Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến tính chất cơ học của gỗ keo tai tượng trồng tại Hà Giang
C«ng nghiÖp rõng
ẢNH HƯỞNG CỦA XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ HỌC
CỦA GỖ KEO TAI TƯỢNG TRỒNG TẠI HÀ GIANG
Nguyễn Trung Hiếu2, Trần Văn Chứ1
1TS. Trường Đại học Lâm nghiệp
2ThS. Trường Cao đẳng Kinh tế Kỹ thuật Hà Giang
TÓM TẮT
Xử lý nhiệt độ cao cho gỗ là phương pháp thân thiện với môi trường thường được áp dụng để nâng cao tính ổn
định kích thước của gỗ và sản phẩm từ gỗ. Tuy nhiên, các tính chất cơ học của gỗ sau khi xử lý như: Độ bền uốn
tĩnh, mô đun đàn hồi uốn tĩnh, giới hạn độ bền nén dọc thớ gỗ sau khi xử lý có thể bị thay đổi. Nhằm đánh giá ảnh
hưởng của xử lý nhiệt đến tính chất cơ học và tính chất công nghệ của gỗ Keo tai tượng trồng tại Hà Giang,
nghiên cứu này đã tiến hành xử lý mẫu gỗ ở các mức nhiệt độ 170 oC, 180 oC, 190 oC, 200 oC và 210 oC trong thời
gian từ 2 giờ đến 10 giờ trong môi trường không khí. Thí nghiệm đã xác định các tính chất cơ học bao gồm: Giới
hạn độ bền nén dọc thớ, độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn tĩnh và độ bền kéo trượt màng keo của gỗ xử lý
nhiệt. Ngoài ra, trong nghiên cứu cũng đã xác định được tỉ lệ tổn hao khối lượng và mối quan hệ của nó với các
tính chất cơ học của gỗ. Kết quả cho thấy, hầu hết các tính chất cơ học của gỗ đều bị giảm xuống so với mẫu gỗ
chưa xử lý. Cụ thể, độ bền uốn tĩnh giảm khoảng 20%, mô đun đàn hồi uốn tĩnh giảm khoảng 13%, độ bền kéo
trượt màng keo giảm khoảng 30%. Tuy nhiên, giới hạn độ bền nén dọc thớ gỗ lại tăng lên. Hơn nữa, kết quả
nghiên cứu còn chỉ ra tỉ lệ tổn hao khối lượng và các tính chất cơ học của gỗ xử lý nhiệt có mối tương quan khá
chặt với hệ số tương quan cao (R2 > 0,8).
Từ khóa: Keo tai tượng, tính chất cơ học của gỗ, xử lý nhiệt
về biến tính nhiệt cho gỗ cũng có những thành
công nhất định.
I. MỞ ĐẦU
Hiện nay, tài nguyên gỗ rừng trồng của
nước ta rất phong phú và đã trở thành nguồn
nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp
sản xuất đồ gỗ. Tuy nhiên, gỗ rừng trồng do
sinh trưởng nhanh, tỉ lệ gỗ tuổi non cao, nên
còn tồn tại nhiều nhược điểm như: Kích thước
không ổn định; dễ biến màu, dễ mục, dễ
cháy,… Những nhược điểm này đã mang lại
nhiều khó khăn cho việc sản xuất, tiêu thụ sản
phẩm của các xí nghiệp sản xuất và làm giảm
hiệu quả sử dụng tài nguyên gỗ. Vì vậy việc
nghiên cứu tìm ra các giải pháp hợp lý để biến
tính gỗ rừng trồng là vô cùng cần thiết.
