Cũng như cây cao su, nguyên liệu để sản xuất ván dăm là cành ngọn lấy từ quá trình khai thác, tỉa thưa rừng keo lá tràm hoặc bìa bắp, phoi bào trong quá trình sản xuất. Cây keo lá tràm chỉ sau khoảng 10 -12 năm là cĩ thể được khai thác dùng cho sản xuất đồ mộc, gỗ keo lá tràm rất thích hợp cho sản xuất hàng mộc ngồi trời. Khối lượng gỗ trịn cĩ đường kính d> 15cm thu được dùng trong sản xuất hàng mộc khoảng 300m3/ha, ngồi ra mỗi ha chúng ta cũng tận thu được khoảng 200 – 250 tấn cành nhánh củi, loại củi này cĩ đường kính d = 5 – 14cm rất thích hợp cho sản xuất ván dăm. Cứ 5 m3 nguyên liệu gỗ trịn chúng ta sản xuất ra được 1 m3 sản phẩm đồ mộc, phần phế liệu của quá trình gia cơng chiếm khoảng 3 – 3,5 m3, bao gồm bìa bắp và đầu
mẫu... loại phế liệu này chúng ta cĩ thể tận dụng để sản xuất ván dăm. Từ đây, chúng ta cĩ thể tính được mỗi ha keo lá tràm đến khi thu hoạch chúng ta sẽ thu được 350 – 400 tấn nguyên liệu để sản xuất ván dăm.
4.3- Xác định các thơng số cơng nghệ tối ưu trong sản xuất ván dăm phối trộn nơng lâm nghiệp
Việc nghiên cứu sản xuất ra các loại sản phẩm mới từ nguồn nguyên liệu rẽ tiền hoặc phế thải nơng nghiệp, lâm nghiệp là vấn đề đang được chú ý khơng những ở nước ta mà ở cả một số nước khác trên thế giới. Ván nhân tạo là sản phẩm được hình thành từ nguồn nguyên liệu cành nhánh mà xưa nay trong cơng tác khai thác bỏ lại trong rừng, bìa bắp gỗ vụn trong cơng nghệ sản xuất gỗ xẻ, đồ mộc, bã mía, cây bắp.... Ván nhân tạo cĩ tất cả các ưu điểm và đặc tính của gỗ tự nhiên, nhưng đặc điểm lớn nhất của nĩ là khắc phục được tất cả nhược điểm của gỗ tự nhiên nhằm làm thoả mãn nhu cầu ngày càng cao của xã hội, gĩp phần tích cực vào việc bảo vệ mơi trường, giữ vững cân bằng sinh thái. Ván dăm là sản phẩm cĩ thể được hình thành từ gỗ kém phẩm chất, phế liệu gỗ cũng như các loại nguyên liệu khác nếu được tận dụng sẽ gĩp phần nâng cao tỉ lệ dụng gỗ và lâm sản. Đây là một việc làm đáng được quan tâm đúng hướng cho cả mục đích trước mắt và lâu dài. Ngồi ra nĩ cịn tạo thêm cơng ăn việc làm cho người lao động.
4.3.1- Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đối với ván dăm 3 lớp phối trộn 4.3.1.1- Giới hạn các thơng số nghiên cứu đối với ván dăm 3 lớp phối trộn
* Các thơng số đầu vào ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu.
Cĩ rất nhiều thơng số ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của ván cĩ thể thống kê các thơng số ảnh hưởng theo các nhĩm đặc trưng sau:
- Nhĩm thơng số đặc trưng cho nguyên liệu bao gồm: Kích thước, độ ẩm của dăm, tỷ lệ dăm cành ngọn so với bìa bắp . . .
- Nhĩm thơng số đặc trưng cho keo dán: Như loại keo, độ nhớt, hàm lượng khơ, khối lượng keo tráng . . .
- Nhĩm thơng số đặc trưng cho chế độ ép bao gồm: Nhiệt độ ép, thời gian duy trì ván trên bàn ép và áp suất ép . . .
