Tài liệu Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo ván composite vỏ cây keo tai tượng (acacia mangium wild) tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM VŨ ĐÌNH THỊNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TẠO VÁN COMPOSITE VỎ CÂY KEO TAI TƯỢNG (Acacia mangium Wild) Chuyên ngành: Kỹ thuật Chế biến lâm sản Mã số : 9549001 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ộ Công trình được hoàn thành tại Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Vũ Huy Đại 2. PGS.TS. Nguyễn Thị Bích Ngọc Chủ tịch hội đồng: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Vào hồi giờ phút, ngày tháng năm 20 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia và Thư viện Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam NHỮNG CÔNG TRÌNH KHOA HỌC Đà CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1. Tạ Thị Phương Hoa, Vũ Đình Thịnh, Vũ Huy Đại. Xác định thành phần hóa học và tính chất vật lý chủ yếu của vỏ cây Keo tai tượng. Tạp chí Khoa học nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Hà Nội, 22: 117-120. 2. Vũ Đình Thịnh, Vũ Huy Đại. Ảnh hưởng của tỷ lệ vỏ cây đến tính chất cơ lý của ván composite vỏ cây Keo tai tượng”. Tạp chí Khoa học Lâm nghiệp, 4: 4749-4753. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, tỷ lệ lợi dụng gỗ rừng trồng ở nước ta rất thấp, chỉ đạt khoảng 30%35% tổng toàn bộ sinh khối của cây gỗ. Trong cây gỗ, tỷ lệ vỏ cây chiếm khoảng 10-15%, cành nhánh 25-30%, rễ cây 10-15%. Vỏ cây, tán cây, rễ, lá đều bị bỏ lại trong rừng, không được sử dụng nhiều trong công nghệ sản xuất ván sợi, ván dăm, chưa được sử dụng sản xuất các loại sản phẩm, vật liệu mới. Nghiên cứu sử dụng vỏ cây để tạo ván composite - loại vật liệu mới - đáp ứng một phần nhu cầu sử dụng vật liệu gỗ là vấn đề cần thiết, giúp nâng cao được hiệu quả sử dụng nguyên liệu gỗ, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và phát triển rừng bền vững mở ra xu hướng mới sử dụng hiệu quả vỏ cây trong ngành công nghiệp chế biến gỗ. Các loài Keo (Acacia) có ưu điểm nổi trội về tốc độ sinh trưởng và phù hợp với nhiều vùng sinh thái nên được trồng nhiều ở Việt Nam, diện tích rừng cây Keo chiếm khoảng 75% diện tích rừng trồng. Khối lượng vỏ cây là phế liệu trong công nghiệp gỗ tương đối lớn. Với mong muốn góp phần bổ sung luận cứ khoa học, giải pháp sử dụng hiệu quả vỏ cây Keo tai tượng làm vật liệu, luận án “Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo ván composite vỏ cây Keo tai tượng (Acacia mangium Wild)”được thực hiện. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu về lý luận: (1) Xác định được mối quan hệ giữa các thông số công nghệ (thời gian ép, nhiệt độ ép) với chất chất lượng ván composite vỏ cây Keo tai tượng không sử dụng chất kết dính dùng làm vật liệu xây dựng (ván cách âm, cách nhiệt); (2) Xác định được mối quan hệ của tỷ lệ kết cấu giữa dăm vỏ cây và dăm gỗ và chất lượng ván composite có sử dụng chất kết dính dùng để làm vật liệu xây dựng (ván cách âm, cách nhiệt). 2.2. Mục tiêu kỹ thuật: (1) Xác định được các thông số công nghệ tạo ván composite vỏ cây Keo tai tượng; (2) Xác định được tỷ lệ kết cấu giữa dăm vỏ cây và dăm gỗ khi tạo ván composite; (3) Đề xuất một số thông số công nghệ tạo ván composite từ vỏ cây Keo tai tượng đạt tiêu chuẩn dùng làm vật liệu xây dựng (ván cách âm, cách nhiệt). 