Nghiên cứu lựa chọn chế độ ép hợp lý trong công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm dăm gỗ dùng trong đồ mộc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LÊ ĐÌNH THOẠI NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ ÉP HỢP LÝ TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM HỖN HỢP RƠM – DĂM GỖ DÙNG TRONG ĐỒ MỘC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2010 ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với phát triển xã hội, nhu cầu sử dụng gỗ lâm sản khác ngày tăng lên Trong nguồn tài nguyên rừng ngày cạn kiệt Do ngành lâm nghiệp phải có giải pháp trồng khai thác rừng hợp lý, để giữ hệ sinh thái rừng bảo vệ môi trường cung cấp lâm sản cho nhu cầu sử dụng lâm sản đời sống xã hội Nhiệm vụ ngành chế biến lâm sản phải chế biến triệt để nguồn nguyên liệu gỗ khai thác, nâng cao tỷ lệ lợi dụng gỗ, đồng thời tìm kiếm nguồn nguyên liệu thay phần nguyên liệu gỗ Trong công nghiệp sản xuất ván nhân tạo việc sử dụng nguyên liệu tổng hợp sử dụng phế liệu nghiên cứu ứng dựng sản xuất Các phế liệu có sợi ngành nơng nghiệp như: Rơm , bã mía, thân đay, xơ dừa dùng sản xuất ván nhân tạo Sản phẩm ván dăm hỗn hợp dăm gỗ - rơm nghiến cứu số nước giới như: Hàn Quốc, Mỹ, Trung Quốc, Canada Đối với nước ta việc sử dụng rơm làm nguyên liệu cho sản xuất ván nhân tạo vấn đề mẻ cần đầu tư nghiên cứu lĩnh vực công nghệ tạo ván, nâng cao chất lượng cho ván Bản thân rơm vật liệu có sợi, nhiên rơm nhẹ, xốp Việc tìm chế độ ép hợp lý nhu cầu cấp thiết Xuất phát từ u cầu đó, tơi tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu lựa chọn chế độ ép hợp lý công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ dùng đồ mộc" Chương TỔNG QUAN VẾN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới Ngay đầu thập niên kỷ 20, phế liệu nông nghiệp nhà khoa học nghiên cứu đưa vào sản xuất ván nhân tạo Đầu năm 1948 dây chuyền sản xuất ván nhân tạo từ rơm giới xây dựng Bỉ, tiếp sau hàng loạt nhà máy sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu gỗ xây dựng nước Châu Âu Châu Mỹ Năm 1970 tổ chức phát triển công nghiệp Liên Hợp Quốc tổ chức hội nghị thảo luận công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu ngồi gỗ giới Từ sau giới hình thành nhiều nhà máy sản xuất ván dăm, ván sợi cứng, ván MDF, vật liệu Compossit từ rơm lúa mạch Trên giới nhiều quốc gia đầu tư khoản kinh phí khổng lồ cho nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu sản xuất nông ngiệp đồng thời xây dựng sách lược quan trọng để thúc đẩy ngành công nghiệp phát triển [27] Tại quốc gia Trung Âu lợi dụng phế liệu nơng nghiệp như: Bã mía, thây đay, gai, thân lúa mạch, làm nguyên liệu cho sản xuất ván nhân tạo Hiện nhà máy sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp quốc gia Bắc Mỹ Châu Âu lại tập trung lợi dụng chủ yếu thân lúa mạch, quốc gia Châu Âu đầu giới thiết bị, kỹ thuật, công nghệ Hiện giới có nhiều xưởng sản xuất ván nhân tạo quy mô lớn từ phế liệu nông nghiệp xây dựng như: Công ty Prime Board Mỹ hay công ty ISO Board Canada Công ty PB thành lập từ tháng năm 1995 Mỹ, sử dụng công nghệ sản xuất ván nhân tạo ICI Mỹ keo MDI keo dán chủ yếu, năm Công ty sử dụng 50.000 rơm để sản xuất 53 nghìn m3 ván nhân tạo có chất lượng cao, cịn Cơng ty ISO-Board thành lập năm 1998 Canada, công suất 18 vạn m3 ván, chiều dày ván từ 6-28 mm, năm 1995 Úc Công ty Compak đầu tư 02 dây chuyên sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nơng nghiệp có tính tự động hố cao, đến năm 1997 Cơng ty đầu tư tiếp 01 dây chuyền Bắc Mỹ, sản phẩm có chiều dày tối đa đạt tới 28 mm Ngồi nước Bắc Mỹ cịn có thêm 10 nhà máy sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp xây dựng đưa vào hoạt động, tổng sản lượng 6-26 nghìn m3 sản phẩm/năm Tại Trung Quốc ngành công nghiệp sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nơng nghiệp hình thành từ đầu năm 50 kỷ 20, thông qua hàng chục năm nghiên cứu sản xuất thử nghiệm phát triển kỹ thuật, công nghệ, quy mô sản xuất, chủng loại sản phẩm, chất lượng sản phẩm, đến nói cơng nghệ sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp Trung Quốc đạt tới trình độ cơng nghệ cao, có 210 nhà máy sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp, suất hàng năm đạt 50 vạn m3 sản phẩm Việc nghiên cứu sử dụng rơm nhiều nước quan tâm, đặc biệt nước có sản lượng lúa cao tập trung vùng Đông Nam Á Thái lan, Indonesia Tại nước này, rơm dùng để sản xuất điện tro rơm (thường có hàm lượng SiO2 tới 75% hàm lượng tro) dùng để làm phụ gia bê tông tỉnh Pichit - Thái lan đảo Bali – Indonesia [27] Tại Ấn độ, Ibrahim Mutlu (2009) nghiên cứu sử dụng tro từ rơm để thay amiăng chế tạo má phanh [30] Tại Hàn quốc, Han Seung Yang cộng (2003) tiến hành sản xuất ván dăm từ hỗn hợp rơm gỗ sử dụng keo UF để tạo vật liệu cách âm dùng xây dựng từ hỗn hợp rơm lúa dăm gỗ Han Seung Yang cộng Đại học quốc gia Seoul - Hàn Quốc thực năm 2003 (Han Seung Yang, 2003) Trong nghiên cứu này, ván dăm tạo có khối lượng thể tích là: 0,4g/cm3 ; 0,6g/cm3 0,8 g/cm3 với mức tỷ lệ hỗn hợp rơm sau: 10%; 20% 30% sử dụng keo UF Kết cho thấy, cường độ uốn tĩnh ván dăm tăng khối lượng thể tích ván tăng lên [31] Nghiên cứu ảnh hưởng thông số cơng nghệ sản xuất tới tính chất vật lý ván rơm Greggory S Karr cộng Trường Đại học bang Kansas - Mỹ thực năm 2000 (Greggory S Karr, 2000) Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng độ ẩm ban đầu rơm (khảo sát khoảng từ 2% đến 12%), lượng keo dùng (khảo sát khoảng 2% đến 8%) nhiệt độ ép (từ 1350C đến 218 0C) tới tính chất vật lý học ván (dày mm) Kết cho thấy lượng keo dùng có ảnh hưởng lớn tới tính ổn định kích thước, khả chống ẩm cường độ ván Độ ẩm ban đầu rơm ảnh hưởng tới cường độ học ván nhiều tính ổn định kích thước ván [32] Nghiên cứu ảnh hưởng loại keo tới tính chất ván dăm từ rơm lúa mì có khối lượng thể tích trung bình Xiaoqun Mo cộng Trường đại học bang Kansas - Mỹ thực năm 2003 Nghiên cứu sử dụng loại keo MDI, UF, keo từ protein tách từ đậu nành SPI bột đậu nành SF rơm qua xử lý hoá chất tẩy hỗn hợp kiềm hợp chất oxi hóa Kết cho thấy, ván rơm từ rơm xử lý có chất lượng cao ván không xử lý Keo MDI cho chất lượng cao nhất, với lượng keo dùng khoảng 4% Ván từ keo SPI SF có chất lượng tương tự ván từ keo UF Riêng keo UF, MOR ván từ rơm không xử lý 6,36 MPa rơm xử lý 9,34 MPa Còn độ bền kéo vng góc tương ứng 0,11 MPa rơm không xử lý 0,19 MPa ván rơm xử lý hoá chất [37] Nghiên cứu cải thiện chế dán dính keo UF sử dụng để sản xuất ván nhân tạo từ rơm lúa mì sậy sử dụng tác nhân tạo “nhân” coupling silane xử lý chiết suất Guangping Han cộng Trường đại học Kyoto - Nhật Bản thực năm 1999 Kết cho thấy, với giải pháp xử lý cải thiện đáng kể khả thấm ướt bề mặt nguyên liệu, tạo tiền đề tăng khả thấm ướt keo bề mặt, nhằm tăng khả dán dính [28] Nghiên cứu tính chất chịu kéo chịu nén