Căn cứ vào các tiền đề cho việc mơ hình hĩa (lý thuyết mơ hình hĩa), căn cứ vào yêu cầu đối với thơng số vào (thơng số nghiên cứu) để giới hạn các thơng số đầu vào. Thơng số vào phải thật sự ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu, nếu khơng sự ảnh hưởng chỉ là ngẫu nhiên, cho phép ta loại bỏ và hạn chế ảnh hưởng của nĩ bằng phép ngẫu nhiên hĩa các thí nghiệm. Thơng số vào phải cĩ ý nghĩa là đại lượng đo được và điều khiển được.
* Xác định các thơng số đầu vào
Dựa vào các cơ sở khoa học kết hợp với những lơ thí nghiệm thăm dị ban đầu chúng tơi tiến hành sản xuất ván dăm 3 lớp phối trộn theo phương pháp ép bằng với tỷ lệ kết cấu lớp mặt và lớp lõi (1:4:1), ván cĩ chiều dày 18mm và khối lượng thể tích là 0,65g/cm3. Ngồi ra các thơng số về kích thước dăm, độ ẩm dăm, cũng như loại keo sử dụng và áp suất ép khơng thay đỗi trong suốt quá trình nghiên cứu. Do vậy, trong quá trình nghiên cứu chúng tơi cố định các thơng số này. Chọn áp suất ép 18 KG/cm2, độ ẩm dăm từ 4 -6 %, kích thước dăm t × a × l = (0,2 – 0,3) × (1,5 – 2,5) × (10 – 20) mm. Loại keo sử dụng trong nghiên cứu là keo Ure-Formaldehyt của nhà máy ván dăm La Ngà – Đồng Nai cĩ hàm lượng khơ 52%, dùng cho lớp mặt là 12% và lớp lõi là 9%. Chất đĩng rắn là dung dịch NH4Cl dùng 1%. Chất chống ẩm dùng Paraffin 1% so với lượng dăm khơ kiệt.
Các thơng số đầu vào bao gồm: - Thời gian ép T (phút). - Nhiệt độ ép N (0C)
- Tỷ lệ phối trộn K (%) (dăm nơng nghiệp/dăm lâm nghiệp)
4.3.1.2- Phát biểu bài tốn hộp đen đối với ván dăm 3 lớp phối trộn
Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố được chọn trên cơ sở các thơng tin phân tích bằng lý thuyết và kết quả nghiên cứu thực nghiệm thăm dị bằng phân tích phương sai đơn yếu tố được thể hiện ở hình 4.1.
X1 – Thời gian ép X2 – Nhiệt độ ép X3 – Tỷ lệ phối trộn Quá trình nghiên cứu Độ dãn nở dày YDno Ứng suất uốn tĩnh YUsut
Hình 4.1: Mơ tả quá trình nghiên cứu trong sản xuất ván dăm phối trộn
Trong đĩ: X1, X2, X 3 – là các thơng số đầu vào Yi thơng số đầu ra
* - Xác định mức và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào
Phương án thực nghiệm tiến hành theo phương án bất biến quay bậc II. Giá trị mã hố ở mức sao sẽ là α= ± 1,68 được thể hiện ở bảng 4.12.
Bảng 4.12: Mức và khoảng biến thiên của các thơng sốảnh hưởng trong sản xuất VD
Giá trị thực của các thơng số Mức và khoảng
Giá trị
mã X1 (T) thời
gian (phút) Xđộ ép (2 (N) nhiệt 0C) Xdăm phối trộn 3 (K) tỷ lệ (%)
Mức sao dưới -α 9,36 204 60,23
Mức dưới -1 8 190 50
Mức cơ sở 0 6 170 35
Mức trên +1 4 150 20
Mức sao trên + α 2,64 136 9,77
Khoảng biến thiên ε 1 2 20 15
4.3.1.3- Thực nghiệm sản xuất ván dăm 3 lớp phối trộn
Tiến hành thí nghiệm sản xuất ván theo ma trận thí nghiệm hồn tồn ngẫu nhiên, tại phịng thí nghiệm khoa Lâm Nghiệp trường đại học Nơng Lâm thành phố Hồ Chí Minh. Ván sau khi ép được ủ trong 24 giờ nhằm ổn định tính chất của ván. Kết quả thu thập được trình bày ở phần phụ lục và bảng 4.13.