3. Đối tượng nghiên cứu: Vỏ cây Keo tai tượng 8 - 10 năm tuổi, được khai thác tại Hòa Bình. 4. Phạm vi nghiên cứu Các yếu tố cố định: Nguyên liệu để tạo ra ván thí nghiệm gồm vỏ cây Keo tai tượng 8 - 10 năm tuổi và phế liệu trong sản xuất ván bóc Keo tai tượng tại Hòa Bình; Chất kết dính: Keo UF (Urea- Formaldehyde), lượng keo 10%. Sử dụng khuôn ép để tạo ra ván kích thước (dài x rộng x dày): 400 x 400 x 16 mm; Khối lượng thể tích ván composite dự kiến: γ = 0,750g/cm3; Áp lực ép (P): 1,6 MPa. Các yếu tố thay đổi: Thay đổi các thông số chế độ ép (thời gian, nhiệt độ ép) tạo ván composite vỏ cây trong trường hợp có và không sử dụng chất kết dính: + Thời gian ép (τ): Thay đổi ở 3 mức: τmin = 16 phút, τo = 18 phút, τmax = 20 phút. + Nhiệt độ ép (T): Thay đổi ở 3 mức: Tmin = 160 oC, To = 180 oC, Tmax = 200 oC. 1 Các yếu tố đầu ra: Tính chất cơ lý chủ yếu của ván composite vỏ cây: khối lượng thể tích, độ trương nở chiều dày, độ hút nước, độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi khi chịu uốn tĩnh, độ bền kéo vuông góc với mặt ván. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Kết quả của luận án về đặc điểm cấu tạo hiển vi, thành phần hóa học, tính chất vật lý chủ yếu của vỏ cây là cơ sở khoa học cho việc sử dụng hiệu quả vỏ cây trong công nghiệp chế biến gỗ. Kết quả của luận án là cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo về công nghệ tạo composite từ vỏ cây, từ vỏ cây và phế liệu gỗ. Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu tạo thử nghiệm vật liệu composite vỏ cây Keo tai tượng có ý nghĩa thực tiễn lớn trong sử dụng hiệu quả, nâng cao tỷ lệ lợi dụng gỗ rừng trồng và bảo vệ môi trường. Kết quả của luận án là cơ sở kỹ thuật cho việc lựa chọn thông số công nghệ tạo ván composite vỏ cây Keo tai tượng sử dụng trong xây dựng và nội thất làm vật liệu cách nhiệt, tiêu âm, là vật liệu xanh, thân thiện môi trường. 6. Những đóng góp mới của luận án Đây là công trình đầu tiên nghiên cứu tạo ván composite từ vỏ cây Keo tai tượng ở Việt Nam. Xác định được cấu tạo hiên vi, tính chất vật lý, thành phần hóa học của vỏ cây Keo tai tượng làm cơ sở cho việc sử dụng tạo ván composite vỏ cây. Xác định được mối quan hệ và giá trị các thông số công nghệ tạo ván composite vỏ cây Keo tai tượng đáp ứng yêu cầu chất lượng của vật liệu xây dựng. Xác định được mối quan hệ của tỷ lệ kết cấu ván composite và tỷ lệ phối trộn giữa dăm vỏ cây với dăm gỗ ảnh hưởng đến chất lượng ván composite. Xác định hệ số tiêu âm, khả năng cách nhiệt của vật liệu composite vỏ cây Keo tai tượng làm cơ sở cho sử dụng vật liệu này làm vật liệu tiêu âm, vật liệu cách nhiệt. 7. Bố cục luận án Luận án được viết với tổng số 123 trang, bao gồm 45 hình, 33 bảng, kết cấu như sau: Phần mở đầu (5 trang). Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu (18 trang). Chương 2. Cơ sở lý thuyết (14 trang). Chương 3. Nội dung, vật liệu và phương pháp nghiên cứu (22 trang). Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận (61 trang). Kết luận, những tồn tại và khuyến nghị (3 trang). Luận án đã tham khảo 94 tài liệu, trong đó 45 tài liệu tiếng Việt và 49 tài liệu tiếng nước ngoài. Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Giới thiệu chung về vật liệu composite 1.1.1. Khái niệm vật liệu composite: Vật liệu composite là tên gọi của loại vật liệu được kết hợp từ hai hay nhiều vật liệu thành phần nhằm tạo ra loại vật liệu mới có tính năng khác với các vật liệu ban đầu khi ở riêng rẽ. 1.1.2. Phân loại vật liệu composite: Vật liệu Polyme composite (PC) được phân loại theo 2 cách dựa trên đặc điểm của 2 pha: Theo pha nền polyme: vật liệu PC nền nhựa nhiệt rắn, vật liệu PC nền nhựa nhiệt dẻo; theo pha gia cường: Chất gia cường dạng 2 phân tán (bột); chất gia cường dạng sợi ngắn hay vảy; chất gia cường dạng sợi liên tục (sợi cacbon, sợi thủy tinh…); độn không khí hay xốp; hỗn hợp polyme - polyme. 1.1.3. Các loại ván composite được tạo từ vỏ cây: Ván composite vỏ cây là một loại sản phẩm ván nhân tạo, tương tự như ván dăm. Ván compossite vỏ cây được làm từ dăm vỏ cây có thể sử dụng hoặc không sử dụng bất kỳ loại nhựa tổng hợp nào để làm chất kết dính. 1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu sử dụng vỏ cây làm vật liệu composite 1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước Chow và Pickles (1971), Hengst và Dawson, Place và Maloney (1975), Demirbas (2005) đã nghiên cứu về hệ số truyền nhiệt, tỷ nhiệt, hệ số dãn nở nhiệt. Burrows (1960), Chow (1972, 1975), Wellons và Krahmer (1973), Troughton (1997) đã kết luận khi ép ở nhiệt độ ≥ 1800C và áp suất có thể tạo ván vỏ cây không sử dụng chất kết dính trên cơ sở làm dẻo lignin của vỏ cây và sự chuyển hóa của các chất chiết xuất đóng vai trò là chất kết dính tạo liên kết dán dính trong ván vỏ cây. Roger Pedieu, Bernard Riedl, André Pichette (2008) đã nghiên cứu tỷ lệ kết cấu dăm vỏ cây Bạch Dương với dăm gỗ, dăm vỏ cây lớp ngoài (35, 40, 45)% sử dụng chất kết dính keo (UF 11%), dăm gỗ lớp trong (65, 60, 55)% sử dụng chất kết dính keo (UF 7%), kích thước ván (560x460x12)mm, khối lượng thể tích ván 0,75 (g/cm3), nhiệt độ ép 1800C, áp lực ép 180 KPa. Công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng ván có tỷ lệ kết cấu: dăm vỏ cây/dăm gỗ/dăm vỏ cây=(20/60/20)% cho tính chất cơ lý tốt nhất. Kết quả nghiên cứu của phòng thí nghiệm lâm sản Mỹ (1971) cho thấy thành phần hóa học của vỏ cây khác với gỗ đối với cả gỗ lá kim và gỗ lá rộng. Trong vỏ cây gỗ lá rộng, lignin chiếm từ 40-50%, polysaccharides 32-45%, chất chiết xuất 5-10%, chất vô cơ đến 20%. Fengel và Wegener (1983) chỉ ra rằng, so với gỗ, vỏ cây có độ trương nở, tính dị hướng thấp hơn, nhưng khả năng cách nhiệt và cách âm lại cao hơn. Gireesh Kumar Gupta (2009) đã nghiên cứu tạo ván vỏ cây với chiều dày dự kiến là 6,25mm và khối lượng riêng biểu kiến từ 0,8 đến 1g/cm3, nhiệt độ ép thay đổi từ 1700C đến 300oC. Kết quả cho thấy ở nhiệt độ cao hơn 230oC, bề mặt ván bị cháy vì đã làm suy giảm các thành phần hóa học vỏ cây, làm ảnh hưởng xấu đến các tính chất ván. Roger Pedieu, Bernard Riedl, André Pichette (2008) đã nghiên cứu sử dụng vỏ cây Bạch dương làm ván dăm 3 lớp: lớp trong là dăm gỗ, 2 lớp ngoài là dăm vỏ cây, kết quả cho thấy ván tạo ra đạt được tính chất tốt như độ kỵ nước, cách âm và cách nhiệt. Chow (1975) đã chỉ ra rằng các chất phenolic trong vỏ cây Linh sam Douglas và Linh sam đỏ có thể được trùng hợp ở nhiệt độ cao. Trên cơ sở nghiên cứu làm mềm nhiệt, việc làm mềm nhiệt của gỗ và vỏ cây Ở nhiệt độ dưới 1800C gỗ và vỏ cây bị hóa dẻo. Hiệu ứng dẻo hóa này là rất quan trọng trong việc thiết lập thông số chế độ ép ván. Phản ứng nhiệt của vỏ cây ở nhiệt độ lớn hơn 1800C là sự trùng hợp và suy thoái một phần các thành phần vỏ cây. Các phản ứng nhiệt học này quan trọng trong sản xuất ván composite vỏ cây. 1.2.2. Nghiên cứu trong nước Trần Vĩnh Diệu và cộng sự (2003) đã nghiên cứu tạo