Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến tính chất cơ học, vật lý của sản phẩm tre ép khối
C«ng nghiÖp rõng
ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ HỌC,
VẬT LÝ CỦA SẢN PHẨM TRE ÉP KHỐI
Phạm Văn Chương1, Nguyễn Trọng Kiên1
TÓM TẮT
Tre trúc là loài cây mọc nhanh, với đặc điểm tính chất cơ vật lý ưu việt đáp ứng yêu cầu nguyên liệu sản xuất
đồ mộc và xây dựng. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của loại nguyên liệu này là có đường kính nhỏ, rỗng ruột,
cấu tạo và tính chất không đồng đều theo chiều dày thành tre..., do vậy hạn chế sử dụng để sản xuất những sản
phẩm có yêu cầu chặt chẽ về kích thước. Việc tạo ra sản phẩm có kích thước lớn từ tre làm phong phú phạm vi
sử dụng cho loại nguyên liệu này là chủ đề được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong
nước, một trong số đó là sản phẩm tre ép khối. Tre ép khối là loại sản phẩm mới hiện nay được sản xuất theo
phương pháp ép tre nguyên liệu dưới tác dụng áp lực lớn và keo tạo thành sản phẩm có kích thước chiều dày
lớn. Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố công nghệ. Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu
ảnh hưởng của lượng keo tráng, độ ẩm phôi và keo trước khi ép, khối lượng thể tích sản phẩm, nhiệt độ và thời
gian đóng rắn keo đến chất lượng sản phẩm tre ép khối từ nguyên liệu đã được cán dập với keo PF. Kết quả cho
thấy giá trị hợp lý là lượng keo tráng 10%, độ ẩm phôi nguyên liệu sau khi nhúng keo là 12%, khối lượng thể
tích 0,9–1,0 g/cm3, nhiệt độ đóng rắn keo là 135oC, thời gian gia nhiệt là 15 giờ. Với thông số trên sản phẩm
hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu sản xuất đồ mộc, và xây dựng nội ngoại thất.
Từ khóa: Khối lượng thể tích, lượng keo tráng, nhiệt độ đóng rắn, thời gian đóng rắn, tre ép khối.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
sản phẩm có kích thước chiều dày lớn. Nguyên
liệu phôi có thể là thanh tre, có thể là nguyên
liệu tre được cán dập. Sản phẩm được sử dụng
trong ván sàn, ván mộc thông dụng và ván xây
dựng. Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố công nghệ như loại nguyên liệu,
độ ẩm nguyên liệu, keo dán, thông số ép…
Trên thế giới có nhiều công trình nghiên
cứu về tre ép khối của các nước Trung Quốc,
Australia, Nhật Bản, Đức, Anh, Canada, Mỹ,
Malaysia, Ấn Độ, Thái Lan, Indonesia,
Philippines. Chủ yếu là ván PSL (Paralell
Strand Lumber), ván ép lớp tre (Mat
Plybamboo), ván mành tre (Curtain Plybamboo),
ván dán tre (Plybamboo) [2,3,4]. Những kết quả
nghiên cứu đã công bố tập trung vào chất lượng
sản phẩm như khối lượng thể tích có thể lên đến
1,0–1,2 g/cm3, độ bền uốn tĩnh đạt tới 120–180
Tre trúc là loại cây mọc nhanh với đặc điểm
tính chất cơ vật lý ưu việt đáp ứng yêu cầu
nguyên liệu sản xuất đồ mộc và xây dựng [1].
Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của loại
nguyên liệu này là có đường kính nhỏ, rỗng
ruột, cấu tạo và tính chất không đồng đều theo
chiều dày thành tre... do vậy hạn chế sử dụng
trong những sản phẩm có yêu cầu chặt chẽ về
kích thước. Việc tạo ra sản phẩm có kích thước
lớn từ tre làm phong phú phạm vi sử dụng cho
loại nguyên liệu này là chủ đề được sự quan tâm
của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong
nước. Một trong số đó là sản phẩm tre ép khối.
Tre ép khối là loại sản phẩm mới hiện nay
được sản xuất theo phương pháp ép tre nguyên
liệu dưới tác dụng áp lực lớn và keo tạo thành
1PGS.TS, TS. Trường Đại học Lâm nghiệp
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2013
78
C«ng nghiÖp rõng
MPa, mô dun đàn hồi đạt tới 16x103 MPa, còn
yếu tố công nghệ khác chưa được công bố nhiều.
Ở trong nước, việc nghiên cứu về sản phẩm
tre ép chủ yếu tập trung vào ván tre được tạo ra
từ thanh tre, mành tre, phên tre theo phương
pháp ép thông thường, riêng nghiên cứu về tre
ép khối chưa được nghiên cứu nhiều [5,6,7,8].