Những năm gần đây do chất lượng cuộc
sống ngày càng cao, việc sử dụng hóa chất để
xử lý biến tính gỗ đang dần dần làm hạn chế
phạm vi sử dụng gỗ. Trong các công nghệ xử
lý hiện nay, thị trường của sản phẩm gỗ từ
công nghệ xử lý không sử dụng hóa chất đang
được mở rộng. Trong đó, gỗ xử lý nhiệt hay gỗ
biến tính nhiệt đã được chú ý đến, nghiên cứu
Công nghệ xử lý nhiệt được áp dụng rất
rộng rãi trong lĩnh vực biến tính gỗ nhằm giảm
độ ẩm thăng bằng, giảm tính hút nước và tăng
tính ổn định kích thước của gỗ đồng thời một
phần nào đó nâng cao độ bền sinh học của gỗ
(Esteves và Pereira, 2009). Do trong quá trình
xử lý nhiệt, các axít hữu cơ được phân giải từ
hemixenlulo tạo ra môi trường axít kết hợp với
nhiệt độ cao đã làm phá vỡ mối liên kết lignin-
polysaccharide trong cấu trúc gỗ, làm cho gỗ
vốn là loại vật liệu có tính hút ẩm mạnh trở
thành loại vật liệu kỵ ẩm (Kosikova et al.,
1999; Wikberg và Liisa Maunu, 2004). Tuong
và Li (2011) đã nghiên cứu sự biến đổi cấu
trúc hóa học và một số tính chất của gỗ Keo lai
sau quá trình xử lý nhiệt trong môi trường có
khí N2 bảo vệ với nhiệt độ xử lý từ 210 oC đến
o
230 C; kết quả cho thấy, gỗ Keo lai sau khi
được xử lý nhiệt, một lượng nhất định các
nhóm hydroxyl giảm xuống, cùng với đó là
95
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2 - 2013
C«ng nghiÖp rõng
tính hút nước của gỗ cũng giảm xuống, và tính
ổn định kích thước gỗ đã được cải thiện. Pham
Van Chuong (2011) đã nghiên cứu ảnh hưởng
của công nghệ xử lý thủy nhiệt đến tính chất
vật lý của gỗ Keo lá tràm, kết quả cho thấy,
nhiệt độ và thời gian xử lý đã ảnh hưởng rất rõ
đến khối lượng thể tích, hiệu suất chống hút
nước và hệ số chống trương nở của gỗ. Cụ thể,
khối lượng thể tích của gỗ giảm xuống nhưng
tính ổn định kích thước của gỗ được cải thiện
thông qua kết quả phân tích tính hút nước và
tính trương nở của gỗ.
Nghiên cứu này sẽ làm rõ ảnh hưởng của xử
lý nhiệt độ cao trong môi trường không khí đến
một số tính chất cơ học và tính chất công nghệ
của gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium) trồng
tại Hà Giang.
II.VẬTLIỆUVÀPHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU
1. Vật liệu
Gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium) 9-10
tuổi khai thác tại Hà Giang; đường kính trung
bình 18 cm.
2. Phương pháp nghiên cứu
Tuy nhiên, một trong những tồn tại của
công nghệ này là tính chất cơ học của gỗ sau
xử lý như: Độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi
uốn tĩnh, khả năng dán dính bị thay đổi; và chủ
yếu có xu hướng thấp hơn so với gỗ chưa xử lý
(Poncsak et al., 2007; Shi et al., 2007). Mức độ
thay đổi khả năng chịu lực của gỗ phụ thuộc
vào rất nhiều yếu tố như: Loài gỗ, môi trường
xử lý nhiệt (không khí, khí trơ, hơi nước,…),
điều kiện xử lý (nhiệt độ và thời gian xử lý),…
a. Tạo mẫu thí nghiệm: mẫu dùng trong
nghiên cứu được gia công theo quy định của
tiêu chuẩn quốc tế ISO (1975) về yêu cầu và
phương pháp tạo mẫu kiểm tra tính chất cơ lý
của gỗ, số lượng mẫu thí nghiệm là 10 mẫu.
b. Phương pháp xử lý nhiệt cho gỗ: sử dụng
phương pháp xử lý nhiệt độ cao trong môi trường
không khí với quy trình xử lý như Hình 01.
Hình 01. Sơ đồ công nghệ xử lý nhiệt độ cao
cho gỗ Keo tai tượng
Thông số chế độ xử lý như sau:
Độ ẩm nguyên liệu đầu vào: 15-18%
Môi trường xử lý: Không khí
Thời gian xử lý đầu (làm nóng và sấy): 6 giờ
Nhiệt độ xử lý ban đầu: 110 oC
Nhiệt độ trong giai đoạn xử lý nhiệt:
96
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2 - 2013
C«ng nghiÖp rõng
Nhằm làm rõ ảnh hưởng của nhiệt độ và
thời gian xử lý đến tính chất gỗ, thí nghiệm đã
bố trí nhiệt độ và thời gian duy trì nhiệt độ thay
đổi theo 5 cấp. Cụ thể:
(1) Giai làm nóng: Tốc độ tăng nhiệt cố
định sao cho chênh lệch giữa nhiệt độ gỗ và
nhiệt độ môi trường xử lý không quá 30 C để
o
hạn chế khuyết tật xảy ra trong quá trình xử lý;
(2) Giai đoạn sấy: Nhiệt độ lựa chọn cho
o
- Nhiệt độ: 170 C, 180 oC, 190 oC, 200 oC
và 210 oC
giai đoạn này là 110 C, và được duy trì trong
o
- Thời gian duy trì nhiệt độ max trong giai
đoạn xử lý nhiệt: 2h, 4h, 6h, 8h và 10h
Thiết bị xử lý nhiệt: Sử dụng thiết bị tại
Trung tâm thí nghiệm thực hành của Khoa Chế
biến lâm sản – Trường Đại học Lâm nghiệp.