composite trên cơ sở PP gia cường bằng sợi đay. Vật liệu được chế tạo bằng cách xếp các lớp màng PPMAPP và sợi đay theo thiết kế rồi ép trên máy ép thủy lực (ép phẳng trong khuôn kín) dưới áp suất 7MPa trong 50 phút. Triệu Văn Hải (2016) đã nghiên cứu một số 3 yếu tố ảnh hưởng của công nghệ tạo vật liệu composite từ vỏ cây và nhựa polyethylene. Tác giả đã nghiên cứu đặc điểm vỏ cây Keo tai tượng: Độ dày vỏ trung bình 1,1 cm; tỷ lệ vỏ cây chiếm 6,03% thể tích thân gỗ; Đường kính sợi vỏ cây: 19,7 µm đến 21,1 µm; Chiều dài sợi biến động trong khoảng 1.056 µm đến 1.107 µm và tạo vật liệu composite từ vỏ cây Keo tai tượng và nhựa dẻo HDPE (WPC). 1.3. Kết luận phần tổng quan vấn đề nghiên cứu Có rất nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới về ván composite vỏ cây có hoặc không sử dụng chất kết dính. Các nghiên cứu khác nhau đã khẳng định tính khả thi của việc sử dụng toàn bộ hoặc một phần vỏ cây làm nguyên liệu sản xuất ván composite. Hầu hết các ván composite vỏ cây có các tính chất cơ học và vật lý thấp đến trung bình và điều này có thể được cải thiện trong nghiên cứu tiếp theo. Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu về sử dụng vỏ cây nói chung và vỏ cây Keo tai tượng nói riêng chưa nhiều, bước đầu đã nghiên cứu về vật liệu composite; một số yếu tố ảnh hưởng của công nghệ tạo vật liệu composite từ vỏ cây và nhựa polyethylene. Nghiên cứu tạo ra các loại vật liệu composite vỏ cây có khả năng cách âm, cách nhiệt tốt dùng trong đồ mộc và xây dựng chưa có. Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Vỏ cây 2.1.1. Giới thiệu chung về vỏ cây: Vỏ cây có tác dụng bảo vệ thân cây, dự trữ chất dinh dưỡng, chiều dày vỏ cây sẽ tăng lên theo tuổi cây. Tỷ lệ vỏ cây so với thân cây phụ thuộc vào loài cây, tuổi cây và điều kiện sinh trưởng. Thông thường, lượng vỏ của thân cây dao động từ 6-15% tùy theo loài và điều kiện sinh trưởng. Tỉ lệ vỏ cây cao nhất ở phần cành và ngọn, chiếm khoảng 20-35% . 2.1.2. Cấu tạo của vỏ cây: Vỏ cây là lớp ngoài cùng của thân cây. Từ ngoài vào vỏ chia làm 4 phần: biểu bì, thụ bì, vòng hậu mô (lớp nhu mô vỏ) và phần libe. Vỏ cây có cấu tạo khác so với gỗ. Vỏ cây có thành phần không đồng nhất, có cấu tạo từ hai lớp khác nhau: lớp bên trong và lớp ngoài vỏ cây. 2.1.3. Thành phần hóa học của vỏ cây: Vỏ cây có khác biệt nhiều về thành phần hóa học so với gỗ. Bảng 2.1. Thành phần hóa học cơ bản của gỗ, vỏ cây gỗ lá kim và gỗ lá rộng (tạp chí nghiên cứu lâm nghiệp số 091, phòng nghiên cứu lâm sản, USA 1971) Gỗ lá rộng Gỗ lá kim Thành phần Gỗ Vỏ cây Gỗ Vỏ cây Lignin % 18-25 40-50 25-30 40-55 Poly saccarite % 74-80 32-45 66-72 30-48 Chất chiết xuất % 2-5 5-10 2-9 2-25 Hàm lượng tro % 0.2-0.6 <20 0.2-0.6 <20 Hàm lượng tro của vỏ cây: Hàm lượng tro của vỏ cây cao hơn nhiều so với chính loại gỗ đó nhưng nó có sự khác biệt lớn giữa vỏ của các loài khác nhau. Chất chiết xuất trong vỏ cây: Hàm lượng chất chiết từ vỏ cây cao hơn nhiều lần so với gỗ tương ứng (Monsalud và Nicolas, 1958). Vỏ của các loài cây khác nhau có hàm lượng chất chiết xuất rất khác nhau. 2.1.4. Tính chất nhiệt học của vỏ cây: Dưới tác động của nhiệt độ cao, có thể xảy ra thay đổi cấu trúc hóa học của vỏ cây. Ở nhiệt độ ≤170 oC, sự thay đổi về cấu trúc hóa học có thể chỉ là sự giảm về độ bền và giảm khối lượng nước ở mức thấp. 4 Khi nhiệt độ ≥230 oC), dầu nhựa bay hơi, có thể gây ra sự thay đổi đáng kể về mặt hóa học dẫn đến sự giảm độ bền và khối lượng Carbonhydrate giảm đáng kể. 2.1.5. Ảnh hưởng vỏ cây trong sản xuất ván nhân tạo: Do cấu tạo và tính chất của vỏ cây hoàn toàn khác phần gỗ, trong sản xuất ván dán, ván MDF, ván dăm…vỏ cây ít được sử dụng. Hàm lượng vỏ tăng lên, cường độ và tính chịu nước của ván giảm xuống, đồng thời ảnh hưởng đến chất lượng ngoại quan của ván. 2.2. