II. Nội dung
1.5.2.2. Qúa trình co rút và dãn nở của gỗ
a. Bản chất vật lý của hiện tượng co, dãn
hiện tượng co rút và dãn nở của gỗ
Gỗ chỉ co dãn khi lượng nước thấm thay đổi; Lượng nước tự do thay đổi không làm thay đổi kích thước gỗ.
(1) Tại sao gỗ co dãn?
- Thành phần hóa học của gỗ: xenlulo, hemixenlulo, lignin đều chứa nhóm –OH nên chúng đều có khả năng hút hoặc nhả ẩm. Xenlulo bị chương nở làm cho khoảng cách giữa các mixen bị nối rộng ra.
- Cấu tạo gỗ: do cấu trúc vách tế bào giữa các mixen luôn tồn tại 1 khoảng cách nhất định 10 – 100Ao. Khoảng cách này có thể thay đổi phụ thuộc vào số lượng liên kết hidro giữa các mixen, số lượng liên kết hidro lại phụ thuộc vào lượng nước liên kết trong gỗ khiến cho gỗ có khả năng co rút và dãn nở.
(2) Bản chất của hiện tượng co dãn
Bản chất của hiện tượng co dãn: do sự thay đổi khoảng cách giữa các mixen xenlulo trong vách tế bào. Hay bản chất hiện tượng co dãn chính là sự thay đổi số lượng liên kết hidro giữa các mixen xenlulo trong vách tế bào.
- Khi gỗ khô, khô kiệt đặt trong môi trường nào đó, nó sẽ hút ẩm. Nước liên kết được hút vào nằm giữa các mixen, khi khoảng cách giữa các mixen này lớn nhất thì nước tự do được hút vào
- Khi gỗ tươi ướt nhả ẩm, nước tự do thoát ra trước, hết nước tự do thì nước liên kết mới thoát ra ngoài. Kích thước và khối lượng gỗ nhỏ nhất khi gỗ ở trạng thái khô kiệt.
(3) Gỗ co dãn không đều theo 3 chiều
- Co dãn dọc thớ nhỏ hơn rất nhiều so với co dãn ngang thớ. Trong thân cây hầu hết các tế bào xếp dọc thân cây, trong một tế bào hầu hết các mixen song song trục dọc tế bào nên các mixen song song trục dọc thân cây tức là khoảng cách giữa các mixen tồn tại chủ yếu theo chiều ngang thớ. Sự tồn tại khoảng cách giữa các mixen theo chiều ngang thớ lớn hơn rất nhiều theo chiều dọc thớ nên co dãn ngang thớ lớn hơn rất nhiều so với co dãn dọc thớ.
- Co dãn theo chiều xuyên tâm nhỏ hơn co dãn theo chiều tiếp tuyến do tia gỗ sắp xếp theo chiều ngang thân cây. Trong tia các tế bào xếp dọc tia nên trong 1 tia thì hầu hết các mixen song song với trục dọc tia. Khoảng cách giữa các mixen tồn tại chủ yếu theo chiều ngang tia, chiều ngang tia chính là chiều tiếp tuyến, chiều dọc tia chính là chiều xuyên tâm. Như vậy, sự thay đổi khoảng cách giữa các mixen theo chiều ngang tia (chiều
tiếp tuyến) lớn hơn rất nhiều so với chiều dọc tia (chiều xuyên tâm) cho nên co dãn tiếp tuyến lớn hơn co dãn xuyên tâm. Sự chênh lệch tính chất theo 2 chiều xuyên tâm và tiếp tuyến do tia gỗ gây ra, tia càng lớn thì sự chênh lệch này càng nhiều, co dãn không đều theo ba chiều là 1 trong những nguyên nhân làm cho gỗ bị cong vênh, nứt nẻ. Do tia gỗ ở
GLR nhiều và lớn hơn ở GLK nên sự chênh lệch theo 2 chiều càng rõ hơn.
b. Tỷ lệ và hệ số co, dãn
(1) Tỷ lệ co, dãn
- Tỷ lệ co dãn là tỷ lệ phần trăm giữa lượng co dãn so với kích thước gỗ ban đầu. Tỷ lệ co (dãn): Y = 100%. (KT1 – KT2)/ KT1 (%).
- Gỗ co rút: tỷ lệ co rút lớn nhất của gỗ được xác định bằng tỷ lệ phần trăm giữa hiệu của kích thước gỗ có W > 30% với kích thước gỗ khô kiệt so với kích thước gỗ có W > 30%.
+ Mẫu ngâm đến bão hòa nước liên kết, kích thước gỗ khi đó không đổi. + Đo kích thước: dọc thớ, xuyên tâm, tiếp tuyến.
+ Sấy mẫu đến khô kiệt rồi đo lại kích thước theo 3 chiều. + Áp dụng công thức, tính tỷ lệ co rút theo 3 chiều.
- Gỗ dãn nở: Là tỷ lệ phần trăm giữa hiệu của kích thước gỗ có W > 30% với kích thước gỗ kô kiệt so với kích thước gỗ khô kiệt.
+ Sấy mẫu đến khô kiệt.