Mã hiệu: Sumpot với hệ thống điều khiển PLC,
nhiệt độ max 230 oC, sản xuất tại Trung Quốc.
Quy trình xử lý:
thời gian 6 giờ;
(3) Giai đoạn biến tính: Nhằm giảm số
lượng thí nghiệm nhưng vẫn đáp ứng được yêu
cầu cơ bản của thống kê toán học, thí nghiệm
trong nghiên cứu đã được bố trí theo phương
pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao, nhiệt
độ và thời gian xử lý của các chế độ khác nhau
theo thiết kế trong Bảng 01 và Bảng 02;
Bảng 01. Các mức của thông số thí nghiệm
Các mức thí nghiệm
Khoảng biến
thiên
Yếu tố ảnh hưởng
Nhiệt độ (oC)
-
0
+
-
+
210
170
180
190
200
10
2
Thời gian duy trì nhiệt
độ max (h)
2
4
6
8
10
Bảng 02. Thông số thực nghiệm với 2 yếu tố ảnh hưởng
Mã thí
nghiệm
X1
X2
T
t
CĐ1
-
+
-
-
180
200
180
200
210
170
190
190
190
4
4
CĐ2
CĐ3
CĐ4
CĐ5
CĐ6
CĐ7
CĐ8
CĐ9
-
+
8
+
+
8
0
6
+
-
0
0
6
10
2
+
-
0
0
0
6
(4) Giai đoạn làm nguội: Do sau khi xử lý,
nhiệt độ gỗ và nhiệt độ môi trường bên ngoài
chênh lệch rất lớn, nhằm hạn chế khuyết tật
sau quá trình xử lý, sau khi kết thúc giai đoạn
biến tính cần thiết phải để gỗ nguội tự nhiên
trong môi trường xử lý đến khi có nhiệt độ
tương đương với môi trường bên ngoài mới có
thể lấy mẫu ra để thực hiện các bước thí
nghiệm tiếp theo.
c. Các chỉ tiêu chủ yếu cần kiểm tra:
Trước khi tiến hành kiểm tra, mẫu đối chứng
97
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2 - 2013
C«ng nghiÖp rõng
và mẫu đã qua xử lý nhiệt theo quy trình trên
được đặt trong môi trường có nhiệt độ 20 oC và
độ ẩm tương đối của không khí là 65% trong
thời gian 2 tuần. Các chỉ tiêu kiểm tra gồm:
tính bằng mm;
b và h- các kích thước mặt cắt ngang
tương ứng theo phương xuyên tâm và phương
tiếp tuyến của mẫu thử, tính bằng mm;
f - biến dạng trong diện tích uốn thực
bằng hiệu số giữa giá trị trung bình số học của
các kết quả nhận được khi đo biến dạng ở giới
hạn trên và giới hạn dưới của tải trọng, tính
bằng mm.
Tỉ lệ tổn hao khối lượng mẫu sau khi xử lý
(ML): Là tỉ lệ phần trăm giữa khối lượng mẫu
sau khi xử lý so với khối lượng mẫu sau giai
đoạn sấy (khối lượng gỗ khô kiệt), tỉ lệ tổn hao
khối lượng được tính theo công thức (1):
m0 mht
Mô đun đàn hồi uốn tĩnh của gỗ được
biểu thị chính xác đến 0,1 GPa.
ML
100(%)
(1)
m0
Giới hạn độ bền nén dọc thớ:
Trong đó: ML - tỉ lệ tổn hao khối lượng
gỗ khi xử lý, %;
- Tiêu chuẩn kiểm tra: ISO 3787-1976
- Kích thước mẫu: 20 х 20 х 30 mm
- Dung lượng mẫu: 10 mẫu/chế độ
- Độ ẩm khi kiểm tra mẫu: 12%
- Công thức xác định:
mo - khối lượng gỗ sau giai đoạn sấy, g;
mht - khối lượng gỗ ngay sau khi xử lý, g.
