(1) Ý nghĩa khoa học
Kết quả của luận án là góp phần làm rõ thêm cơ sở khoa học trong nghiên cứu sản xuất ván lạng kỹ thuật, là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo trong việc xây dựng các phần mềm ứng dụng trong sản xuất nhƣ: phần mềm mô phỏng khuôn ép, hoa văn,...
Kết quả nghiên cứu về ảnh hƣởng của chế độ xử lý nhiệt đến màu sắc ván bóc sẽ là cơ sở cho việc xây dựng quy trình xử lý tự động trong xử lý tạo màu sắc cho ván bóc bằng công nghệ xử lý nhiệt.
Qua mối quan hệ giữa thông số chế độ ép định hình với chất lƣợng dán dính có thể tiếp tục tiến hành các nghiên cứu để xác định thông số công nghệ ép tối ƣu trong quá trình sản xuất với quy mô công nghiệp hóa.
Việc áp dụng công nghệ xử lý nhiệt để tạo màu sắc cho ván bóc trong quá trình sản xuất ván lạng kỹ thuật đã góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng do sử dụng hóa chất nhuộm màu khi sản xuất bằng công nghệ thông thƣờng.
Ngoài ra, phần mềm mô phỏng vân gỗ từ kết quả của luận án cũng có thể đƣợc áp dụng trong việc tính toán các thông số liên quan đến nguyên liệu cũng nhƣ việc tạo khuôn ép theo hoa văn vân tiếp tuyến chuẩn.
Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học cho việc xây dựng quy trình công nghệ sản xuất ván lạng kỹ thuật từ gỗ Bồ đề. Sản phẩm ván lạng kỹ thuật từ gỗ Bồ đề hoàn toàn đáp ứng đƣợc yêu cầu đối với ván lạng trang sức thông thƣờng. Từ đó có thể nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ rừng trồng và góp phần vào công tác bảo vệ môi trƣờng.
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Hoa văn ván lạng kỹ thuật
2.1.1. Vân thớ và hoa văn gỗ tự nhiên
(1) Vân thớ và hoa văn gỗ
Thớ gỗ là hƣớng sắp xếp của các tế bào xếp dọc thân cây (sợi gỗ, mạch gỗ, quản bào,…), có loại gỗ thớ nghiêng, có loại gỗ thớ thẳng.
Hoa văn gỗ là các đƣờng nét hoặc các vết đặc thù trên bất cứ bề mặt nào của gỗ. Hoa văn gỗ do tác dụng qua lại giữa các tổ chức cấu tạo nên gỗ tạo ra nhƣ: vòng năm, tia gỗ, mạch gỗ, tế bào mô mềm xếp dọc thân cây, u bƣớu, mắt gỗ, cành, thớ gỗ và màu sắc,… Hoa văn gỗ trên các mặt cắt khác nhau có hình dạng khác nhau. Với các loại gỗ khác nhau, do cấu tạo khác nhau, màu sắc khác nhau nên có hoa văn rất khác nhau.
Hình 2.1: Hoa văn trên các mặt cắt của gỗ
X- Mặt cắt ngang; R- Mặt cắt xuyên tâm; T- Mặt cắt tiếp tuyến
Hình dạng hoa văn gỗ rất khác nhau khi thay đổi các phƣơng pháp cắt, chiều hƣớng cắt so với thớ gỗ. Hình dạng hoa văn của các phƣơng pháp cắt khác nhau nhƣ các hình dƣới đây [46].