ván dăm có khối lượng thể tích thấp từ rơm sử dụng keo gốc protein Xiaoqun Mo cộng Trường đại học bang Kansas - Mỹ thực năm 2001 Rơm xử lý hoá chất H2O2 NaOH Kết cho thấy, dạng hoá chất khác nhau, chất lượng ván thay đổi khác Cụ thể, với ván đối chứng, cường độ chịu kéo đứt là: 256 kPa chịu nén là: 235 kPa Tuy nhiên, xử lý hỗn hợp NaOH H2O2 cường độ chịu kéo đứt tăng lên tới 2.648 kPa chịu nén 446 kPa [36] 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước Cơng nghệ sản xuất ván dăm nước ta đời muộn nhiều nước giới, hầu hết công nghệ sản xuất thiết bị nhập từ nước Năm 1970 nhà máy ván dăm Đồng Nai xây dựng vơi suất 2000 m3 sản phẩm / năm, với công nghệ thiết bị Đức, sản xuất ván Okal (ép đùn), nguyên liệu phế liệu ván bóc Năm 1976, nhà máy ván dăm Việt Trì xây dựng Việt Trì – Phú Thọ với xuất 10.000 m3 sản phẩm / năm, công nghệ thiết bị Nam Tư, nguyên liệu gỗ bồ đề Những năm gần nhà máy sử dụng thêm nguyên liệu gỗ keo tràm keo tai tượng Năm 1980, nhà máy ván dăm Hiệp Hoà – Long An xây dựng với suất 5000 m3 sản phẩm / năm, nguyên liệu chủ yếu bã mía Năm 2002, nhà máy ván dăm Thái Nguyên xây dựng với công suất 16500 m3 sản phẩm / năm, công nghệ thiết bị Trung Quốc, nguyên liệu gỗ bạch đàn, mỡ, loại keo [11] Nước ta ngành công nghiệp sản xuất ván nhân tạo phát triển đặc biệt trọng thời gian gần Tuy ngành dần khẳng định vị trí sinh hoạt lao động, công tác người Với nhu cầu sử dụng ngày cao quy mô sử dụng ngày rộng Hiện đảng phủ đặt mục tiêu cho ngành sản xuất ván nhân tạo phải đạt triệu m3 ván nhân tạo năm 2010 Do việc nghiên cứu nguồn nguyên liệu ngày trở nên cấp bách Ván dăm với nguồn nguyên liệu rơm nguồn phế liệu ván bóc cịn thuật ngữ mẻ nước ta, chưa biết sử dụng nguồn nguyên liệu nhằm mục đích kinh tế, chủ yếu sử dụng cho sinh hoạt như: làm chất đốt, bón ruộng tất mang tính tự phát khơng có quy trình kỹ thuật sử dụng [11] Ở Việt nam, rơm chưa thực sử dụng có hiệu quả, đặc điểm thu gom khơng tập trung thói quen người dân vùng miền có khác Ở miền Bắc, chủ yếu rơm sử dụng làm chất đốt tạo vật dụng sinh hoạt hàng ngày: Chăn nuôi, sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ Ở tỉnh phía Nam, đặc điểm trồng lúa tập trung nên rơm bước đầu sử dụng hiệu làm vật liệu lót thùng để vận chuyển trái cây, dưa hấu, đồ sành sứ với giá bán xe tải từ: 300.000 đến 600.000 đồng; Công ty du lịch Vinh Sang (Du lịch Bến Thành, thành phố Hồ Chí Minh) thực dự án tạo vách từ rơm để xây dựng nhà cho người có thu nhập thấp khu vực đồng Sông Cửu Long tổ chức Development Marketplace tài trợ năm 2008 KS Trần Quốc Tế thực đề tài năm 2005 sử dụng rơm để sản xuất panel rơm (dạng vách ngăn - tường nhà, kết cấu panel lớp: lớp mặt phía ngồi dùng ván dăm rơm - xi măng; lõi polystyren) cơng trình xây dựng, bước đầu ứng dụng thử nghiệm đồng Sông Cửu Long [13] Chu Công Nghị (2010), Nghiên cứu giải pháp nâng cao khã dán dính rơm sản xuất ván dăm, luận văn tốt nghiệp, Trường Đại Học Lâm nghiệp, Hà Nội [12] Vũ Đình Thanh (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ kết cấu tới số tính chất học chủ yếu ván dăm lớp dạng lõi rơm lớp mặt phế liệu ván bóc, luận văn tốt nghiệp, Trường Đại Học Lâm nghiệp, Hà Nội [15] 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu chung Xác định công nghệ sản xuất ván dăm từ rơm rạ, góp phần giải có hiệu nguồn phế thải sau thu hoạch lúa đa dạng hóa sản phẩm 1.2.2 Mục tiêu nghiên cứu cụ thể Tìm khoảng