Độ bền uốn tĩnh (MOR):
- Tiêu chuẩn kiểm tra: ISO 3133-1975
- Kích thước mẫu: 20 mm х 20 mm х
300 mm
Pmax
nd
(4)
b.t
Trong đó: Pmax - lực phá hủy, N;
b, t - kích thước tiết diện ngang của
mẫu, mm.
Giới hạn độ bền nén dọc thớ gỗ được
biểu thị chính xác đến 0,1 MPa.
- Dung lượng mẫu: 10 mẫu/chế độ
- Độ ẩm khi kiểm tra mẫu: 12%
- Công thức xác định:
3 Pmax l
MOR
(2)
2bh2
Độ bền kéo trượt màng keo:
Trong đó: Pmax – lực phá hủy, N;
- Tiêu chuẩn kiểm tra: ISO 12579-2007
- Kích thước mẫu: 20 х 40 х 50 mm
- Dung lượng mẫu: 10 mẫu/chế độ
- Độ ẩm khi kiểm tra mẫu: 12%
- Loại keo sử dụng: EPI
l – khoảng cách giữa 2 gối, mm;
b, h – chiều rộng, chiều cao mẫu, mm.
Độ bền uốn tĩnh của mẫu thử được biểu
thị chính xác đến 1 Mpa.
Mô đun đàn hồi uốn tĩnh (MOE):
- Công thức xác định:
- Tiêu chuẩn kiểm tra: ISO 3349-1975
- Kích thước mẫu: 20 х 20 х 300 mm
- Dung lượng mẫu: 10 mẫu/chế độ
- Độ ẩm khi kiểm tra mẫu: 12%
- Công thức xác định:
Fu
S
(5)
Trong đó: Fu - lực phá hủy, N;
S - diện tích trượt, mm2.
Độ bền kéo trượt màng keo của gỗ được
biểu thị chính xác đến 0,1 MPa.
Pl3
36b h3 f
(3)
MOE
III.KẾTQUẢNGHIÊNCỨUVÀTHẢOLUẬN
P- tải trọng bằng khoảng cách giữa các
giá trị trung bình số học của các giới hạn trên
và giới hạn dưới của tải trọng, tính bằng N;
l- khoảng cách giữa tâm của các gối đỡ,
3.1. Độ tổn hao khối lượng của mẫu gỗ Keo
tai tượng sau khi xử lý
Gỗ là loại vật liệu hữu cơ tự nhiên, thành
98
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2 - 2013
C«ng nghiÖp rõng
phần hóa học chủ yếu có xenlulo, hemixenlulo,
lignin và các chất chiết suất. Trong quá trình xử
lý nhiệt, dưới sự tác động của nhiệt độ cao,
hemixenlulo và một phần phân tử xenlulo trong
vùng vô định hình bị phân giải (Esteves và
Pereira, 2009) dẫn đến thay đổi cấu trúc hóa học
của gỗ, hay nói cách khác các thành phần cơ bản
cấu tạo nên vách tế bào gỗ có sự thay đổi về số
lượng cũng như kích thước. Do đó đã làm cho
khối lượng của gỗ sau khi xử lý bị giảm xuống.
Nhằm xác định sự ảnh hưởng của nhiệt độ
và thời gian xử lý nhiệt đến khối lượng mẫu gỗ,
nghiên cứu đã tiến hành xác định lượng tổn
hao khối lượng (ML) của mẫu gỗ sau xử lý so
với mẫu gỗ khô kiệt.
Kết quả xác định tỉ lệ tổn hao khối lượng
mẫu gỗ ở các chế độ xử lý khác nhau thể hiện
trong biểu đồ Hình 02.
Hình 02. Tỉ lệ tổn hao khối lượng (ML) của gỗ Keo tai tượng
theo các chế độ xử lý nhiệt khác nhau
một chỉ tiêu đánh giá chất lượng của gỗ sau khi
Từ tỉ lệ tổn hao khối lượng của mẫu gỗ sau
khi xử lý ở các chế độ khác nhau (Hình 02)
cho thấy, tỉ lệ tổn hao khối lượng tăng lên khi
cường độ xử lý tăng lên hay nói cách khác
nhiệt độ xử lý và thời gian xử lý tăng lên. Khối
lượng mẫu gỗ trong thí nghiệm giảm xuống là
do trong quá trình xử lý nhiệt, dưới tác dụng
của nhiệt độ cao, một hàm lượng nhất định
hemixenlulo bị phân giải do nhiệt, tạo ra axít
axêtic (Esteves và Pereira, 2009), sau đó kết
hợp với hơi nước do gỗ thoát làm cho gỗ trở
thành môi trường axít yếu, tiếp tục làm cho các
phản ứng thủy phân và nhiệt giải của
hemixenlulo và một phần xenlulo trong vùng
vô định hình xảy ra mãnh liệt hơn. Kết quả là
hàm lượng các thành phần này giảm xuống,
dẫn đến làm giảm khối lượng gỗ.