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ tạo ván đến chất lượng ván vỏ cây +) Ảnh hưởng của khối lượng thể tích: Khối lượng thể tích của nguyên liệu ảnh hưởng lớn tới quá trình sản xuất và tính chất sản phẩm; +) Ảnh hưởng của độ ẩm nguyên liệu: Độ ẩm nguyên liệu ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất và tính chất của ván;+) Ảnh hưởng của hình dạng và kích thước dăm: Hình dạng và kích thước dăm có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ cơ học, tính ổn định kích thước, tính năng bề mặt,tính năng gia công cơ giới; +) Ảnh hưởng của chất kết dính: Chất kết dính có nhiều loại, mỗi loại chất kết dính có cường độ dán dính khác nhau. Trong thực tế sản xuất, tỉ lệ sử dụng chất kết dính cho lớp lõi không vượt quá 8% và lớp mặt từ 12 - 15%. 2.3. Ảnh hưởng của thông số công nghệ ép +) Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ gia nhiệt là nhân tố chủ yếu trong quá trình ép nhiệt, nhờ nhiệt độ mà keo đóng rắn nhanh hơn. Nhiệt độ có tác dụng tăng tính dẻo của gỗ, dăm gỗ và tăng khả năng nén ép; +) Ảnh hưởng của thời gian ép: Thời gian ép hợp lý là thời gian để keo đa tụ và đóng rắn hợp lý; +) Ảnh hưởng của áp lực ép: Áp lực ép càng lớn tạo ra diện tích tiếp xúc giữa các dăm càng lớn. Áp lực ép tăng làm tăng khả năng tiếp xúc giữa các phần tử dăm, tăng khối lượng thể tích ván, tăng cường độ chịu lực của ván. Chương 3. NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Nội dung nghiên cứu 1. Nghiên cứu đặc điểm vỏ cây Keo tai tượng 1.1. Xác định đặc điểm cấu tạo vỏ cây Keo tai tượng 1.2. Xác định thành phần hóa học vỏ cây Keo tai tượng 1.3. Xác định tính chất vật lý vỏ cây Keo tai tượng 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tạo ván composite vỏ cây không sử dụng chất kết dính đến tính chất ván composite vỏ cây 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tạo ván composite vỏ cây theo tỷ lệ kết cấu ván có sử dụng chất kết dính đến tính chất ván composite vỏ cây 4. Nghiên cứu khả năng cách âm, cách nhiệt của ván composite vỏ cây trong trường hợp có và không sử dụng chất kết dính 4.1. Nghiên cứu xác định khả năng tiêu âm ván composite vỏ cây Keo tai tượng 4.1.1. Ảnh hưởng của chế độ ép nhiệt đến hệ số tiêu âm của ván composite vỏ cây không sử dụng chất kết dính. 4.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ kết cấu đến hệ số tiêu âm của ván composite vỏ cây sử dụng chất kết dính. 4.2. Nghiên cứu xác định khả năng cách nhiệt ván composite vỏ cây Keo tai tượng 4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ ép nhiệt đến hệ số dẫn nhiệt của ván composite vỏ cây không sử dụng chất kết dính. 4.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ kết cấu đến hệ số dẫn nhiệt của ván composite vỏ cây sử dụng chất kết dính. 5. Đề xuất một số thông số công nghệ tạo ván composite từ vỏ cây Keo tai tượng đạt tiêu chuẩn dùng làm vật liệu xây dựng (ván cách âm, cách nhiệt) 5 5.1. Phân tích, đánh giá chất lượng của ván composite vỏ cây có và không sử dụng chất kết dính. 5.2. Đề xuất một số thông số công nghệ tạo ván composite từ vỏ cây Keo tai tượng đạt tiêu chuẩn dùng làm vật liệu xây dựng (ván cách âm, cách nhiệt). 