Nghiên cứu tìm ra giải pháp công nghệ tạo ra
một loại sản phẩm mới đáp ứng yêu cầu sử
dụng cho đồ mộc và xây dựng trong nước và
xuất khẩu, cũng như sử dụng hiệu quả cây tre ở
nước ta là rất cần thiết hiện nay. Bài viết này
trình bày kết quả nghiên cứu một số yếu tố ảnh
hưởng đến chất lượng sản phẩm tre sản xuất
bằng phương pháp ép khối từ nguyên liệu đã
được cán dập.
Formaldehyde do công ty DYNEA sản xuất,
mang mã hiệu WG 6111. Đây là loại keo có khả
năng chịu nước tốt, màng keo trong, màu vàng,
hàm lượng formaldehyde tự do nhỏ hơn 1%,
hàm lượng phenol nhỏ hơn 1%, độ nhớt ở 30oC
là 70–110 mPa.s, hàm lượng khô 40–44%, độ
pH 12,9–13,2. Khi sử dụng pha trộn theo tỷ lệ
khối lượng chất phủ: chất đóng rắn là 100 : 30,
pha thêm nước đến hàm lượng khô 25%.
2.2. Thiết bị thí nghiệm
Thí nghiệm sử dụng những thiết bị chính sau:
- Máy cán dập tre có công suất 500 kg/giờ:
cán dập tre theo chiều dọc thớ, sau khi qua
công đoạn cán, nguyên liệu bị dập như dạng
lưới.
- Máy ép nguội, lực ép tối đa 2500 tấn, kích
thước khoang ép cao × rộng × dài là 140×160
×2020 mm.
II.VẬTLIỆUVÀPHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU
2.1. Vật liệu thí nghiệm
- Một số thiết bị khác: Lò sấy gia nhiệt đóng
rắn keo; cân kỹ thuật độ chính xác 0,01 g;
thước kẹp độ chính xác 0,01 mm; pame độ
chính xác 0,001 mm; máy kiểm tra cơ tính vạn
năng…
Cây luồng (Dendrocalamus barbatus) thuộc
họ tre trúc, 5–6 năm tuổi, thân thẳng, chiều cao
cây 15m, đường kính thân 12 cm, lóng dài
30cm; vách thân dày 2–3 cm, được khai thác ở
vùng Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình. Cây được bỏ
phần ngọn, lấy phần gốc khoảng 10 m làm mẫu.
Chất kết dính: Sử dụng keo Phenol –
2.3. Phương pháp nghiên cứu
(1) Tạo mẫu thí nghiệm
Mẫu thí nghiệm được tạo theo sơ đồ hình 01:
Cán dập thanh
Luộc
Tre nguyên liệu
Cắt khúc
Chẻ thanh
Cạo tinh
Sấy nguyên liệu
Lên khuôn
xếp lớp
Sấy sơ bộ nguyên liệu
Tẩm keo
Sản phẩm ván tre ép khối
Gia nhiệt đóng rắn
Dỡ khuôn
Ép nguội
Hình 01. Sơ đồ tạo mẫu ván tre ép khối
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2013
79
C«ng nghiÖp rõng
Mô tả công nghệ:
yêu cầu từng thí nghiệm được đưa vào khuôn
ép thủy lực với lực ép 2.500 tấn. Căn cứ vào
Công đoạn sơ chế: Bao gồm cắt khúc, cạo
tinh, xẻ thanh. Tre nguyên liệu được khai thác về, yêu cầu khối lượng thể tích của từng thí
sơ chế loại bỏ phần cành lá chỉ giữ lại nguyên
cây, sau đó tre được cắt khúc cạo tinh và chẻ
thanh mục đích tạo thuận lợi cho quá trình gia
công, phù hợp yêu cầu chiều dài sản phẩm và sự
đồng đều cho nguyên liệu khi dán dính.
nghiệm, tính toán lượng phôi cho phù hợp. Sản
phẩm trong công đoạn này là các khối tre có
kích thước tiêu chuẩn là 140 × 160 × 2020 mm.
Công đoạn gia nhiệt đóng rắn keo: Sau khi
ép nguội với áp suất ép lớn, những khuôn phôi
nguyên liệu được đưa sang lò sấy để gia nhiệt
đóng rắn cho keo. Thời gian gia nhiệt và nhiệt
độ gia nhiệt được điều chỉnh theo theo yêu cầu
thí nghiệm.
Công đoạn cán dập: Đây là công nghệ mới
so với việc sản xuất ván tre theo phương pháp
thông thường khác. Qua công đoạn này thanh
tre nguyên liệu bị dập như dạng lưới. Mục đích
cán dập thanh để tăng khả năng thấm keo của
nguyên liệu, trong quá trình ép làm tăng diện
tích tiếp xúc nguyên liệu tạo sự đồng đều cho
sản phẩm.