xử lý nhiệt, nhưng đây là một trong những đại
lượng tương đối quan trọng và có ý nghĩa thực
tiễn khi áp dụng công nghệ xử lý nhiệt trong
sản xuất với quy mô lớn. Ngoài ra, trong nhiều
nghiên cứu còn có thể lấy tỉ lệ tổn hao khối
lượng làm chỉ tiêu dự đoán chất lượng gỗ sau
khi xử lý nhiệt (Stamm et al., 1946).
3.2. Độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn
tĩnh của gỗ trước và sau xử lý nhiệt
Nhằm đánh giá khả năng chịu uốn và độ
dẻo dai khi chịu uốn của gỗ Keo tai tượng sau
khi xử lý nhiệt, nghiên cứu đã tiến hành thí
nghiệm xác định độ bền uốn tĩnh và mô đun
đàn hồi uốn tĩnh của gỗ.
Độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh
của gỗ Keo tai tượng trước và sau khi xử lý
nhiệt được thể hiện trong Bảng 03.
Tỉ lệ tổn hao khối lượng tuy không phải là
99
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2 - 2013
C«ng nghiÖp rõng
Bảng 03. Độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh
của gỗ Keo tai tượng sau khi xử lý ở các chế độ xử lý khác nhau
Chế độ xử lý
Đối chứng
CĐ1
T (oC)
t (h)
MOR (MPa) SD (MPa) MOE (GPa) SD (MPa)
111
108
105
105
97
6,6
6,1
5,9
5,8
2,2
7,6
4,4
6,7
6,6
3,5
9,4
9,0
9,0
8,9
8,8
8,8
8,7
8,3
8,2
8,2
0,4
0,3
0,5
0,5
1,0
0,5
0,6
0,8
0,7
0,6
170
180
180
190
190
190
200
200
210
6
4
CĐ2
CĐ3
8
CĐ4
2
CĐ5
6
97
CĐ6
10
4
94
CĐ7
90
CĐ8
8
88
CĐ9
6
86
Kết quả thí nghiệm thấy, mẫu gỗ sau khi xử
lý có độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn
tĩnh thấp hơn so với mẫu chưa xử lý, hơn nữa
khi tăng nhiệt độ và kéo dài thời gian xử lý
nhiệt thì độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi
uốn tĩnh giảm xuống. Tỉ lệ giảm độ bền uốn
tĩnh có thể lên tới trên 20% (Hình 03), tỉ lệ
giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh nhỏ hơn, chỉ
dưới 13% (Hình 04). So với các kết quả nghiên
cứu đã được công bố, kết quả của thí nghiệm
với gỗ Keo tai tượng có sự tương đồng với đa
số kết quả nghiên cứu đối với các loài gỗ khác
(Juodeikiene, 2009; Korkut và Hiziroglu,
2009).
Hình 03. Quan hệ giữa tỉ lệ tổn hao khối lượng
Hình 04. Quan hệ giữa tỉ lệ tổn hao khối lượng
và tỉ lệ giảm độ bền uốn tĩnh của gỗ Keo tai tượng và tỉ lệ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh của gỗ Keo
tai tượng
Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này có thể
do trong quá trình xử lý nhiệt đã làm cho cấu
trúc và thành phần hóa học của gỗ bị thay đổi
làm ảnh hưởng đến một số tính chất vật lý, cơ
học, sinh học và công nghệ của gỗ. Sự phân
giải do tác động của nhiệt độ của các polyme
trên vách tế bào, đặc biệt là hemixenlulo từ
những chuỗi dài bị phân giải thành các chuỗi
ngắn hơn, dẫn đến khả năng chịu uốn kém
giảm xuống.
Ngoài ra, qua kết quả phân tích quan hệ
giữa tỉ lệ tổn hao khối lượng mẫu gỗ sau khi xử
100
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2 - 2013
C«ng nghiÖp rõng
hiện trong Hình 02 và Hình 03.