Hình 4.2: Sơđồ cơng nghệ sản xuất ván dăm ba lớp phối trộn
* Cơng đoạn chuẩn bị nguyên liệu
Nguyên liệu để thực hiện nghiên cứu này gồm hai loại nguyên liệu: nơng nghiệp và lâm nghiệp như dăm bã mía với dăm gỗ cao su và dăm cây bắp với dăm gỗ tràm bơng vàng. Được sàng để phân loại dăm và loại bỏ dăm phi tiêu chuẩn như dăm quá nhỏ (dạng bột) và dăm quá to. Kích thước dăm lớp mặt 0,1 <φ < 0,2 mm. Kích thước dăm lớp lõi: chiều dày 0,15 – 0,25 mm, chiều rộng 3 – 5 mm, chiều dài 10 – 16 mm. Để tạo thuận lợi cho quá trình ép nhiệt như giảm thời gian ép nhiệt, giảm sự tiêu
Dăm cao su
Sàng tuyển và phân loại Dăm mía
Sàng tuyển và phân loại
Sấy dăm Sấy dăm
Trộn dăm Trộn keo Ép sơ bộ Ép nhiệt Xử lý ván Thành phẩm
hao năng lượng để bốc hơi nước trong quá trình ép, hạn chế những khuyết tật của ván do độ ẩm cao gây ra khi ép nhiệt (bọt khí gây phân lớp trong ván). Do vậy, dăm cần được sấy để độ ẩm đạt 5 %. Bảo quản dăm tránh trường hợp dăm bị hồi ẩm.
* Trộn keo và chất chống ẩm
Mục đích của việc trộn keo giúp cho keo được đồng đều trên bề mặt dăm, nhằm tăng tính thẩm mỹ cũng như tính cơ học của ván. Nếu trộn keo khơng đều sẽ dẫn đến các tình trạng như : Đối với lớp mặt do kích thước dăm rất nhỏ nên keo dễ bị vĩn cục khi ép ở nhiệt độ cao sẽ làm cháy bề mặt ván, những phần khơng cĩ keo sẽ cĩ hiện tượng bề mặt khơng láng mịn, ứng suất uốn tĩnh khơng ổn định... Đối với lớp lõi ván hay bị tách lớp, độ trương nở và hút ẩm tăng, ứng suất uốn tĩnh giảm...
Trong cơng nghiệp sản xuất ván dăm khâu trộn keo phụ thuộc rất nhiều vào nguyên lý và thiết bị trộn keo. Trước khi trộn keo với dăm, chúng tơi trộn chất đĩng rắn NH4Cl nồng độ 20 % với tỷ lệ 0,5 % so với khối lượng keo khơ kiệt. Trong thí nghiệm này, chúng tơi dùng parafin làm chất chống ẩm bơi lên bề mặt tấm kim loại. Để trộn keo với dăm được đồng đều dùng phương pháp phun hỗn hợp keo với các hĩa chất vào dăm trong quá trình trộn. Khoảng cách giữa vịi phun và dăm từ 20 – 25 mm. Nếu vịi phun cách quá xa dăm sẽ dẫn đến tình trạng lãng phí keo, nếu khoảng cách này gần quá thì phun keo sẽ khơng đều.
* Trải thảm dăm và ép sơ bộ
Dăm phải được trải đồng đều nhằm tạo ra ván cĩ khối lượng thể tích thống nhất, co rút và dãn nở của các bộ phận trong ván cũng tương đối đồng đều, ván ít bị cong vênh. Cân bằng kết cấu trong ván dăm là mấu chốt để tránh biến dạng sản phẩm. Do vậy nên tuân thủ theo nguyên tắc đối xứng trong sản xuất ván dăm.
Sau khi trải dăm xong, tiến hành ép sơ bộ. Ép sơ bộ là cơng đoạn khơng thể thiếu trong sản xuất ván dăm, đặc biệt đối với ván cĩ nguồn gốc từ phế liệu nơng nghiệp. Do phế liệu nơng nghiệp thường xốp và nhẹ nên chiều dày ván rất lớn địi hỏi khoảng cách giữa các tấm gia nhiệt của máy ép phải lớn. Điều này liên quan đến chiều cao, xi lanh thủy lực của máy ép. Trong sản xuất cơng nghiệp quá trình vận chuyển trong xưởng dăm bị dịch chuyển, cạnh ván bị vỡ ra. Những khuyết điểm trên sẽ bị loại bỏ khi ép sơ bộ, nghĩa là nén cho các dăm sít lại, làm cho thảm dăm chắc cĩ cường độ
nhất định, giúp giảm chiều cao khoang ép, rút ngắn thời gian ép nhiệt. Dỡ khuơn ra và phun ẩm vào bề mặt ván trước khi ép nĩng để khi ép nĩng tạo điều kiện thuận lợi cho truyền nhiệt từ bề mặt vào lõi, đồng thời tạo cho bề mặt ván đạt được độ nhẵn, bĩng.