Tạo sản phẩm và mẫu thí nghiệm: Qua công
đoạn gia nhiệt đóng rắn keo, sản phẩm tre ép
khối được tạo thành. Để kiểm tra ảnh hưởng
của các thông số công nghệ đến chất lượng sản
phẩm, tiến hành xẻ phôi nguyên liệu theo kích
thước ván sàn, chọn kích thước chiều dày ×
chiều rộng × chiều dài là 14 × 96 × 920 mm.
Trên cơ sở thanh ván sàn cắt tạo mẫu thí
nghiệm theo tiêu chuẩn GB/T 17657–1999.
Công đoạn luộc sấy nguyên liệu tre: Công
đoạn này nhằm để loại bỏ những chất hòa tan
như hàm lượng đường trong nguyên liệu tránh
sự xâm nhập phá hoại của nấm mốc, vi sinh vật
có hại. Sau khi luộc, nguyên liệu được để ráo
nước và đem sấy đến độ ẩm 15%. Mục đích
giảm độ ẩm của nguyên liệu nhằm làm tăng
khả năng thấm keo.
(2) Phương pháp nghiên cứu
a. Bố trí thí nghiệm
Bố trí thí nghiệm theo phương pháp thực
nghiệm đơn yếu tố. Tùy theo mục đích của
từng thí nghiệm có các yếu tố thay đổi tương
ứng là lượng keo tráng, độ ẩm phôi trước khi
vào ép, khối lượng thể tích sản phẩm, nhiệt độ
đóng rắn keo, thời gian đóng rắn keo.
Trên cơ sở các nghiên cứu thăm dò thử
nghiệm, tham khảo các nghiên cứu về sản xuất
ván ép lớp tre, đặc điểm của nguyên liệu, điều
kiện trang thiết bị máy móc hiện có, đã xác định:
- Lượng keo tráng thay đổi: 8; 9; 10; 11;
12%;
Công đoạn tẩm keo, sấy sơ bộ: Keo dán
được chuẩn bị sẵn theo yêu cầu thí nghiệm về
hàm lượng khô và lượng keo tráng. Tùy theo
từng thí nghiệm lượng keo tráng là khác nhau.
Sau đó nguyên liệu tre được tẩm keo, tiếp đó là
sấy ráo nguyên liệu. Với mỗi yêu cầu thí
nghiệm, độ ẩm sau khi sấy là khác nhau. Mục
đích sấy tạo điều kiện thuận lợi cho dán dính ở
công đoạn tiếp theo.
Công đoạn lên khuôn, ép nguội: Đây là
công đoạn quan trọng trong quy trình công
nghệ, có sự khác biệt so với phương pháp khác.
Tre đã được tẩm keo và sấy đến độ ẩm theo
- Độ ẩm phôi sau tẩm keo và sấy thay đổi: 4;
8; 12; 16; 20%;
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2013
80
C«ng nghiÖp rõng
- Khối lượng thể tích sản phẩm thay đổi: 0,8; keo và sấy 15%, khối lượng thể tích ván 1,05
0,9; 1,0; 1,1; 1,2 g/cm3;
g/cm3, thời gian đóng rắn keo 15 giờ. Nhiệt độ
đóng rắn keo thay đổi: 115; 125; 135; 145;
155oC.
- Nhiệt độ đóng rắn keo thay đổi: 115; 125;
135; 145; 155oC;
- Thời gian đóng rắn keo thay đổi: 12; 14;
16; 18; 20 giờ.
Loại thí nghiệm 5: Ảnh hưởng của thời gian
đóng rắn keo
Mỗi loại thí nghiệm có số lần lặp là 3; số
mẫu cho mỗi loại thí nghiệm trong mỗi lần lặp
là 03 mẫu.
Mẫu được tạo theo các bước như sơ đồ hình
01, lượng keo tráng 10%; độ ẩm phôi sau tẩm keo
và sấy 15%, khối lượng thể tích ván 1,05 g/cm3,
nhiệt độ đóng rắn keo 135oC. Thời gian đóng rắn
keo thay đổi: 12; 14; 16; 18; 20 giờ.
b.Tiến hành thí nghiệm
Loại thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của lượng
keo tráng
Với tất cả các thí nghiệm trên, thông số cần
xác định là độ bền uốn tĩnh (MOR), mô đun
đàn hồi uốn tĩnh (MOE), độ trương nở chiều
dày (TS). Các tính chất đó được thử theo tiêu
chuẩn GB/T 17657–1999.