3.3. Giới hạn độ bền nén dọc thớ
Giới hạn độ bền nén dọc thớ của gỗ Keo tai
tượng xử lý ở các chế độ khác nhau thể hiện
trong Bảng 04.
lý với độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn
tĩnh cũng có thể nhận thấy giữa chúng có mối
quan hệ khá chặt chẽ (R2 = 0,94 với độ bền
uốn tĩnh và R2 = 0,89 với mô đun đàn hồi uốn
tĩnh) và tuân theo một quy luật nhất định thể
Bảng 04. Giới hạn độ bền nén dọc thớ của gỗ Keo tai tượng
sau khi xử lý ở các chế độ xử lý khác nhau
Chế độ xử lý
Đối chứng
CĐ1
T (oC)
t (h) Trung bình (MPa)
Độ lệch chuẩn (MPa)
38,3
1,8
2,3
2,6
5,0
3,1
4,2
5,8
3,7
4,8
2,0
170
180
180
190
190
190
200
200
210
6
4
40,9
41,4
42,3
45,2
45,8
46,8
46,1
46,5
48,3
CĐ2
CĐ3
8
CĐ4
2
CĐ5
6
CĐ6
10
4
CĐ7
CĐ8
8
CĐ9
6
(hay cường độ xử lý) và giới hạn độ bền nén
dọc thớ của gỗ sau xử lý đã được nghiên cứu.
Kết quả cho thấy, khi tỉ lệ tổn hao khối lượng
tăng lên thì tỉ lệ tăng của giới hạn độ bền nén
dọc thớ cũng tăng lên theo quy luật thể hiện
trong Hình 05 với mức độ tương quan cao (R2
= 0,85), tỉ lệ tăng giới hạn độ bền nén dọc thớ
có thể lên tới trên 25 %.
Kết quả trong Bảng 04 cho thấy, độ bền nén
dọc của gỗ đã qua xử lý nhiệt cao hơn so với
gỗ đối chứng. Quy luật biến đổi giới hạn độ
bền nén dọc thớ của gỗ Keo tai tượng sau khi
xử lý nhiệt giống với kết quả nghiên cứu của
Juodeikiene (2009), nhưng lại khác biệt so với
một vài nghiên cứu của Korkut và Hiziroglu
(2009) và Korkut và Hiziroglu (2009). Tuy
nhiên cho đến thời điểm hiện tại, các công bố
về độ bền nén dọc thớ của gỗ xử lý nhiệt vẫn
chưa có một quy luật nhất định, và nhiều nhà
nghiên cứu trong lĩnh vực xử lý gỗ bằng nhiệt
độ cao đều phát hiện ra sự khác biệt về biến
đổi giới hạn độ bền nén dọc thớ của gỗ trong
quá trình xử lý. Do đó, kết quả xác định độ bền
nén dọc của gỗ Keo tai tượng sau khi xử lý
nhiệt có thể là dữ liệu tham khảo để xây dựng
quy luật biến đổi tính chất gỗ sau khi xử lý
nhiệt độ cao.
Căn cứ vào số liệu thí nghiệm và áp dụng
phương pháp phân tích tương quan một nhân
tố, mối quan hệ giữa tỉ lệ tổn hao khối lượng
Hình 05. Quan hệ giữa tỉ lệ tổn hao khối lượng
và tỉ lệ tăng giới hạn độ bền nén dọc thớ của gỗ
Keo tai tượng
101
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2 - 2013
C«ng nghiÖp rõng
bằng keo. Để đánh giá khả năng dán dính của
gỗ, nghiên cứu đã tiến hành xác định độ bền kéo
trượt màng keo của gỗ Keo tai tượng trước và
sau xử lý nhiệt. Kết quả xác định độ bền kéo
trượt màng keo được thể hiện trong Bảng 03.
3.4. Khả năng dán dính (thí nghiệm kéo
trượt màng keo)
Khả năng dán dính của gỗ là một trong
những tính chất công nghệ quan trọng thể hiện
khả năng gia công tạo các sản phẩm có liên kết
Bảng 05. Giới hạn độ bền nén dọc thớ của gỗ Keo tai tượng
sau khi xử lý ở các chế độ xử lý khác nhau
Chế độ xử lý
Đối chứng
CĐ1
T (oC)
t (h)
Trung bình (MPa) Độ lệch chuẩn (MPa)
5,3
4,9
4,8
4,7
4,7
4,3
4,2
4,1
3,9
3,8
0,7
0,7
0,4
0,6
0,6
0,5
0,5
0,4
0,4
0,6
170
180
180
190
190
190
200
200
210
6
4
CĐ2
CĐ3
8
CĐ4
2
CĐ5
6
CĐ6
10
4
CĐ7
CĐ8
8
CĐ9
6
trượt màng keo và tỉ lệ tổn hao khối lượng sau
khi xử lý nhiệt của gỗ Keo tai tượng được thể
hiện trong Hình 06.