+ Đo kích thước mẫu ở trạng thái khô kiệt. + Ngâm mẫu đến bão hòa liên kết.
+ Đo lại kích thước mẫu.
Tỷ lệ co dãn lớn nhất chỉ cho biết khả năng co dãn tối đa của 1 loại gỗ nhưng trong thực tế người ta cần xác định lượng dư gia công đến các độ ẩm khác nhau phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ. Để tiện lợi người ta sử dụng hệ số co dãn.
(2) Hệ số co, dãn K:
- Hệ số co, dãn là tỷ lệ co, dãn khi độ ẩm thay đổi 1% K = Y/ Wbh
- Ứng dụng trong gia công, chế biến gỗ.
(1) Khối lượng thể tích
- Co dãn theo chiều ngang thớ: Y = a. γ Theo tài liệu Trung Quốc: Yv = 27,6 γk
Yt = 17,9 γk Yx = 7,9 γk Theo tài liệu Việt Nam: Yv = 26,5 γk Yt = 16,9 γk Yx = 9,1γk
Trong đó: γk - khối lượng thể tích cơ bản, g/cm3 Gỗ càng nặng co dãn ngang thớ càng lớn
Gỗ nặng có số lượng mixen nhiều hơn gỗ nhẹ, tổng khoảng cách giữa các mixen lớn hơn, sự thay đổi khoảng cách giữa các mixen lớn nên gỗ nặng co dãn nhiều hơn gỗ nhẹ, co dãn ngang thớ lớn hơn co dãn dọc thớ.
- Co dãn theo chiều dọc thớ: gỗ càng nặng co dãn dọc thớ càng nhỏ. Gỗ nhẹ co dãn
dọc nhiều hơn gỗ nặng vì ở gỗ nhẹ thường có tỷ lệ gỗ sớm nhiều hơn, ở phần gỗ sớm góc lệch của các mixen so với trục dọc tế bào lớn hơn làm cho co dãn dọc thớ lớn hơn.
(2) Phương pháp phơi sấy
- Gỗ phơi co rút nhiều hơn gỗ sấy.
- Sấy gỗ ở nhiệt độ cao, thời gian ngắn làm gỗ co rút ít hơn với sấy ở nhiệt độ thấp, và thời gian dài. Tuy nhiên, nếu không nắm vững kỹ thuật sấy thì khi nhiệt độ tăng nhanh khiến lớp bề mặt gỗ thoát ẩm nhanh hơn, lớp ẩm phía trong không kịp thoát ra ngoài, sự chênh lệch độ ẩm của 2 phần này làm sản sinh nội ứng suất có thể dẫn đến một số khuyết tật.
(3) Các nhân tố khác:
- Cấu tạo gỗ: (cấu trúc vách tế bào và sự sắp xếp tế bào trong cây) là nguyên nhân
cơ bản của hiện tượng co, dãn không đều giữa các chiều ở gỗ.
- Chất chiết xuất: hàm lượng các chất chiết xuất trong gỗ mà lớn sẽ (góp phần) làm
giảm sức co, dãn của gỗ (mức độ giảm sức co, dãn tỉ lệ thuận với lượng các chất chiết xuất nằm trong vách tế bào).
- Khuyết tật gỗ: thớ nghiêng, mắt gỗ…
d. Biện pháp hạn chế co, dãn và ổn định kích thước của gỗ
(1). Lợi dụng tính chất tự nhiên của gỗ: lựa chọn loại gỗ phù hợp với mục đích sử dụng như không cần gỗ chịu lực thì có thể sử dụng gỗ nhẹ.
(2). Xẻ ván xuyên tâm: ván xuyên tâm co dãn ít nhưng tỷ lệ thành khí thấp, thường sử dụng với các loại đồ gỗ cao cấp, đồ mĩ nghệ.
(3). Lấp đầy các mao mạch gỗ bằng các chất trơ nước: parafin, sáp. Biện pháp này cho hiệu quả không cao.
(4). Sản xuất ván nhân tạo: các lớp ván mỏng được ghép với nhau vẫn co rút
nhưng tổng nội lực co dãn của chúng sẽ kìm hãm, triệt tiêu nhau nên sẽ hạn chế được khuyết điểm này.
(5). Tẩm hóa chất:
+ Hóa chất là monomer được tẩm vào gỗ sau đó sẽ chuyển hóa thành polymer và tồn tại trong gỗ làm giảm khả năng hút ẩm.
+ Hóa chất tham gia phản ứng với các thành phần hóa học của gỗ, thay thế nhóm – OH bới nhóm định chức khác không thân nước.
(6). Ngâm gỗ trong ao, hồ: trong quá trình ngâm, một số chất chiết suất bị hòa tan,
làm giảm khả năng bị nấm mốc gỗ. Ngoài ra, một số chất có trong ao bùn bám vào vách tế bào tạo chất làm giảm khả năng co dãn của gỗ.
(7). Xử lý nhiệt: dưới tác động của nhiệt độ cao (trên 1700), pentozan bị phân hủy, số lượng nhóm –OH giảm, khả năng hút nhả ẩm của gỗ cũng giảm.
(8). Cách li gỗ với môi trường bằng sơn hoặc các loại ván trang trí.