Hình 2.2: Hoa văn gỗ khi bóc quay tròn
Hình 2.3: Hoa văn gỗ khi lạng theo phƣơng xuyên tâm
Hình 2.5: Hoa văn gỗ khi bóc nửa vòng
Hình 2.6: Hoa văn gỗ khi bóc trên khối gỗ xẻ xuyên tâm
2.1.2. Thiết kế hoa văn ván lạng kỹ thuật
Hoa văn ván lạng kỹ thuật có hai dạng. Dạng thứ nhất là hoa văn giống với hoa văn gỗ các loài cây quý hiếm và có hiệu quả trang sức bề mặt một cách tự nhiên, trong đó thƣờng có ba loại cơ bản là ván lạng kỹ thuật vân tiếp tuyến, ván lạng kỹ thuật vân xuyên tâm và ván lạng kỹ thuật vân đặc biệt; dạng thứ hai là hoa văn theo ý tƣởng thẩm mỹ của con ngƣời, thƣờng gọi là ván lạng kỹ thuật hoa văn nghệ thuật. Sau đây sẽ giới thiệu các bƣớc cơ bản để thiết kế một số loại hoa văn thông dụng.
(1) Thiết kế hoa văn vân xuyên tâm
HIện nay, ván lạng kỹ thuật hoa văn vân xuyên tâm khá phổ biến và đƣợc phân thành 3 loại nhƣ hình 2.7 [39].
(a) (b) (c)
Hình 2.7: Hoa văn ván lạng kỹ thuật vân xuyên tâm
(a) Hoa văn dạng hai màu xen kẽ; (b) hoa văn dạng nhiều màu xen kẽ có quy luật; (c) hoa văn dạng nhiều màu xen kẽ không quy luật
Trong các loại hoa văn trên, hoa văn dạng hai màu xen kẽ có thiết kế đơn giản, sử dụng hai loại ván mỏng nhuộm màu khắc nhau, sắp xếp theo tỉ lệ 1 : 1 ép thành hộp gỗ lạng. Loại ván này dùng trong trang sức bề mặt tạo ra đƣợc hiệu quả trang sức theo quy luật, thống nhất. Loại hoa văn nhiều màu xen kẽ có quy luật chế tạo bằng cách ép các lớp ván có màu sắc đậm, nhạt xen kẽ thay đổi theo chu kỳ tạo ra hoa văn có màu sắc và đƣờng nét thay đổi một cách tiệm biến. Loại hoa văn này khi trang sức bề mặt có thể tạo ra đƣợc hiệu quả trang sức mang tính thay đổi nhƣng thống nhất. Loại hoa văn nhiều màu xen kẽ không quy luật đƣợc chế tạo bằng cách ép các lớp ván có màu sắc khác nhau không theo quy luật tạo ra. Loại hoa văn này khi trang sức bề mặt có thể tạo ra đƣợc hiệu quả trang sức khá tự nhiên.
(2) Thiết kế hoa văn vân tiếp tuyến
Hoa văn vân tiếp tuyến của gỗ tự nhiên đƣợc tạo ra bằng cách lạng ván theo phƣơng tiếp xúc với vòng năm của gỗ. Hoa văn loại này trong sản xuất ván lạng kỹ thuật thƣờng đƣợc tạo ra bằng cách ép các lớp ván mỏng có màu sắc khác nhau bằng khuôn ép có biên dạng cong.
Quá trình tạo ra hoa văn hoa văn tiếp tuyến đƣợc mô tả tóm tắt nhƣ hình 2.8 [39].
Hình 2.8: Quy trình thiết kế hoa văn vân tiếp tuyến
Bƣớc 1: Thiết kế cung tròn có bán kính R
Bƣớc 2: Từ biên dạng cong của cung tròn vẽ thành khối có độ dày và chiều sài nhất định, độ dày này chính là chiều dày của ván mỏng
Bƣớc 3: Gán màu cho khối cong mới vẽ sau đó xếp thành nhiều lớp (đây chính là hình dạng hộp gỗ lạng sau khi ép)
Bƣớc 4: Cắt khối vừa tạo ra theo phƣơng song song với chiều dài khối và nghiêng một góc nhất định sẽ tạo ra hoa văn vân tiếp tuyến.
Hoa văn thu đƣợc từ các bƣớc trên phụ thuộc rất lớn vào phƣơng thức cắt và bán kính cung tròn cũng nhƣ chiều dày của lớp màu (lớp ván mỏng). Với bán kính cung tròn khác nhau sẽ đƣợc các hình dạng khác nhau khi các thông số còn lại không đổi (hình 2.9).