* Ép nhiệt
Ép nhiệt cĩ ảnh hưởng rất lớn đến nhiều tính năng của sản phẩm ván dăm, đặc biệt là đối với khối lượng thể tích, cường độ uốn tĩnh và cường độ kéo vuơng gĩc. Nhiệm vụ chính của ép nhiệt là làm cho keo đĩng rắn, ép thảm dăm đến chiều dày theo yêu cầu. Trước khi ép nhiệt phải gia nhiệt cho bàn ép đạt đến nhiệt độ theo yêu cầu. Vì nếu nhiệt độ khơng đạt khi đặt bánh dăm vào phải mất một khoảng thời gian để chờ nhiệt độ đạt yêu cầu, trong khoảng thời gian này thì bề mặt ván đã đĩng rắn trong khi đĩ hơi ẩm cịn đầy bên trong làm cho ván dễ bị phồng rộp và tách lớp. Trong quá trình ép nhiệt, chúng tơi sử dụng cữ để khống chế chiều dày ván. Dùng phương pháp này đơn giản, ít tốn kém tuy nhiên sau một thời gian sử dụng, cữ bị mịn, do vậy cần phải được kiểm tra thường xuyên.
* Khâu xử lý ván
Ván sau khi lấy ra khỏi bàn ép nĩng trong ván vẫn cịn sự chênh lệch độ ẩm và nhiệt độ giữa bên trong và bên ngồi ván. Vì vậy, cần phải tiến hành điều hồ ván với mục đích làm cân bằng độ ẩm, loại bỏ lực phát sinh bên trong gây cong ván. Sau đĩ, ván được rọc rìa, cắt mẫu và thử tính chất cơ lý. Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở bảng 4.13.
Bảng 4.13: Kết quả thực nghiệm ván dăm 3 lớp phối trộn nơng lâm nghiệp
Loại dăm Chỉ tiêu
Bã mía,
gỗ cao su keo lá tràm Cây bắp, 04TCN-1999 cấp 2 loại A
Chiều dày ván (mm) 18 18 13 - 20
Độ bền uốn tĩnh (kG/cm2) 192 189 > 150
Độ bền kéo vuơng gĩc (kG/cm2) 4,5 4,8 > 3,5 Tỷ lệ dãn nở theo chiều dày (%) 8,1 7,9 < 8
Độ ẩm ván (%) 9,2 9,5 5 - 11
Khối lượng thể tích (g/cm3) 0,644 0,645 0,5 – 0,8
4.3.2- Mơ hình thực nghiệm sản xuất ván dăm 3 lớp phối trộn dăm bã mía với dăm gỗ cao su
Xây dựng phương trình tương quan cho: Độ dãn nở dày, ứng suất uốn tĩnh với các thơng số nghiên cứu như thời gian ép, nhiệt độ ép, tỷ lệ phối trộn. Tiến hành xử lý số liệu trên máy vi tính, bằng phần mềm Statgraphics - Vers 7.0 để thiết lập các phương trình tương quan.
YDN-1 = 8,51 – 0,53X1 – 0,31X2 – 1,04X3 + 0,3X1X2 - 0,37X1X3 + 0,06X2X3 + 0,832X12 + 0,59X22 + 0,91X32 (4-1) YUSUT-1 = 189,31 + 8,18X1 + 4,6X2 + 1,91X3 + 5,9X1X2 – 1,33X1X3 – 1,88X2X3 –
8,86X12 – 7,57X22 – 13,78X32 (4-2)
*- Xử lý kết quả thực nghiệm
Các mơ hình hồi quy (4.1); (4.2) được kiểm tra theo các tiêu chuẩn: tính đồng nhất phương sai, tính cĩ ý nghĩa của các hệ số, tính tương thích của mơ hình tốn. Thể hiện ở phụ lục 2 với YDN và phụ lục 3 với YUSUT.