Mẫu được tạo theo quy trình công nghệ như
hình 01, độ ẩm phôi sau khi tẩm keo và sấy là
15%; khối lượng thể tích ván 1,05 g/cm3; thời
gian đóng rắn keo 15 giờ; nhiệt độ đóng rắn
keo 135oC. Lượng keo tráng thay đổi: 8; 9; 10;
11; 12 %.
c. Xử lý số liệu
Xử lý số liệu thực nghiệm bằng phương
pháp thống kê toán học dựa trên phần mềm
excell.
Loại thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của độ ẩm
phôi sau tẩm keo và sấy
Mẫu được tạo theo các bước như sơ đồ hình
01, khối lượng thể tích ván 1,05 g/cm3; thời
gian đóng rắn keo 15 giờ; nhiệt độ đóng rắn keo
135oC; lượng keo tráng 10%. Độ ẩm phôi sau
tẩm keo và sấy thay đổi: 4; 8; 12; 16; 20%.
Loại thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của khối
lượng thể tích sản phẩm
(3) Xác định một số tính chất sản phẩm
Ván sau khi được tạo ra được kiểm tra một
số tính chất cơ vật lý cơ bản. Kiểm tra tính chất
cơ học của ván thông qua 2 chỉ tiêu là độ bền
uốn tĩnh (MOR) và mô đun đàn hồi (MOE).
Kiểm tra tính chất vật lý của ván thông qua chỉ
tiêu độ trương nở chiều dày ván (TS). Ngoài ra
qua thí nghiệm để xác định khối lượng thể tích,
độ ẩm nguyên liệu. MOR, MOE, TS theo tiêu
chuẩn GB/T 17657–1999.
Mẫu được tạo theo các bước như sơ đồ hình
01, lượng keo tráng 10%, độ ẩm phôi sau tẩm
keo và sấy 15%, thời gian đóng rắn keo 15 giờ,
nhiệt độ đóng rắn keo 135oC. Khối lượng thể
tích sản phẩm thay đổi: 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2
g/cm3.
- Xác định khối lượng thể tích ván:
Số lượng mẫu thử là 9. Kích thước mẫu thử
100×100× t (mm), trong đó t là chiều dày mẫu
được xác định đo ở 4 điểm. Mẫu được để ổn
định trong buồng điều hòa ở độ ẩm 12% đến
khối lượng không đổi và được xác định khối
lượng thể tích.
Loại thí nghiệm 4: Ảnh hưởng nhiệt độ
đóng rắn keo
Mẫu được tạo theo các bước như sơ đồ hình
01, lượng keo tráng 10%; độ ẩm phôi sau tẩm
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2013
81
C«ng nghiÖp rõng
w – chiều rộng mẫu, mm;
t – chiều dày mẫu, mm.
Công thức xác định MOE
Trong đó:
γ – khối lượng thể tích, g/cm3;
m – khối lượng mẫu thử, g;
V – thể tích mẫu thử, cm3.
Trong đó:
∆P – khoảng cách tăng lực (∆P = 1/4 P),
N/{kgf} ;
- Xác định độ ẩm của nguyên liệu trước khi
ép nguội
Nguyên liệu sau khi tẩm keo và sấy được
xác định độ ẩm. Cân lấy m1 khối lượng mẫu
ban đầu sau đó đem sấy khô kiệt xác định lại
khối lượng m0. Nhiệt độ sấy cuối cùng là 103 ±
2oC, sấy cho đến khi khối lượng mẫu không
thay đổi (chênh lệch khối lượng của hai lần cân
liên tiếp nhỏ hơn 0.01 g), cân nhanh để xác
định khối lượng mẫu khô kiệt.
L – chiều dài mẫu L = 20t + 50 mm;
W – chiều rộng mẫu, mm;
ƒ – độ võng trung bình, mm.
- Xác định độ trương nở chiều dày
Mẫu thí nghiệm có kích thước 50 × 50 mm.
Xác định chiều dày ban đầu của mẫu ở điều
kiện nhiệt độ 20oC, độ ẩm không khí 65%. Sau
đó mẫu được ngâm trong nước lạnh 30 phút và
đo lại kích thước chiều dày. Độ trương nở
chiều dày được tính theo công thức sau:
Độ ẩm mẫu xác định theo công thức:
Trong đó:
MC – độ ẩm ban đầu của mẫu, %;
m1 – khối lượng ban đầu của mẫu, g;
m0 – khối lượng mẫu khô kiệt, g.
Trong đó:
TS – độ trương nở chiều dày ván, %;
h1 – chiều dày mẫu ván trước khi
ngâm nước, mm;
- Kiểm tra độ uốn tĩnh (MOR) và module
đàn hồi uốn tĩnh (MOE)
Số lượng mẫu thử cho mỗi tính chất là 9.