(a) (b) (c)
Hình 2.9. Hoa văn ván lạng kỹ thuật vân tiếp tuyến với bán kính cong khác nhau
Ngoài hình dạng vân tiếp tuyến có quy tắc nhƣ trên, có thể thay đổi hình dạng của các cung tròn tạo độ cong cho lớp ván mỏng để thu đƣợc hoa văn vân tiếp tuyến với hình dạng khác nhau (hình 2.10) [39].
(a) (b) (c)
3) Thiết kế hoa văn hoa văn tự nhiên đặc biệt
Một số loại hoa văn từ gỗ tự nhiên tại các vị trí nhƣ cành cây, gốc cây, mắt gỗ đều có thể thể hiện trên mặt cắt tiếp tuyến của gỗ. Nguyên nhân chủ yếu là do các tổ chức cấu tạo nên gỗ tại các vị trí đó đƣợc sắp xếp không theo quy luật nhƣ ở phần gỗ thông thƣờng tạo ra. Trong sản xuất ván lạng kỹ thuật, những loại ván có vân thớ dạng này thƣờng tạo ra đƣợc hiệu quả trang sức có tính thẩm mỹ cao, tự nhiên, tính không gian cao… Trong phần này chỉ giới thiệu về cách thức thiết kế khuôn tạo hoa văn hình dạng gốc cây.
Bề mặt gốc cây khi xẻ thƣờng có hoa văn không theo quy tắc, loại hình hoa văn này thƣờng dùng các loại ván mỏng xếp với nhau trên khuôn ép có bề mặt cong không theo quy luật. Các điểm trên bề mặt khuôn ép đƣợc điều chỉnh ở các tọa độ tùy ý, ngẫu nhiên, không theo quy luật của hàm số nào. Trong quá trình thiết kế, để xem trƣớc hình dạng hoa văn ván lạng kỹ thuật thƣờng mô phỏng khuôn cũng nhƣ quá trình lạng ván ngay trên máy tính, để quyết định các thông số chế tạo khuôn ép. Hình dạng bề mặt của khuôn ép tạo hoa văn vân bề mặt gốc cây nhƣ hình 2.11.
Sau khi tạo đƣợc khuôn ép có bề mặt nhƣ hình trên, tiến hành xếp ván mỏng có chiều dày và màu sắc khác nhau xen kẽ ép thành hộp gỗ lạng sẽ tạo ra đƣợc hoa văn nhƣ hình 2.12.
(a) (b) (c)
Hình 2.12: Hoa văn hình gốc cây theo lý thuyết
(4) Thiết kế hoa văn nghệ thuật
Các loại hoa văn hoa văn tự nhiên giới thiệu ở trên chủ yếu đƣợc tạo ra bằng các xếp ván mỏng có màu sắc khác nhau theo hình thức so le một lần rồi ép bằng khuôn ép có hình dạng nhất định. Đối với các loại hoa văn nghệ thuật thƣờng phải qua ép, lạng từ 2 lần trở lên mới có thể tạo ra đƣợc hoa văn theo yêu cầu. Một số hình dạng hoa văn nghệ thuật xem hình 2.13 [54].
2.2. Tạo màu ván mỏng bằng phƣơng pháp xử lý nhiệt độ cao
Công nghệ xử lý nhiệt có thể cải thiện đƣợc một số tính chất của gỗ, hiện tại đã thu hút sự chú ý của rất nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới.
Từ những năm 1915, trong báo cáo của Tiemann [34] đã chỉ ra, gỗ sau khi sấy ở nhiệt độ 150oC trong thời gian 4h, tính hút ẩm giảm 10-25%, nhƣng cƣờng độ của gỗ cũng có sự giảm sút. Năm 1937, trong báo cáo của Stamm và Hansen [30] thể hiện, xử lý nhiệt trong điều kiện có các loại chất khí bảo vệ, độ ẩm bão hòa của gỗ, tỉ lệ co rút, dãn nở của gỗ đều giảm xuống.