- Đối với hàm độ dãn nở dày YDN.
Kiểm tra mức cĩ ý nghĩa của các hệ số mơ hình (4.1) theo phụ lục 2 với mức ý nghĩa α = 0,05. Mơ hình (4.1) cĩ hệ số P(X2X3) = 0,4652 > 0,05; khơng đảm bảo mức cĩ ý nghĩa nên loại khỏi mơ hình. Sau khi loại bỏ hệ số hồi quy khơng đảm bảo độ tin cậy ra khỏi mơ hình (4.1), phương trình hồi quy cĩ dạng như sau:
YDN-1 = 8,51 – 0,53X1 – 0,31X2 – 1,04X3 + 0,3X1X2 - 0,37X1X3 + 0,832X12 + 0,59X22
+ 0,91X32 (4.3)
Kiểm tra tính tương thích của mơ hình (4.1) theo tiêu chuẩn Fisher (F) từ phụ lục 2, ta cĩ: Ft = 13,62 < Fb(0,05;5;2) = 19,3 B mơ hình đảm bảo tính tương thích (vì Ft < Fb).
- Đối với hàm ứng suất uốn tĩnh của ván YUSUT.
Kiểm tra mức cĩ ý nghĩa của hệ số mơ hình (4.2) theo phụ lục 3, mơ hình (4.2) cĩ hệ số P(X1X3) = 0,1228 > 0,05; P(X2X3) = 0,0673 > 0,05 khơng đảm bảo mức cĩ ý nghĩa nên loại khỏi mơ hình. Sau khi loại bỏ các hệ số hồi quy khơng đảm bảo độ tin cậy ra khỏi mơ hình (4.2), phương trình tương quan cĩ dạng như sau:
YUSUT-1 = 189,31 + 8,18X1 + 4,6X2 + 1,91X3 + 5,9X1X2 – 8,86X12 – 7,57X22 –
13,78X32 (4.4)
Kiểm tra tính tương thích của mơ hình (4.2) theo tiêu chuẩn Fisher (F) từ phụ lục 3,ta cĩ: Ft = 6,75 < Fb(0,05;5;2) = 19,3 B mơ hình đảm bảo tính tương thích (vì Ft
< Fb).
4.3.3- Mơ hình thực nghiệm sản xuất ván dăm 3 lớp phối trộn dăm cây bắp với dăm gỗ keo lá tràm
Từ kết quả nghiên cứu ta thiết lập phương trình hồi quy tương quan như sau:
YDN-2 = 8,436 – 0,555X1 – 0,289X2 – 1,044X3 + 0,333X1X2 – 0,413X1X3 – 0,104 X2X3
+ 0,866X12 + 0,612X22 + 0,888X32 (4.5)
YUSUT-2 = 185,64 + 8,70 X1 + 4,24 X2 + 1,98 X3 + 4,96 X1X2 – 2,96X1X3 – 1,04X2X3 – 8,25 X12 – 7,85X22 – 14,29X32 (4.6)
*- Xử lý kết quả thực nghiệm
Các mơ hình hồi quy (4.5); (4.6) được kiểm tra theo các tiêu chuẩn: tính đồng nhất phương sai, tính cĩ ý nghĩa của các hệ số, tính tương thích của mơ hình tốn. Thể hiện ở phụ lục 5 với YDN và phụ lục 6 với YUSUT.
- Đối với hàm dãn nở:
Kiểm tra mức cĩ ý nghĩa của các hệ số mơ hình (4.5) theo phụ lục 5. Ta cĩ hệ số: P(X2X3) = 0,2775 > 0,05 => nên giá trị bị loại khỏi mơ hình. Do vậy, mơ hình (4.5) sau khi loại bỏ hệ số hồ quy khơng đảm bảo độ tin cậy cĩ dạng như sau:
YDN-2 = 8,436 – 0,555X1 – 0,289X2 – 1,044X3 + 0,333X1X2 – 0,413X1X3 + 0,866X12 + 0,612X22 + 0,888X32 (4.7)
Kiểm tra tính tương thích mơ hình (4.5) theo tiêu chuẩn Fisher (F). Từ phụ lục 5 ta cĩ Ftính = 14,29 < Fbảng = F(0.05;5;2) = 19,3 Như vậy, mơ hình đảm bảo tính tương thích.