Kích thước mẫu: dài x rộng x dày là 350 x 50 x
15 mm. Mẫu đặt vào vị trí trên hai gối đỡ của
máy thử tính chất cơ lý MTS và kiểm tra độ
bền uốn và mô đun đàn hồi uốn tĩnh.
h2 – chiều dày mẫu ván sau khi ngâm
nước, mm.
IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
- Ảnh hưởng của lượng keo tráng
Mẫu thí nghiệm được tạo theo quy trình
công nghệ với thông số thay đổi là lượng keo
tráng. Thí nghiệm lặp 3 lần, mỗi lần lặp lấy 3
mẫu thí nghiệm cho thử một tính chất. Kết quả
xác định độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn
tĩnh, độ trương nở chiều dày được trình bày ở
bảng 01.
Công thức xác định MOR
3.P.Lg
2.w.t2
MOR
, MPa
Trong đó:
P – lực phá huỷ mẫu, N;
Lg – chiều dài gối đỡ, mm;
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2013
82
C«ng nghiÖp rõng
Bảng 01. Ảnh hưởng của lượng keo tráng đến tính chất cơ học của sản phẩm
Lượng keo tráng (%)
MOR (MPa)
62,8
MOE (x103 MPa)
TS (%)
29,0
18,0
8,7
8
9
4,3
5,4
7,1
7,6
8,0
75,5
10
11
12
92,3
97,7
8,2
101,2
7,6
Từ kết quả ở bảng 01 cho thấy với lượng
keo tráng khác nhau đã có ảnh hưởng đến chất
lượng ván tre ép khối. Khi lượng keo tráng
tăng từ 8–12% thì MOR, MOE đều tăng lên và
đạt giá trị lớn nhất ở 12%. Ở giá trị lượng keo
tráng 12% MOR đạt giá trị 101,2 MPa, MOE
đạt giá trị 8,0x103 MPa. Ngược lại với MOR,
MOE, khi lượng keo tráng tăng lên thì độ
trương nở chiều dày của sản phẩm lại giảm đi,
giảm từ 29,0–7,6%. Điều này được giải thích
như sau: Lượng keo tráng có ảnh hưởng trực
tiếp đến tạo độ liên tục, đồng đều của màng
keo, ảnh hưởng đến tiếp xúc nguyên liệu với
nguyên liệu. Khi lượng keo tráng tăng lên, độ
liên tục, đồng đều màng keo tăng, làm tăng sự
liên kết của nguyên liệu với nhau. Hơn nữa khi
lượng keo tráng tăng, diện tích phủ keo lớn
ngăn cản sự hút nước từ ngoài vào nguyên liệu,
từ đó làm cho MOR, MOE tăng, TS giảm.
tăng lên khi lượng keo tráng tăng lên; nhưng
khi lượng keo tráng lớn hơn 10%, mức độ ảnh
hưởng của chúng đến MOE, MOR, TS giảm
dần. Khi lượng keo tráng là 10%, so sánh với
tiêu chuẩn ván dán cốp pha, ván sàn cho kết quả
giá trị MOR và MOE lớn hơn yêu cầu, điều đó
cho thấy sản phẩm đáp ứng tốt cho sản xuất đồ
mộc và nội thất như cánh cửa khuôn cửa vách
ngăn. Với đồ ngoại thất, do yêu cầu chất lượng
sản phẩm cao hơn, vì vậy nên chọn lượng keo
tráng 11–12%. Nhưng khi lượng keo tráng quá
lớn sẽ ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm.
-Ảnhhưởngcủađộẩmphôisautẩmkeovàsấy
Mẫu thí nghiệm được tạo theo quy trình
công nghệ với sự thay đổi là độ ẩm phôi khi đã
tẩm keo và sấy. Thí nghiệm lặp 3 lần, mỗi lần
lặp lấy 3 mẫu thí nghiệm cho thử một tính chất.
Kết quả xác định độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn
hồi uốn tĩnh, độ trương nở chiều dày được
trình bày ở bảng 02.
Cũng từ bảng 01 cho thấy, MOR, MOE
Bảng 02. Ảnh hưởng của độ ẩm phôi đến tính chất cơ học vật lý của sản phẩm
MOR(MPa)
Độ ẩm sau nhúng
MOE(x103 MPa)
TS(%)
keo, sấy(%)
80,1
95,7
99,2
93,1
85,6
4
8
12
16
20
5,8
7,3
8,0
7,2
6,5
21,0
18,5
11,8
9,0
8,2
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2013
83
C«ng nghiÖp rõng
Từ số liệu bảng 02 cho thấy, khi độ ẩm
phôi ép tăng từ 4–12% giá trị MOR, MOE tăng
lên, nhưng khi độ ẩm nguyên liệu tăng từ 12%
đến 20% trị số MOR, MOE có xu hướng
hướng giảm xuống. Nguyên nhân do độ ẩm
phôi sau khi nhúng keo đã trực tiếp làm ảnh
của ván. Tính chất cơ học của ván sẽ giảm tối
đa đến độ ẩm bão hòa thớ gỗ.
