từ đó, đề suất trị số nhiệt độ ép thích hợp sản xuất vật liệu composite tre- gỗ 1.4 Phạm vi nghiên cứu - Nguyên liệu: Luồng (Dendrocalamus membranaceus) khai thác Lâm trường Sơng Đà- Hồ Bình Luồng có độ tuổi từ 3- năm Bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre) khai thác Phú Thọ, có độ tuổi trung bình 10 năm - Chất kết dính: Keo sử dụng đề tài keo P- F lỏng WG6111 công ty keo DYNEA - Điều kiện thực hiện: Quá trình tráng keo ép nhiệt tiến hành Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm chuyển giao công nghệ nghiệp rừng Trường Đại học Lâm nghiệp 1.5 Nội dung nghiên cứu 1.5.1 Điều tra nguyên liệu A Điều tra tre luồng Nhìn chung tre luồng thuộc lớp thực vật mầm, ngành thực vật hạt kín Gồm khoảng 80 chi, 1000 lồi Phân bố chủ yếu nhiệt đới nhiệt đới Châu Á, Châu phi Châu Mỹ [4] Tại Châu Á, Trung Quốc nước giàu có chủng loại tre luồng với 50 chi, 230 loài, Ấn Độ 19 chi ,136 loài Ở Việt nam tổng số tre luồng thông kê năm 2000 23 chi, 121 loài.[15] Năm 2003 G.S Xia Nia Nhe Viện thực vật Hoa Nam, Trung Quốc Th.S Lê Viết Lâm, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam xác định thêm chi 21 loài tre luồng Dự đoán điều tra đầy đủ, tổng số loài tre luồng Việt Nam khoảng 30 chi 200 lồi.[14] Hiện lâm nghiệp nói chung, ngành chế biến lâm sản nói riêng, tre luồng cịn có khả cung cấp ngun liệu công nghệ ván nhân tạo như: loại ván composite tre- gỗ, loại ván dán, loại ván dăm tre,ván ép lớp…Vì đáp ứng tính chất tiêu chuẩn làm ván nhân tạo như: ứng lực ép dọc thớ, uốn tĩnh, sức dẻo dai,…đều cao lại sinh trưởng nhanh, vòng 3-5 năm ta khai thác Hàng năm Việt Nam khối lượng tre luồng khai thác khoảng 200250 nghìn tấn, chiến lược phát triển giai đoạn 2001- 2010 Nông nghiệp phát triển Nông thôn dự kiến đến năm 2010 đưa sản lượng khai thác tre luồng lên 300- 350 để phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế 10 Bong tách màng keo 22.50 22.00 (cm) 21.50 21.00 Bong tách màng keo 20.50 20.00 19.50 19.00 100 110 120 130 140 Nhiệt độ Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ nhiệt độ ép bong tách màng keo Nhận xét: Đánh giá khả dán dính màng keo theo tiêu chuẩn GB/T13123 – 2003, sau q trình ngâm nước nóng sấy khơ, mẫu thử có tổng vết nứt < 1/3 chu vi mẫu ván hợp quy cách Kết thu bảng 3.3 ta thấy tỉ lệ tổng chiều dài vết nứt với chiều dài cạnh mẫu lớn 22,07 (mm) < 25 (mm) Như sản phẩm đạt tiêu chuẩn cường độ dán dính 3.3.7 Kiểm tra uốn tĩnh, module đàn hồi - Kiểm tra uốn tĩnh modue đàn hồi theo tiêu chuẩn GB/T 17657- 1999 Tiến hành theo phương pháp: Phương pháp khô phương pháp ướt Phương pháp ướt khác phương pháp khô chỗ mẫu thử lấy từ sản phẩm ngâm nước nóng 63 2°C, sau sấy 63 2°C, tiến hành đo xác định tính chất - Dụng cụ thí nghiệm: Máy kiểm tra tính vạn năng; Thước kẹp: độ xác 0,01 mm; Panme: độ xác 0,01 mm - Kích thước mẫu: 350x 50 x 15 mm; 38 Số lượng mẫu dùng cho thí nghiệm:20 mẫu ( 10 mẫu p² khơ, 10 mẫu p² ướt cho cấp nhiệt độ ) Hình 3.6 Sơ đồ lắp mẫu thử độ bền uốn tĩnh, module đàn hồi Trong đó: 1- đầu nén 3- gối đỡ 2- mẫu thử 4- đế Khoảng cách hai gối Lg = 20 t + 50 =350 mm 3.3.7.1 Kiểm tra uốn tĩnh - Công thức xác định: MOR  3.P.Lg 2.w.t , MPa Trong đó: P- lực phá huỷ mẫu, N; Lg- chiều dài gối đỡ, mm; w - chiều rộng mẫu, mm; t - chiều dày mẫu, mm - Kết ghi phụ biểu số 04,05 - Tiến hành xử lý thống kê số liệu ghi bảng sau: 39 Bảng 3.4 Kết kiểm tra độ bền uốn tĩnh sản phẩm, MPa PP kiểm tra PP khô PP ướt Nhiệt độ x s S% P% C(95%) 100oC 81,02 9,88 12,20 3,85 5,81 110oC 95,93 5,91 6,16 1,94 3,47 120oC 99,49 5,13 5,15 1,63 3,02 130oC 80,26 6,88 8,57 2,71 4,05 140oC 75,10 8,58 11,42 3,61 5,04 100oC 47,26 3,06 6,49 2,05 1,80 110oC 57,82 4,12 7,12 2,25 2,42 120oC 61,96 5,46 8,82 2,78 3,21 130oC 50,91 3,84 7,59 2,40 2,26 140oC 48,81 4,36 8,94 2,82 2,56 Từ bảng 3.4 xây dựng phương trình hồi quy quan hệ nhiệt độ ép với độ bền uốn tĩnh sản phẩm sau: YK= -0.049X2 + 11.59X - 581.04 r = 0.75 (3.2) YU= -0.029X2 + 6.90X - 353.07 r = 0.75 (3.3) Kiểm tra tính tương thích mơ hình: Theo tiêu chuẩn Fisher Thay kết tính tốn ta Fpk = 1,16 < FB = 2,1 Fpu = 1,73 < FB = 2,1 Như mơ hình phương trình (3.2), (3.3) tương thích Từ mơ hình tương quan (3.2), (3.3) ta xây dựng biểu đồ quan hệ nhiệt độ ép khối lượng thể tích hình 3.6 40 120 100 (MPa) 80 Điều kiện khô 60 Điều kiện ướt 40 20 100 110 120 130 140 Nhiệt độ Hình 3.7: Biểu đồ quan hệ nhiệt độ ép độ bền uốn tĩnh Nhận xét: Theo tiêu chuẩn GB/T13123 – 2003 cho ván loại : Độ bền uốn tĩnh theo phương pháp khô ≥ 50 MPa, phương pháp ướt ≥ 30 MPa 3.3.7.2 Kiểm tra module đàn hồi - Công thức xác định: P.L3 , MPa MOEu  4.W t f Trong đó: P - khoảng cách tăng lực ( P = 1/4 P ), N/{kgf}; L - chiều dài mẫu L = 20t + 50 mm; W - chiều rộng mẫu, mm; ƒ- độ võng trung bình, mm - Kết ghi phụ biểu số 06, 07 - Tiến hành xử lý thống kê số liệu ghi bảng sau: 41 Bảng 3.5 Kết kiểm tra Module đàn hồi sản phẩm, MPa PP kiểm tra Nhiệt độ PP khô PP ướt x s S% P% C(95%) 100oC 10529,00 566,66 5,38 1,70 351,22 110oC 12117,96 631,05 5,02 1,54 391,13 120oC 11366,72 587,63 55,17 1,62 364,21 130oC 10862,94 640,20 5,89 1,86 396,80 140oC 10196,90 544,11 5,33 1,68 337,72 100oC 5063,16 360,46 7,11 2,52 223,42 110oC 5843,35 402,49 6,88 2,17 249,46 120oC 5259,11 496,94 9,44 2,98 308,00 130oC 4736,92 306,84 6,47 2,05 190,18 140oC 4509,67 300,89 6,67 2,11 186,49 Từ bảng 3.5 xây dựng phương trình hồi quy quan hệ nhiệt độ ép với độ bền uốn tĩnh sản phẩm sau: YK= -3.04X2 + 711.42X - 29910.7 r = 0.73 (3.4) YU= -1.39X + 312.46X - 12058.5 r = 0.72 (3.5) Kiểm tra tính tương thích mơ hình: Theo tiêu chuẩn Fisher Thay kết tính toán ta Fpk = 0,87 < FB = 2,1 Fpu = 1,08 < FB = 2,1 Như mô hình phương trình (3.2), (3.3) tương thích Từ mơ hình tương quan (3.4), (3.5) ta xây dựng biểu đồ quan hệ nhiệt độ ép khối lượng thể tích hình 3.7 42 14000 12000 (MPa) 10000 8000 Điều kiện khô 6000 Điều kiện ướt 4000 2000 100 110 120 130 140 Nhiệt độ Hình 3.8: Biểu đồ quan hệ nhiệt độ ép module đàn hồi Nhận xét: k - Module đàn hồi phương pháp khô MOEmin  10196,90 (MPa), phương u pháp ướt MOEmin  4509,67 (MPa) Như sản phẩm đạt tiêu chuẩn độ bền uốn tĩnh module đàn hồi Điều kiện khơ Điều kiện ướt Hình 3.9 Biểu đồ lực phá hủy mẫu nhiệt độ 1000C 43 Điều kiện khơ Điều kiện ướt Hình 3.10 Biểu đồ lực phá hủy mẫu nhiệt độ 1100C Điều kiện khơ Điều kiện ướt Hình 3.11 Biểu đồ lực phá hủy mẫu nhiệt độ 1200C 44 Điều kiện khơ Điều kiện ướt Hình 3.12 Biểu đồ lực phá hủy mẫu nhiệt độ 1300C Điều kiện khô Điều kiện ướt Hình 3.13 Biểu đồ lực phá hủy mẫu nhiệt độ 1400C 45 3.4 Kết luận 3.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ tới khối lượng thể tích Nhiệt độ ép không ảnh hưởng nhiều tới chênh lệch khối lượng thể tích Khối lượng thể tích ván thay đổi không đáng kể nằm độ lệch tiêu chuẩn 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ ẩm Nhiệt độ ép không ảnh hưởng nhiều tới chênh lệch độ ẩm sản phẩm Độ ẩm sản phẩm nằm tiêu chuẩn cho phép bị ảnh hưởng chủ yếu độ ẩm nguyên liệu ban đầu 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ bền dán dính Nhiệt độ ép có ảnh hưởng tới độ bong tách máng keo Khi nhiệt độ thấp cao làm giảm độ bền dán dính Sự ảnh hưởng nhiệt độ thể thơng qua phương trình tương quan : Y= 0.0016X2 - 0.35X + 38.97 {T= 100- 140oC} r = 0.7 (3.1) Để chọn nhiệt độ tối ưu tơi tiến hành giải phương trình Y= 0.0016X2 - 0.35X + 38.97 (3.1) Từ ta đạo hàm bậc phương trình (3.1) cho đạo hàm khơng để tìm điểm cực tiểu: X= 109,37o C 3.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ bền uốn tĩnh Nhiệt độ ép có ảnh hưởng tới độ bền uốn tĩnh sản phẩm Nhiệt độ thấp cao làm giảm độ bền uốn tĩnh sản phẩm Tôi tiến hành kiểm tra độ bền uốn tĩnh sản phẩm theo hai phương pháp khác phương pháp khô phương pháp ướt kết ảnh hưởng nhiệt độ thể thơng qua hai phương trình tương quan : YK= -0.049X2 + 11.59X - 581.04 YU= -0.029X2 + 6.90X - 353.07 {T= 100- 140oC} {T= 100- 140oC} Để chọn nhiệt độ tối ưu tiến hành giải phương trình YK= -0.049X2 + 11.59X - 581.04 YU= -0.029X2 + 6.90X - 353.07 46 (3.2) (3.3) Ta đạo hàm bậc hai phương trình(3.2), (3.3) cho đạo hàm khơng tìm hai giá trị nhiệt độ tối ưu: XK= 118,26o C XU= 118,96o C 3.4.4 Ảnh hưởng nhiệt độ tới module đàn hồi sản phẩm Nhiệt độ ép có