Từ Bảng 05 có thể thấy, gỗ sau khi xử lý
nhiệt có độ bền kéo trượt màng keo thấp hơn
so với gỗ đối chứng, và giảm dần khi tăng
nhiệt độ và kéo dài thời gian xử lý nhiệt.
Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này có thể
giải thích như sau: Với độ bền kéo trượt màng
keo, khi dán dính trên bề mặt gỗ vẫn còn tồn
tại các gốc axít, các gốc này rất dễ dàng tác
dụng với các nhóm hydroxyl hoặc ester có
trong thành phần cấu tạo của keo, làm cho keo
bị đóng rắn khi chưa kịp tạo liên kết với gỗ.
Ngoài ra, do một số lượng lớn các nhóm chức
trong gỗ có thể phản ứng với keo đã bị khử bởi
axit, dẫn đến số lượng cầu nối giữa keo-gỗ-keo
bị giảm khi đó màng keo sẽ bị gián đoạn,
không đồng đều. Đây có thể coi là nguyên
nhân cơ bản dẫn tới khả năng dán dính kém
của gỗ sau xử lý nhiệt. Kết quả thí nghiệm
trong nghiên cứu này giống với kết quả nghiên
cứu của Poncsak, Shi et al. (2007).
Hình 06. Quan hệ giữa tỉ lệ tổn hao khối lượng
và tỉ lệ giảm độ bền kéo trượt màng keo của gỗ
Keo tai tượng
Qua đồ thị quan hệ trong hình 6 có thể thấy,
tương tự như các tính chất cơ học đã được
trình bày ở trên, tỉ lệ giảm độ bền kéo trượt
Mối quan hệ giữa tỉ lệ giảm độ bền kéo
102
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2 - 2013
C«ng nghiÖp rõng
màng keo của gỗ Keo tai tượng sau khi xử lý
cũng có quan hệ mật thiết với tỉ lệ tổn hao khối
lượng của gỗ sau khi xử lý (R2 = 0,98). Tỉ lệ
giảm độ bền kéo trượt màng keo của gỗ xử lý
nhiệt tương đối cao, có thể lên tới trên 30%.
uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn tĩnh và tính chất
công nghệ (độ bền kéo trượt màng keo) của gỗ
Keo tai tượng giảm xuống khi cường độ xử lý
(tỉ lệ tổn hao khối lượng của gỗ) tăng lên. Tuy
nhiên, giới hạn độ bền nén dọc thớ của gỗ lại
tăng lên khi cường độ xử lý nhiệt tăng;
IV. KẾT LUẬN
3. Tỉ lệ tổn hao khối lượng của gỗ với
Qua kết quả nghiên cứu có thể rút ra một số
kết luận sau:
các chỉ tiêu cơ học và công nghệ của gỗ Keo
tai tượng sau khi xử lý nhiệt có quan hệ rất
chặt chẽ (R2 > 0,8). Nếu nghiên cứu một cách
hệ thống, đưa ra được mối quan hệ giữa tính
chất cơ học với tỉ lệ tổn hao khối lượng của gỗ
sau khi xử lý nhiệt, có thể sẽ xây dựng được cơ
sở phân loại chất lượng gỗ xử lý nhiệt thông
qua tỉ lệ tổn hao khối lượng gỗ sau khi xử lý.
1. Tỉ lệ tổn hao khối lượng của gỗ Keo
tai tượng sau khi xử lý nhiệt phụ thuộc vào
điều kiện xử lý. Cụ thể tỉ lệ tổn hao khối lượng
tăng khi nhiệt độ xử lý và thời gian xử lý tăng,
cao nhất có thể lên tới 14%;
2. Tính chất cơ học của gỗ gồm độ bền
8. Juodeikiene, I. (2009). Influence of Thermal
Treatment on the Mechanical Properties of Pinewood.
Materials Science-Medziagotyra 15(2): 148-152.
9. Korkut, S. and S. Hiziroglu (2009). Effect of heat
treatment on mechanical properties of hazelnut wood
(Corylus colurna L.). Materials & Design 30(5): 1853-
1858.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Chuong, P. V. (2011). Influences of the hydro-
thermal treatment on physical properties of Acacia
auriculiformis wood. 2011 International Symposium on
Comprehensive Utilization of Wood Based Resources,
Zhejiang A&F University, Lin'an, Zhejiang.