Đối với sự trương nở chiều dày của ván khi
độ ẩm tăng từ 4–12%, độ trương nở chiều dày
giảm đi nhanh chóng từ 21,0 đến 11,8%, nhưng
khi độ ẩm tăng lên từ 12–20% độ trương nở
hưởng đến tính chất cơ học của nguyên liệu tre, chiều dày vẫn giảm đi nhưng độ giảm ít hơn so
đồng thời trong quá trình đóng rắn keo chúng
đóng vai trò là yếu tố trung gian dẫn truyền
nhiệt từ ngoài vào lớp keo trong cùng nhằm
thực hiện qúa trình đóng rắn của màng keo.
Khi độ ẩm nguyên liệu thấp làm cho nguyên
liệu tre bị giòn, do đó trị số MOR, MOE của
ván thấp. Khi lượng ẩm nguyên liệu tăng làm
tăng khả năng truyền nhiệt từ bề mặt vào trong
do nguyên lý ẩm mang nhiệt, từ đó tạo điều
kiện đóng rắn keo trong sản phẩm tốt hơn, làm
tăng tính chất MOR, MOE của ván. Nhưng nếu
lượng ẩm nguyên liệu quá lớn (12–20%), trong
quá trình ép sẽ xảy ra hiện tượng tế bào
cellulose hút nước, lượng nước thấm trong
vách tế bào lớn làm cho liên kết giữa chúng
lỏng lẻo, từ đó làm giảm tính chất MOR, MOE
với ban đầu. Nguyên nhân là do khi độ ẩm tăng
cao, khả năng truyền nhiệt từ ngoài vào trong
ván cũng tăng, phía trong sản phẩm nhận được
nhiệt nhanh và lớn, vì vậy dưới tác động của
nhiệt độ keo đóng rắn càng triệt để, khả năng
chịu nước của sản phẩm càng tốt. Từ phân tích
trên cho thấy độ ẩm phôi ép hợp lý nhất là 12%.
- Ảnh hưởng của khối lượng thể tích
sản phẩm
Mẫu thí nghiệm được tạo theo quy trình
công nghệ với sự thay đổi là khối lượng thể
tích. Thí nghiệm lặp 3 lần, mỗi lần lặp lấy 3
mẫu thí nghiệm cho thử một tính chất. Kết quả
xác định độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn
tĩnh, độ trương nở chiều dày được trình bày ở
bảng 03.
Bảng 03. Ảnh hưởng của khối lượng thể tích đến tính chất cơ học vật lý của sản phẩm
Khối lượng thể tích (g/cm3)
MOR (MPa)
71,1
MOE (x103 MPa)
TS (%)
11,2
9,3
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
5,1
6,1
6,8
7,5
7,9
82,0
90,8
97,2
101,8
8,8
8,1
7,6
Từ bảng 03 cho thấy khi khối lượng thể
tích của ván tăng lên, trị số MOR, MOE đều
tăng nhưng trị số TS giảm xuống, điều đó có
nghĩa khả năng chịu nước của ván cũng tăng
lên. Xảy ra hiện tượng này là do khi khối
lượng thể tích tăng lên nhưng lượng keo không
đổi, làm cho mật độ nguyên liệu tre trong sản
phẩm tăng lên, đồng thời khả năng tiếp xúc
giữa chúng cũng tăng, do đó MOR, MOE của
ván tăng lên. Độ tăng này rõ rệt khi khối lượng
thể tích sản phẩm tăng từ 0,8 –1,0 g/cm3 sau đó
mức độ tăng giảm đi. Khi khối lượng thể tích
của ván tăng lên, TS giảm xuống, điều này có
thể được lý giải do sự đan xen liên kết nguyên
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2013
84
C«ng nghiÖp rõng
liệu trong sản phẩm chặt khít, khoảng rỗng
trong sản phẩm giảm dẫn đến cơ hội cho nước
thấm vào bên trong giảm, làm giảm sự trương
nở chiều dày sản phẩm. Cũng từ kết quả nghiên
cứu chỉ ra khi khối lượng thể tích tăng từ 1,1
g/cm3 độ tăng MOR, MOE có xu hướng chậm
lại. Từ kết quả đó cho thấy khối lượng thể tích
hợp lý của sản phẩm là 0,9 – 1,0 g/cm3, nếu
khối lượng thể tích tăng cao tính chất cơ học
tăng không nhiều, gây lãng phí nguyên liệu.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn keo
Mẫu thí nghiệm được tạo theo quy trình
công nghệ với sự thay đổi là nhiệt độ đóng rắn
màng keo. Thí nghiệm lặp 3 lần, mỗi lần lặp
lấy 3 mẫu thí nghiệm cho thử một tính chất.