Năm 1945, Seborg và các cộng sự [28] đã phát minh ra một loại sản phẩm gỗ với tên gọi là Staypack. Năm 1946, báo cáo của Stamn và đồng nghiệp [29] biểu thị, xử lý nhiệt có thể nâng cao tính ổn định kích thƣớc của gỗ mà không cần phải tiến hành nén, công nghệ này có tên gọi là Staybwood. Nhƣng những sản phẩm của các công nghệ nêu trên không thành công khi đƣa ra thị trƣờng. Nguyên nhân có thể do thời điểm đó trên thị trƣờng vẫn tồn tại nhiều loại gỗ có chất lƣợng cao. Tuy thế, công nghệ xử lý nhiệt gỗ không bị lãng quên, mà các nhà khoa học trên thế giới vẫn tiếp tục tiến hành các nghiên cứu về lĩnh vực này [11, 13, 15, 17, 20, 21, 26, 27].
Những năm trở lại đây, xử lý nhiệt gỗ nhờ tính chất đặc biệt và tính thân thiện với môi trƣờng của nó đã ngày càng đƣợc chú ý và đã đƣợc ứng dụng sâu rộng. Công nghệ xử lý nhiệt không có ảnh hƣởng xấu đến khả năng dán dính cũng nhƣ khả năng trang sức, trừ một vài chỉ tiêu cơ học của gỗ bị giảm, tính ổn định kích thƣớc, tính chống ẩm, độ bền đƣợc nâng cao rõ rệt [33]. Căn cứ báo cáo của Boonstra [8], lĩnh vực nghiên cứu xử lý nhiệt gỗ lại đƣợc bắt đầu là do các loại gỗ chất lƣợng cao ngày càng ít, nhằm bổ sung cho nhu cầu ngày càng tăng về vật liệu xây dựng, giảm sự phá hoại đối với rừng tự nhiên và giảm việc sử dụng chất xử lý gỗ độc hại, thì việc đi sâu vào nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt gỗ là vô cùng cần thiết.
Theo một số tài liệu nghiên cứu, xử lý nhiệt cho gỗ trong khoảng 160- 260oC, trong môi trƣờng có vật chất bảo hộ nhƣ hơi nƣớc, khí trơ, không khí ít ô xy… [16], thông qua giảm thiểu số lƣợng nhóm –OH trong tổ phần của gỗ, đã giảm khả năng hút ẩm và nội ứng lực của gỗ, từ đo nâng cao tính ổn định kích thƣớc của gỗ [12, 19, 24]; đồng thời trong quá trình xử lý nhiệt, tổ phần của gỗ phát sinh hàng loạt các phản ứng hóa học phức tạp, làm biến đổi một số thành phần của gỗ, giảm chất dinh dƣỡng cho sự sinh tồn của nấm và côn trùng hại gỗ, ngăn cản sự sinh trƣởng và phát triển của nấm và côn trùng hại gỗ qua việc cắt đứt chuỗi thức ăn, vì vậy có thể nâng cao khả năng chống vi sinh vật phá hoại [9, 19, 23]. Phƣơng pháp này chỉ sử dụng tác nhân vật lý, so với các phƣơng pháp dùng tác nhân hóa học khác, vấn đề ô nhiễm trong quá trình sản xuất bằng công nghệ xử lý nhiệt ít, công nghệ xử lý đơn giản, hơn nữa trong quá trình sử dụng hiệu quả bảo quản của gỗ xử lý nhiệt không bị suy giảm do hóa chất bị rửa trôi hay bay hơi, cũng không làm hại đến sức khỏe của con ngƣời.