giá trị hợp lý áp suất ép thời gian ép công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ dùng đồ mộc 1.3 Đối tượng pham vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu Chế độ ép ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ dùng đồ mộc 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1) Nguyên liệu - Rơm lấy khu vực huyện Chương Mỹ - Hà Nội, giống lúa Q5 - Gỗ Keo lai ÷ năm tuổi, lấy khu vực Núi Luốt - Xuân Mai- Chương Mỹ - Hà Nội 2) Sản phẩm: Ván dăm có kích thước: 650 x 650 x 12 (mm) Sản phẩm yêu cầu chịu lực dùng cho đồ mộc thơng dụng Do chúng tơi chọn ván thí nghiệm là: Ván dăm ba lớp, khối lượng thể tích 0,75g/cm3, chiều dày 12 mm, tỷ lệ kết cấu 1:3:1, độ ẩm cuối ván 10% [2],[5] 3) Tỷ lệ dăm rơm dăm gỗ Theo kết nghiên cứu Changtong Mei and Dingguo Zhou (2001), China [25] Thì cơng nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm dăm gỗ với tỷ lệ dăm rơm dùng ≤ 30% hỗn hợp dăm ván sản xuất đáp ứng yêu cầu ván dùng đồ mộc thông thường Trong đề tài sử dụng 25% dăm rơm 75 % dăm gỗ hỗn hợp dăm 4) Chất kết dính Theo kết nghiên cứu Changtong Mei and Dingguo Zhou (2001), China [25] Nếu sử dụng ≤ 30 rơm hỗn hợp dăm sử dụng chất kết dính keo UF mà chất lượng ván dăm tạo thành hoàn toàn phù hợp với tiêu chuẩn cho sản xuất đồ mộc thông dụng Trong luận văn sử dụng 25% rơm hỗn hợp dăm Vì chất kết dính chọn keo U-F hãng DYNO Dựa vào đặc điểm ngun liệu liệu, hình dạng, kích thước dăm, dựa vào số tài liệu có liên quan [18], [19], chọn tỷ lệ dùng cho lớp mặt 12%, lớp lõi 10% so với lượng dăm khô kiệt 5) Máy thiết bị: Sử dụng máy thiết bị Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm chuyển giao cơng nghiệp rừng phịng thí nghiệm khoa Chế Biến Lâm Sản – Đại học Lâm Nghiệp ) Nhiệt độ ép: Xu hướng ngành công nghiệp sản xuất ván dăm tăng nhiệt độ ép giảm thời gian ép nhằm nâng cao suất, hiệu chất lượng sản phẩm Theo kết nghiên cứu Fei Yao (2004), Research on Manufactory Technique of Rice- Straw/Wood - fiber composites, Nanjing China [27] Thì cơng nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ nhiệt độ phù hợp là: T = 160 0C 7) Cơ sở lựa chọn miền khảo sát áp suất ép thời gian ép: Để lựa chọn khoảng thông số áp suất ép thời gian trì áp suất ép max (τ4) hợp lý để nghiên cứu tiến hành làm thực nghiệm thăm dò a) Việc tiến hành thực nghiệm thăm dò khoảng sau - Áp suất ép: (0,5 ÷ 2,0) MPa; (2,0 ÷ 4,0) MPa ; (4,0 ÷ 5,0) MPa - Thời gian trì áp suất max: τ4=(0,3 ÷ 0,5) phút/mm chiều dày, τ4= (0,5 ÷ 0,7) phút/mm chiều dày, τ4= (0,7 ÷ 0,9) phút/mm chiều dày b Kết thực nghiệm thăm dò Sau tiến hành thực nghiệm thăm dò thấy với với khoảng khảo sát áp suất thời gian ép cho chất lượng ván tốt nằm khoảng: ... nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ dùng đồ mộc 8 1.3 Đối tượng pham vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu Chế độ ép ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ dùng đồ mộc 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1)... tiến hành nghiên cứu đề tài ? ?Nghiên cứu lựa chọn chế độ ép hợp lý công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ dùng đồ mộc" 2 Chương TỔNG QUAN VẾN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi... Nghiên cứu sử dụng rơm kết hợp với gỗ để sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ dùng sản xuất đồ mộc dân dụng, để đánh giá mức độ ảnh hưởng chế độ ép đến chất lượng sản phẩm, từ lựa chọn chế độ