Kết quả xác định độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn
hồi uốn tĩnh, độ trương nở chiều dày được
trình bày ở bảng 04.
Bảng 04. Ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn keo đến tính chất cơ vật lý của sản phẩm
Nhiệt độ đóng rắn keo (oC)
MOR (MPa)
68,0
MOE (x103 MPa)
TS (%)
29,0
14,5
8,6
115
125
135
145
155
4,7
6,0
6,7
6,6
5,6
81,1
91,8
89,7
9,3
78,5
9,7
số MOR, MOE tăng, TS giảm. Nhưng nếu
nhiệt độ đóng rắn keo tăng quá cao lại duy trì
trong thời gian dài, làm cho màng keo bị
cacbon hoá, vì vậy khi nhiệt độ đóng rắn của
keo tăng cao từ 135 – 155oC làm cho một số
thành phần trong tre có hiện tượng phân hủy
do nhiệt, màng keo có hiện tượng bị giòn do
lão hóa, làm cho trị số MOR, MOE có xu
hướng giảm xuống, TS có xu hướng tăng lên.
Từ kết quả nghiên cứu trên cho thấy nhiệt độ
hợp lý để đóng rắn keo nên chọn ở nhiệt độ
135oC.
Kết quả bảng 04 cho thấy khi nhiệt độ
đóng rắn keo từ 115 đến 135oC, trị số MOR,
MOE tăng lên, trị số TS giảm xuống. Trong đó
nhiệt độ tăng từ 115 đến 125oC trị số MOR,
MOE tăng nhanh chóng, MOR tăng 68,0–81,1
MPa, MOE tăng 4,7 x103–6,0x103 MPa, TS
giảm nhanh chóng từ 29,0–14,5%. Ngược lại
khi nhiệt độ đóng rắn keo tăng từ 135–155oC,
MOR, MOE có xu hướng giảm; TS có xu
hướng tăng lên.
Nguyên nhân do nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc
độ đóng rắn của màng keo. Khi nhiệt độ đóng
rắn thấp, màng keo lâu đóng rắn hoặc không
đủ điều kiện đóng rắn nên độ bền dán dính
thấp, khi nhiệt độ đóng rắn tăng làm tăng tốc
độ đóng rắn màng keo, keo đóng rắn càng triệt
để. Vì vậy khi nhiệt độ đóng rắn keo tăng lên
(115 – 135oC), keo đóng rắn càng tốt, do đó
chất lượng sản phẩm cũng tăng lên, kết quả tri
- Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn keo
Mẫu thí nghiệm được tạo theo quy trình
công nghệ với sự thay đổi là thời gian đóng rắn
màng keo. Thí nghiệm lặp 3 lần, mỗi lần lặp
lấy 3 mẫu thí nghiệm cho thử 1 tính chất. Kết
quả xác định độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi
uốn tĩnh, độ trương nở chiều dày được trình
bày ở bảng 05.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2013
85
C«ng nghiÖp rõng
Bảng 05. Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn keo đến tính chất cơ vật lý của sản phẩm
Thời gian đóng rắn keo (giờ)
MOR (MPa)
77,1
MOE (x103 MPa)
TS (%)
26,0
8,5
12
14
16
18
20
5,5
6,6
7,2
6,5
5,4
90,6
93,5
9,2
85,7
10,1
10,5
75,9
Kết quả bảng 05 chỉ ra khi thời gian đóng
rắn keo tăng từ 12–16 giờ trị số MOR, MOE
có xu hướng tăng lên, TS có xu hướng giảm
xuống, nhưng khi thời gian tiếp tục tăng từ 16–
20 giờ trị số MOR, MOE có xu hướng giảm và
trị số TS có xu hướng tăng. Điều này được giải
thích: Thời gian đóng rắn là thời gian để cho
phản ứng đóng rắn keo được xảy ra triệt để.
Khi thời gian tăng tạo điều kiện keo đóng rắn
tốt trong sản phẩm, từ đó MOR, MOE tăng, TS
giảm. Nhưng nếu thời gian đóng rắn kéo dài,
lại xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao làm cho
màng keo bị lão hóa, kết quả tính chất của sản
phẩm giảm đi. Thời gian đóng rắn hợp lý nhất
là 14–16 giờ.
những thông số công nghệ như lượng keo tráng,
độ ẩm phôi sau khi nhúng keo, khối lượng thể
tích của ván, nhiệt độ, thời gian đóng rắn có
ảnh hưởng rõ ràng đến tính chất cơ vật lý của
sản phẩm.