ảnh hưởng tới module đàn hồi sản phẩm Tôi tiến hành kiểm tra module đàn hồi sản phẩm theo hai phương pháp khác phương pháp khô phương pháp ướt kết ảnh hưởng nhiệt độ thể thơng qua hai phương trình tương quan : YK= -3.04X2 + 711.42X - 29910.7 {T= 100- 140oC} (3.4) o YU= -1.39X + 312.46X - 12058.5 {T= 100- 140 C} (3.5) Để chọn nhiệt độ tối ưu tiến hành giải phương trình YK= -3.04X2 + 711.42X - 29910.7 (3.4) YU= -1.39X2 + 312.46X - 12058.5 (3.5) Ta đạo hàm bậc hai phương trình (3.4), (3.5) cho đạo hàm khơng ta tìm hai giá trị tối ưu: XK= 117,01o C XU= 112,39o C Kết hợp kết (a), (b), (c), (d) trục số ta chọn khoảng nhiệt độ tối ưu tiến hành sản xuất là: 109,37 112,39 117,01 118,96 Vậy khoảng nhiệt độ tối ưu T = 117,01 – 118,96oC o C 3.5 Phân tích đánh gía sơ ảnh hưởng nhiệt độ ép * Nhiệt độ ép khơng ảnh hưởng nhiều tới khối lượng thể tích độ ẩm sản phẩm * Nhiệt độ ép ảnh hưởng tới độ bền dán dính Theo kết thu ta thấy độ bền dán dính sản phẩm khơng cấp nhiệt độ do: + Khi nhiệt độ ép 100oC, thời điểm gỗ dẻo hoá song chưa đạt giá trị lớn dẫn đến mudule đàn hồi ván mỏng cao làm 47 giảm khả dàn trải keo đồng vị trí, màng keo khơng liên tục, giảm độ bền dán dính + Khi nhiệt độ tăng lên 130oC, 140oC lúc nhiệt độ làm dẻo ván mỏng, giảm module đàn hồi lớp vật liệu, tăng khả dàn trải keo bề mặt vật dán, tăng chất lượng mối dán Tuy nhiên nhiệt độ cao nên độ nhớt keo giảm xuống nhanh gây tượng đóng rắn cục màng keo phía ngồi làm cho màng keo không phẳng, đều, liên tục Nhiệt độ ép cao làm thay thổi số tính chất ván mỏng màng keo, mang keo bị cacbon hoá bề mặt làm giảm chất lượng mối dán Chính địi hỏi cần ép nhiệt độ cho phép * Nhiệt độ ép ảnh hưởng tới độ bền uốn tĩnh Theo kết thu ta nhận thấy nhiệt độ cao thấp làm giảm độ bền uốn tĩnh, nguyên nhân: + Nhiệt độ ép thấp: Gỗ chưa làm dẻo hố tồn làm module đàn hồi ván cao dẫn đến khả dàn trải keo kém, màng keo không liên tục, chất lượng dán dính chưa cao Sự liên kết lớp vật liệu chưa đạt giá trị lớn nên độ bền uốn không cao + Nhiệt độ ép cao: Màng keo phía ngồi bị đóng rắn sớm cản trở nước bên ngồi làm độ ẩm bên sản phẩm cao hay tạo vùng khí có áp suất cao tồn bên làm nổ ván giảm tính chất sản phẩm Nhiệt độ cao làm độ nhớt keo giảm nhanh gây đóng rắn cục màng keo bên ngồi làm tính chất màng keo không đồng đều, giảm chất lượng mối dán Nhiệt độ cao làm thay đơi tính chất học, vật lý lớp vật liệu phía ngồi, màng keo bị cacbon hoá làm giảm chất lượng mối dán, giảm độ bền uốn tĩnh sản phẩm * Nhiệt độ ép ảnh hưởng tới module đàn hồi Nhiệt độ cao hay thấp làm giảm module đàn hồi sản phẩm nguyên nhân do: Nhiệt độ thấp lớp vật dán chưa làm dẻo hoá, module đàn hồi vật dán không giảm, khả dàn trải keo bề mặt vật dán kém, liên kết lớp vật liệu