3.2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 3.2.1. Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ tạo ván composite vỏ cây. 3.2.2. Phương pháp nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, thành phần hóa học, tính chất vỏ cây Keo tai tượng (phương pháp nghiên cứu nội dung 1): Sử dụng phương pháp cấu tạo giải phẫu thực vật để xác định đặc điểm cấu tạo vỏ cây. Tạo tiêu bản hiển vi vỏ cây gỗ Keo tai tượng và mô tả đặc điểm cấu tạo. (1) Phương pháp lấy mẫu: Mẫu được chuẩn bị từ 3 cây, sinh trưởng bình thường, không bị cụt ngọn, không bị sâu bệnh. Chia thân cây thành các khúc có chiều dài 1,0 m, đánh số thứ tự khúc (khúc 1 là khúc gốc). Cắt từ các khúc (phía đầu gốc) một vòng vỏ cây kích thước 6 cm, mỗi vòng chia làm 2 phần: một phần để xác định cấu tạo, thành phần hóa học, một phần dùng để xác định tính chất vật lý. (2) Phương pháp tạo tiêu bản hiển vi và phân ly sợi : (+) Tạo tiêu bản hiển vi: Mẫu vỏ cây được đem ngâm trong nước cho đến khi mềm. Sau đó, dùng dao sắc cắt từ mẫu các lát mỏng 15-20μm và nguyên vẹn, không bị rách. Ngâm các lát cắt lần lượt trong các dung dịch alcol với nồng độ tăng dần, thời gian ngâm các lát cắt trong mỗi dung dịch ít nhất là 5 phút. Sau đó, các lát cắt được ngâm trong dung dịch saframin trong 24 giờ. Tiếp đến, rửa các lát cắt bằng alcol để loại bỏ safranin dư thừa và ngâm trong xylen để tiêu bản sáng đẹp; (+) Phân ly sợi: Tạo các mẫu vỏ cây có kích thước như que diêm, ngâm các mẫu này vào dung dịch được tạo nên từ axit axetic và oxy già trong thời gian 2-3 ngày, lắc cho các tế bào sợi vỏ cây tách rời nhau. Đưa các sợi vỏ cây lên lam kính, dàn trải chúng và tiến hành xác định kích thước sợi trên kính hiển vi điện tử nhờ phần mềm “ Optica Visison 3.3”. (3) Phương pháp xác định thành phần hóa học của vỏ cây: Vỏ cây đã được hong phơi được chẻ thành các miếng mỏng, và cho vào máy nghiền, nghiền để dăm vỏ cây có thể qua được lỗ sàng 0,5mm. Sàng lấy phần mẫu đi qua lỗ sàng 0,5 mm nhưng không qua lỗ sàng 0,25 mm (mẫu có đường kính từ 0,25mm đến 0,5 mm). Độ ẩm dăm vỏ cây dùng để xác định thành phần hóa học được xác định theo phương pháp cân sấy. Hàm lượng xenlulo được xác định dựa theo tiêu chuẩn TAPPI T 17wd-70; Hàm lượng lignin được xác định theo tiêu chuẩn TAPPI T222 om - 98; Hàm lượng pentozan - theo tiêu chuẩn TAPPI T223 cm - 84; Hàm lượng tro - tiêu chuẩn TAPPI T 211 om-93; Hàm lượng các chất hòa tan trong nước lạnh - tiêu chuẩn TAPPI T207 cm -99; Hàm lượng các chất hòa tan trong nước nóng - tiêu chuẩn TAPPI T207 cm -99. Xác định độ pH: Vỏ cây Keo tai tượng được tạo thành mẫu có kích thước 10x10x50mm, sau đó được nghiền nhờ máy nghiền nguyên liệu sợi, sử dụng sàng 40 mắt, lấy dăm vỏ cây qua sàng loại này để xác định độ pH. (4) Phương pháp xác định tính chất vật lý chủ yếu của vỏ cây: Xác định khối lượng thể tích, tỷ lệ co rút, tỷ lệ dãn nở, độ hút nước của vỏ cây dựa theo tiêu chuẩn Việt Nam xác định các tính chất này của gỗ: Khối lượng thể tích -TCVN 8048-2:2009; tỷ lệ co rút - TCVN 8046-14:2009; tỷ lệ dãn nở -TCVN 804815:2009. 6 3.2.3. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ tạo ván composite vỏ cây đến tính chất ván composite vỏ cây (Phương pháp nghiên cứu các nội dung 2 và 3) - Xác định khối lượng thể tích của ván: Khối lượng thể tích của ván composite được xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7756-4:2007. Ván gỗ nhân tạo Phương pháp thử - Phần 4: Xác định khối lượng thể tích. Kích thước mẫu: a x b x t = 50 x 50 x t (mm). Số lượng mẫu thử: 12 mẫu/1 loại ván. - Xác định độ trương nở chiều dày: Xác định độ trương nở chiều dày theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7756-5:2007. Ván gỗ nhân tạo - Phương pháp thử - Phần 5: Xác định độ trương nở chiều dày sau khi ngâm trong nước. Kích thước mẫu: a x b x t = 50 x 50 x t (mm). Số lượng mẫu thử: 12 mẫu/1 loại ván. - Xác định độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi khi chịu uốn tĩnh: Xác định độ bền uỗn tĩnh và mô đun đàn hồi khi uốn tĩnh theo tiêu chuẩn TCVN 7756-6:2007. Ván gỗ nhân tạo - Phương pháp thử - Phần 6: Xác định độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi khi uốn tĩnh. Kích thước mẫu: L x b x t = 22t x 50 x t (mm). Số lượng mẫu thử: 12 mẫu/loại ván. - Xác định độ bền kéo vuông góc bề mặt ván : Độ bền kéo vuông góc với mặt ván được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 7756-7:2007. Ván gỗ nhân tạo - Phương pháp thử - Phần 7: Xác định độ bền kéo vuông góc với mặt ván. Kích thước mẫu: 50 x 50 x t (mm). Số lượng mẫu thử: 12 mẫu/loại ván. Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phương pháp thống kê toán học. 3.2.4. Phương pháp xác định khả năng cách âm, cách nhiệt của ván composite vỏ cây (Phương pháp nghiên cứu nội dung 4) Xác định khả năng cách âm bằng hệ số tiêu âm: Xác định hệ số tiêu âm bằng phương pháp sử dụng ống tiêu âm theo tiêu chuẩn ASTM C 385-58; Mẫu xác định hệ số tiêu âm có kích thước (dài x rộng x dày): 150 x 150 x 16 mm. Số lượng mẫu: 5 mẫu/sản phẩm. Xác định khả năng cách nhiệt bằng hệ số dẫn nhiệt: Hệ số dẫn nhiệt được xác định theo Tiêu chuẩn D5334-004. Phương pháp xác định hệ số dẫn nhiệt. Mẫu xác định hệ số dẫn nhiệt có kích thước (dài x rộng x dày):150 x 100 x 16 mm. Số lượng mẫu: 5 mẫu/sảnphẩm. Chương 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1. Nghiên cứu đặc điểm vỏ cây Keo tai tượng 4.1.1. Xác định đặc điểm cấu tạo vỏ cây Keo tai tượng: Vỏ cây Keo tai tượng 810 tuổi được khai thác tại Hòa Bình được tiến hành phân tích giải phẫu tại Trường Đại học Lâm nghiệp và Viện Nghiên cứu Công nghiệp rừng. Hình ảnh cấu tạo hiển vi của vỏ cây Keo tai tượng được đưa ra ở các hình 4.1 ÷ 4.3. Tế bào mô mềm libe Tia gỗ Mạch rây Tế bào chứa tinh thể Hình 4.1. Cấu tạo hiển vi của vỏ cây Keo tai tượng trên mặt cắt ngang 7 Sợi libe (Bó) Hình 4.2. Cấu tạo hiển vi của vỏ cây Keo tai tượng trên mặt cắt ngang Vỏ cây được phân thành hai phần: biểu bì, libe. Các thành phần cấu tạo nên vỏ cây ở phần libe gồm mạch rây, tế bào đi kèm mạch rây, sợi libe, tế bào mô mềm libe, tia libe; ở phần biểu bì có tế bào phủ, tế bào chứa tinh thể. Các tế bào mạch rây nằm trong phần libe, tế bào này nối tiếp tế bào khác thành ống dài theo chiều dọc thân cây, chúng có vách xenlulo mỏng. Màng ngăn giữa các tế bào (bản thủng lỗ) trong mạch rây có nhiều các lỗ nhỏ, có dạng như mắt sàng (rây). Mạch rây có đường kính khoảng 20 - 30µm, chiều dài một tế bào khoảng 0,2 - 0,7mm. Sợi libe giống sợi gỗ, sợi libe có vách hóa gỗ cao và rất dày nên trên mặt cắt ngang ruột tế bào sợi libe chỉ nhìn thấy dưới dạng điểm chấm (rất nhỏ), lỗ thông ngang trên vách sợi libe là lỗ thông ngang đơn. Sợi libe có chiều dày 0,03 0,25mm; chiều dài 0,875 - 