Gỗ sau khi đƣợc xử lý với nhiệt độ cao màu sắc thƣờng trở nên sẫm hơn, và dần chuyển sang màu sắc tƣơng tự với màu của các loài gỗ quý [10, 14]. Nghiên cứu thể hiện, chất chiết xuất trong gỗ bị di chuyển ra bề mặt gỗ sau khi xử lý nhiệt hoặc bị thoát ra không khí, dẫn đến màu sắc gỗ sau xử lý nhiệt thƣờng sẫm hơn. Tuy nhiên, màu sắc gỗ xử lý nhiệt chủ yếu là do các hợp chất có phân tử lƣợng thấp tạo thành từ sự phân giải của hợp chất cao phân tử trong gỗ [32].
Màu sắc gỗ xử lý nhiệt có sự khác biệt phụ thuộc vào loài gỗ, công nghệ xử lý. Mức độ thay đổi màu sắc của gỗ phụ thuộc vào chế độ xử lý [7, 18, 31]. Màu sắc gỗ sẫm hơn khi tăng nhiệt độ xử lý và kéo dài thời gian xử lý [25]. Vì vậy, có thể lợi dụng mối quan hệ giữa sự biến đổi màu sắc của gỗ với các tham số của quá trình xử lý (nhiệt độ, thời gian) làm cơ sở lựa chọn công nghệ để xử lý sao cho có thể đạt đƣợc gỗ có màu sắc theo yêu cầu.
2.3. Nhân tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng phôi lạng và ván lạng kỹ thuật
2.3.1. Các nhân tố liên quan đến vật dán khi sản xuất ván lạng kỹ thuật
Tính năng dán dính của keo tốt hay xấu, ngoài tuân theo nguyên lý dán dính thông thƣờng, còn chịu ảnh hƣởng bởi đặc tính của gỗ. Nhân tố ảnh hƣởng đến tính năng dán của gỗ ngoài các đặc điểm vốn có, còn có các nhân tố tạo ra trong quá trình gia công. Nhóm nhân tố trƣớc bao gồm khối lƣợng thể tích, loài gỗ, tính thấm ƣớt, chất chiết xuất…, nhóm sau bao gồm độ ẩm, độ thô bề mặt của gỗ.
a. Khối lượng thể tích
Đối với loại kết cấu dán gỗ - keo - gỗ, để có đƣợc mối dán tốt, cƣờng độ dán của nó là cƣờng độ của độ của lớp keo dán cùng với cƣờng độ mặt tiếp xúc của lớp keo dán và gỗ bằng hoặc lớn hơn cƣờng độ của bản thân gỗ, hệ thống dán này, khi bị phá hủy, mối dán phải xảy ra ở phần gỗ. Cƣờng độ chịu lực của gỗ thƣờng có quan hệ gần nhƣ tuyến tính với khối lƣợng thể tích của nó. Vì chỉ tiêu đánh giá tính năng dán của hệ thống kết hợp dán tốt xấu là cƣờng độ dán, cho nên gỗ có khối lƣợng thể tích lớn cƣờng độ dán của nó đƣơng nhiên có thể lớn. Xu hƣớng này biểu hiện rõ rệt đặc biệt là đối với cƣờng độ dán trạng thái bình thƣờng. Ngoài ra, từ tình trạng phá hủy của lớp dán càng có thể nói rõ hơn vể quy luật này.
Thông thƣờng gỗ có khối lƣợng thể tích thấp cƣờng độ dán của nó thấp, thƣờng dùng tỷ lệ phá hủy gỗ làm tiêu chuẩn đánh giá dán của nó tốt xấu, nếu tỷ lệ phá hủy gỗ cao, có thể cho rằng mối dán có chất lƣợng tốt; ngƣợc lại gỗ có khối lƣợng thể tích cao có thể xuất hiện xu hƣớng tỷ lệ phá hủy gỗ thấp, nếu cƣờng độ dán rất lớn, cũng cho rằng mối dán tốt. Cƣờng độ dán gỗ có khối lƣợng thể tích cao tuy rất cao, nhƣng đồng thời do thay đổi độ ẩm mà ứng suất xảy ra cũng vô cùng lớn, lực đa tụ bên trong của bản thân keo yêu