lỏng lẻo kết module đàn hồi sản phẩm thấp 48 Nhiệt độ cao keo dàn trải đều, module đàn hồi vật dán giảm khả dàn trải keo tốt song lại có nhược điểm mang keo dễ bị dịn, có tượng đóng rắn cục bộ, nhiệt độ cao lam thay đổi tính chất cơ, lý ván mỏng màng keo làm giảm tinh chất sản phẩm có module đàn hồi 3.6 Đề xuất công nghệ 3.6.1 Dây truyền công nghệ Cây luồng Cắt khúc Gỗ bồ đề Ủ ván Cắt khúc Xử lý sản phẩm Bóc vỏ Xếp ván Ép nhiệt Đan mành Chẻ nan Phơi sấy Bóc ván Để Tráng keo Phân loại Đóng gói Hình 3.14 Sơ đồ dây truyền công nghệ 3.6.2 Đề xuất thông số công nghệ - Đối với vật dán Vật dán có tính chất định cho tính chất sản phẩm composite, nghiên cứu sản phẩm ta cần quan tâm tới tính chất nguyên liệu cấu thành đồng vật dán Vì chúng tối đế xuất số điểm sau: - MC ván mỏng , mành tre thấp tốt nằm khoảng - %; 49 - Sử dụng máy chẻ nan có độ xác cao nhằm tạo mành tre đồng kích thước chiều dày làm tăng độ đồng phẳng mành tre - Đối với chất kết dính Khả dán dính keo phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ yếu quan trọng chất keo thông số kỹ thuật keo Đề tài tiến hành sử dụng keo P- F lỏng WG 6111 ( bảng 2.5) với lượng keo tráng 150g/m² Theo kết kiểm tra cường độ dán dính ta nhận thấy chất lượng màng keo đạt tiêu chuẩn song cịn mức trung bình Tuy nhiên q trình tráng keo ép nhiệt có tượng như: Hơi có mùi nồng đặc trưng Phenol, tràn keo q trình ép nhiệt Do cần kiểm tra nồng độ Phenol tự tính tốn lượng keo tráng thích hợp, tránh lãng phí keo Đề xuất cho chất kết dính sau: - Sử dụng keo kết hợp với chất đóng rắn nhặm tạo chất lương mối dán tốt nhất; - Tùy theo kết cấu sản phẩm tỉ lệ lớp tre gỗ mà ta chọn lượng keo tráng thích hợp Với kết cấu sản phẩm 11 lớp, dày 15 mm đề nghị lượng keo tráng 0,20 g/m² - Đề xuất chế độ ép Để chọn lựa thông số chế độ ép thích hợp khó khăn, cần phải có sở lý thuyết nhiều nghiên cứu thực nghiệm Dựa cơng trình nghiên cứu có liên quan trước mà chúng tơi lựa chọn chế độ ép (như hình 2.1) Kết cho thấy ván có khối lượng thể tích 0.75 g/cm³, độ bền uốn tĩnh module đàn hồi cao Với kết cấu sản phẩm ván 11 lớp, dày 15mm, đề xuất nhiệt độ ép: - Nhiệt độ ép thích hợp T = 117- 119oC 3.6.3 Đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng sản phẩm - Nên đan mành tre máy đan đặt hàng sở sản xuất, trước xếp ván cần đánh nhẵn mành tre nhằm tạo độ đồng phẳng cao sai số chiều dày thấp; - Ép nhiều bước ( Step by step) để tăng khả thoát ẩm cho ván ép nhiệt 50 Tài liệu tham khảo [1] Phạm Văn Chương, Nguyễn Hữu Quang (2004), Công nghệ sản xuất ván nhân tạo, tập 1, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội [2] Phạm Văn Chương, Nguyễn Văn Thuận (1993), Bài giảng công nghệ sản xuất ván nhân tạo, tập 1, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội [3] Lê Xuân Tình (1998), Giáo trình khoa học gỗ, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội [4] Lê Mộng Chân, Lê Thị Huyên (2000), Thực vật rừng Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội [5] Nguyễn Văn Thuận (1993), Keo dán gỗ (Bài giảng dành cho sinh viên chuyên sâu ván nhân tạo), Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây [6] Nguyễn Văn Thuận , Hướng dẫn sử dụng keo DYNO [7] Trần Ích Thịnh (1994), Vật liệu compozit – học tính tốn kết cấu, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [8] Ngơ Kim Khơi (1998), Thống kê tốn học lâm nghiệp, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội [9] Công ty TNNN Đức Trung- Công ty công nghiệp DYNO (1996), Keo cho ngành sản xuất ván nhân tạo [10] Ngô Quang Đê, Gây trồng tre trúc, Nhà xuất Nông nghiệp [11] Phạm Văn Chương, Bước đầu nghiên cứu xác định khả sử dụng tre luồng Hồ Bình để sản xuất ván ép lớp, hướng dẫn luận văn tốt nghiệp đại học năm 1994, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây [12] Nguyễn Tiến Nghiệp (2002), Nghiên cứu cấu tạo số tính chất chủ yếu gỗ bồ đề từ đề xuất hướng sử dụng, Luận văn tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây [13] Phạm Văn Chương, Xây dựng chế độ công nghệ ép ván nhiều lớp với nguyên liệu tre luồng, hướng dẫn luận văn tốt nghiệp đại học năm 1995, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây 51 [14] Nguyễn Trung Hiếu (2006) , Xác định rị số áp suất để sản xuất ván coppha từ nguyên liệu luồng” Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Lâm Nghiệp, Hà Tây [15] Nguyễn Thị Thanh Hiền ( 2007), “Ảnh hưởng kết cấu đến tính chất vật liệu Composite dạng lớp từ tre gỗ” Luận văn thạc sĩ [16] Chuyên san Lâm sản gỗ (2005), Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây [17] Lâm sản gỗ số tháng (2004) [18].Website: www.bamboocomposite.com [19].Wang Siqun, Hua Yukun (1994), “Study on The Technology of Composite OSB made of Poplar Wood and Bamboo”, Properties and utilization of fast growing trees, China forestry Publishing Hause Beijing, Nanjing-P.R China 52 ... nghiên cứu vật liệu composite tre- gỗ, song hầu hết nghiên cứu tạo vật liệu chưa có nhiều nghiên cứu thông số chế độ ép tạo vật liệu composite áp suất ép, thời gian ép nhiệt độ ép 1.2.1 Tình hình nghiên. .. hưởng nhiệt độ ép tới chất lượng vật liệu composite dạng lớp từ tre- gỗ Từ đó, đề suất trị số nhiệt độ ép thích hợp sản xuất vật liệu composite tre- gỗ 1.4 Phạm vi nghiên cứu - Nguyên liệu: Luồng... Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ ẩm Nhiệt độ ép không ảnh hưởng nhiều tới chênh lệch độ ẩm sản phẩm Độ ẩm sản phẩm nằm tiêu chuẩn cho phép bị ảnh hưởng chủ yếu độ ẩm nguyên liệu ban đầu 3.4.2 Ảnh hưởng