- Trị số các thông số công nghệ hợp lý cho
sản xuất sản phẩm ghép khối tre bằng phương
pháp cán dập nguyên liệu với keo PF là: Lượng
keo tráng 10%, độ ẩm phôi nguyên liệu sau khi
nhúng keo là 12%, khối lượng thể tích 0,9–1,0
g/cm3, nhiệt độ đóng rắn keo là 135oC, thời
gian gia nhiệt là 15 giờ. Với thông số trên, sản
phẩm hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu sản
xuất đồ mộc, và xây dựng nội ngoại thất.
VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO
V. KẾT LUẬN
1. Khoa Chế biến lâm sản trường đại học Lâm
nghiệp, Nghiên cứu tính chất cơ học của Luồng và định
hướng sử dụng , đề tài hợp tác nghiên cứu với trường đại
học Dresden – Cộng hòa liên bang Đức, 2011.
Tre ép khối là loại sản phẩm mới hiện nay
đang cần sự nghiên cứu thỏa đáng của các nhà
khoa học trong nước. Chất lượng sản phẩm
phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố công nghệ.
Công trình này đã nghiên cứu được ảnh hưởng
của lượng keo tráng, độ ẩm phôi và keo trước
khi ép, khối lượng thể tích sản phẩm, nhiệt độ
và thời gian đóng rắn keo đến chất lượng sản
phẩm tre ép khối từ nguyên liệu đã được cán
dập với keo PF.
2. Xiao Chun Zhang et al, The effect of hot pressing
pressure and board density on the mechanical properties
and microstructure of bamboo wood composite LVL, The
proceedings of 2011 international symposium on
comprehensive utilization of wood based resources, vol
2, 2011.
3. Chen Yuhe et al, The technology of Bamboo based
panel, Journal of Bamboo research, Vol (21),5, 2002.
4. Yu Qian, Han Jian, Processing technology for
Qua quá trình nghiên cứu đi đến kết luận sau:
- Trong sản xuất sản phẩm tre ép khối
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2013
86
C«ng nghiÖp rõng
bamboo mat reinforced bamboo particle composite
board, Based panel board of China. Vol (4), 16, 2009.
5. Nguyễn Trung Hiếu, Phạm Văn Chương, Xác định
trị số áp suất để sản xuất ván coppha từ nguyên liệu cây
Luồng, luận văn thạc sĩ, 2006.
7. Nguyễn Thị Thanh Hiền, Phạm Văn Chương,
Nghiên cứu tạo vật liệu composite từ Tre gỗ, luận án
thạc sĩ , 2007.
8. Nguyễn Trọng Kiên, Phạm Văn Chương, Nghiên
cứu tạo vật liệu composite từ Tre - Gỗ dùng trong xây
dựng và đồ mộc, đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở ,
2008.
6. Hoàng Thị Thanh Hương, Nghiên cứu sản xuất ván
ghép thanh từ Tre - Gỗ, luận án tiến sĩ kỹ thuật, 2003.
INFLUENCE OF TECHNOLOGY PARAMETERS TO MECHANICAL AND PHYSICAL
PROPERTIES OF BAMBOO BLOCK BOARD
Pham Van Chuong, Nguyen Trong Kien
SUMMARY
Bamboo was fast growing trees having many good characteristics of mechanical and physical properties, it was
suitable for furniture and building materials. However, the biggest disadvantage of this material was small diameter,
so it was used limited in product having strict requirements about size. Bamboo block board, one kind of products
having big thickness, was interested of scientists in the world. These products were made by high pressure and
adhesive. The product qualities depended on many factors as technology, material etc. all. This paper forcuced on
research influence of amount of spread glue, moisture of material impregnated glue, density, curing temperature
and time of glue to product qualities. Research results showed that amount of spread glue of 10%, moisture of
material impregnated glue of 12%, density from 0.9 to 1.0 g/cm3, curing temperature of glue of 135oC and curing
time of 15 hours were optimized value, product quality fully suit requirements for using furniture and building
materials.
Keys words: Amount of spread glue, Bamboo block board, curing temperature, curing time, Density.
Người phản biện: PGS.TS. Trần Văn Chứ
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2013
87
10 trang
17600
Free
Bạn đang xem tài liệu "Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến tính chất cơ học, vật lý của sản phẩm tre ép khối", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- anh_huong_cua_thong_so_cong_nghe_den_tinh_chat_co_hoc_vat_ly.pdf