2. Esteves, B. and H. Pereira (2009). Wood
modification by heat treatment: A review. Bioresources
4(1): 370-404.
10. Kosikova, B., M. Hricovini, et al. (1999).
Interaction of lignin and polysaccharides in beech wood
(Fagus sylvatica) during drying processes. Wood
Science and Technology 33(5): 373-380.
3. ISO (1975). Wood - Sampling methods and
general requirements for physical and mechanical tests.
11. Poncsak, S., S. Q. Shi, et al. (2007). Effect of
thermal treatment of wood lumbers on their adhesive
bond strength and durability. Journal of Adhesion
Science and Technology 21(8): 745-754.
International
organization
for
standardization
Information Handling Services. ISO 3129-1975.
4. ISO (1975). Wood - Determination of ultimate
strength in static bending. International organization for
standardization Information Handling Services. ISO
3133-1975.
12. Shi, J. L., D. Kocaefe, et al. (2007). Mechanical
behaviour of Quebec wood species heat-treated using
ThermoWood process. HOLZ ROH WERKST HOLZ
ALS ROH-UND WERKSTOFF 65(4): 255-259.
13. Stamm, A., H. Burr, et al. (1946). Stayb-wood-A
heat stabilized wood. Ind. Eng. Chem. 38(6): 630-634.
14. Tuong, V. M. and J. Li (2011). Changes caused
by heat treatment in chemical composition and some
physical properties of acacia hybrid sapwood.
Holzforschung 65(1): 67-72.
5. ISO (1975). Wood -- Determination of modulus of
elasticity in static bending. International organization for
standardization Information Handling Services. ISO
3349-1975.
6. ISO (1976). Wood -- Test methods --
Determination of ultimate stress in compression parallel
to grain. International organization for standardization
Information Handling Services. ISO 3787:1976.
7. ISO (2007). Timber structures -- Glued laminated
timber -- Method of test for shear strength of glue lines.
15. Wikberg, H. and S. Liisa Maunu (2004).
Characterisation of thermally modified hard- and
softwoods by 13C CPMAS NMR. Carbohydr. Polym.
58(4): 461-466.
International
organization
for
standardization
Information Handling Services. ISO 12579:2007.
103
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2 - 2013
C«ng nghiÖp rõng
EFFECT OF HEAT TREATMENT ON MECHANICAL PROPERTIES OF
Acacia Mangium WOOD PLANTED IN HA GIANG PROVINCE
Nguyen Trung Hieu, Tran Van Chu
SUMMARY
Heat treatment is an environmentally friendly method that has been used to improve the dimensional stability
of wood and wood products. However, the mechanical properties such as compression strength, modulus of
elasticity, modulus of rupture of wood may also change. The objective of this study was to evaluate effects of heat
treatment on mechanical properties of the Acacia mangium wood planted in Ha Giang province. Samples were
heat treated in five different temperatures (170 oC, 180 oC, 190 oC, 200 oC and 210 oC) for five different durations
(2h, 4h, 6h, 8h and 10h) in air. Mechanical properties including compression strength (CS), modulus of elasticity
(MOE), modulus of rupture (MOR) and shear strength of glue lines of heat-treated samples were determined. In
addition, the effects of heat treatment parameters in mass loss (ML) after heat treatment, as well as the
relationships of the mass loss and the assigned mechanical properties of heat-treated wood were analysed. The
results showed that, the maximum reduction values of about 20 %, 13 % and 30% were found for modulus of
rupture, modulus of elasticity, shear strength of glue lines, respectively. Overall results showed that treated
samples had lower mechanical properties than those of the control samples. However, the compression strength of
heat-treated wood was increased. Furthermore, the the results also indicated that, the mass loss and the assigned
mechanical properties had significant relationships with very high R-square (R2 > 0,8).
Keywords: Acacia mangium, heat treatment, wood mechanical properties
Người phản biện: PGS.TS. Phạm Văn Chương
Ngày nhận bài: 16/5/2013
Ngày phản biện: 17/5/2013
Ngày quyết định đăng: 07/6/2013
104
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2 - 2013
10 trang
9340
Free
Bạn đang xem tài liệu "Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến tính chất cơ học của gỗ keo tai tượng trồng tại Hà Giang", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- anh_huong_cua_xu_ly_nhiet_den_tinh_chat_co_hoc_cua_go_keo_ta.pdf