1,225mm. Mạch rây Tế bào mô mềm Libe Tia Libe Hình 4.3. Cấu tạo hiển vi của vỏ cây Keo tai tượng ở mặt cắt xuyên tâm Kích thước sợi vỏ cây Keo tai tượng: Kết quả đo kích thước của sợi vỏ cây với số lần đo là 166 được trình bày ở phụ lục 1a, 1b, 1c và được tổng hợp ở bảng 4.1, hình 4.11. Chiều dài sợi vỏ cây từ 690,31 µm đến 1634,73 µm, đường kính sợi từ 13,32 µm đến 35,91 µm. Hình 4.11. Sợi vỏ cây Keo tai tượng 8 Nhận xét: Chiều dài sợi vỏ cây Keo tai tượng dao động từ 690,31 m đến 1634,73 m. Chiều rộng sợi vỏ cây Keo tai tượng dao động từ 13,32 m đến 35,91 m. Theo phân loại giải phẫu quốc tế IAWA, kích thước sợi vỏ cây ở mức trung bình. 4.1.2. Xác định thành phần hóa học vỏ cây Keo tai tượng: Kết quả xác định thành phần hóa học chủ yếu của vỏ cây Keo tai tượng được tổng hợp ở bảng 4.2. Bảng 4.2. Thành phần hóa học của vỏ cây Keo tai tượng Thành phần hóa học, Trị Thành phần hóa học, Trị TT TT độ pH số độ pH số 1 Xenlulo, % 26,95 5 Chất tan trong nước nóng, % 16,41 2 Lignin, % 24,07 6 Chất tan trong nước lạnh, % 11,85 3 Pentozan, % 11,30 7 Chất tan trong cồn, % 10,37 4 Tro, % 2,87 8 Độ pH 7,50 Nhận xét: Hàm lượng xenlulô của vỏ cây Keo tai tượng thấp chỉ đạt giá trị 26,95%, hàm lượng pentozan 11,30%, hàm lượng lignin 24,07% ở mức trung bình. Hàm lượng tro của vỏ cây Keo tai tượng tương đối cao đạt 2,87% nên gây khó khăn nhất định đến quá trình chế biến. Hàm lượng chất chiết xuất của vỏ cây rất cao: Hàm lượng chất tan trong nước nóng 16,41%, hàm lượng chất tan trong nước lạnh 11,85%, hàm lượng chất tan trong dung môi cồn đạt 10,37%. Độ pH của vỏ cây Keo tai tượng bằng 7,50 ở mức tương đối cao, do vậy khi sử dụng chất kết dính để sản xuất vật liệu từ vỏ cây cần phải điều chỉnh các thông số công nghệ cho phù hợp. 4.1.3. Xác định tính chất vật lý vỏ cây Keo tai tượng: Kết quả xác định KLTT vỏ cây, tỷ lệ co rút, tỷ lệ dãn nở, độ hút nước được đưa ra ở bảng 4.3; bảng 4.4. Bảng 4.3. Khối lượng thể tích của vỏ cây Keo tai tượng ở trạng thái khô kiệt Chỉ tiêu thống kê Ký hiệu Giá trị Giá trị trung bình Xtb 0,722 Độ lệch chuẩn Sd 0,070 sai số mẫu Sr 0,011 Hệ số biến động V 9,709 Hệ số chính xác P 3,070 Phương sai SV 0,005 Giá trị nhỏ nhất Xmin 0,589 Giá trị lớn nhất Xmax 0,919 Bảng 4.4. Tính chất vật lý của vỏ cây gỗ Keo tai tượng Chỉ số thống kê Wbh, % Tỷ lệ co rút, % Tỷ lệ dãn nở, % XT XT DT Giá trị trung bình Xtb 85,31 10,49 0,98 9,48 Độ lệch chuẩn Sd 19,95 3,50 0,33 3,12 Sai số mẫu Sr 2,47 0,43 0,04 0,39 Hệ số biến động V 23,39 33,33 33,73 32,97 Hệ số chính xác P 2,90 4,13 4,18 4,09 Phương sai SV 398,01 12,23 0,11 9,76 Giá trị nhỏ nhất Xmin 27,38 3,43 0,33 5,18 Giá trị lớn nhất Xmax 149,66 16,12 1,67 16,96 9 DT 0,94 0,35 0,04 37,51 4,65 0,13 0,30 1,63 Độ h.nước sau 20 ngày, % 95,24 5,52 0,68 5,80 0,72 30,49 80,54 107,98 Độ h.nước sau 30 ngày, % 113,02 8,90 1,10 7,88 0,98 79,28 91,28 131,79 Wtb , % 7,35 1,64 0,20 22,26 2,76 2,68 0,00 10,99 Kết quả xác định tỷ lệ phần libe so với toàn bộ phần vỏ được tổng hợp ở bảng 4.5. Bảng 4.5. Tỷ lệ phần libe so với toàn bộ vỏ cây Keo tai tượng Tỷ lệ libe/vỏ cây, % Chỉ tiêu thống kê Ký hiệu Chiều dày Khối lượng Giá trị trung bình Xtb 49,75 53,24 Độ lệch chuẩn Sd 17,11 17,17 sai số mẫu Sr 2,29 2,29 Hệ số biến động V 34,38 32,25 Hệ số chính xác P 4,59 4,31 Phương sai SV 292,58 294,89 Giá trị nhỏ nhất Xmin 15,11 22,33 Giá trị lớn nhất Xmax 92,74 83,48 Nhận xét: Vỏ cây Keo tai tượng 8-10 tuổi được khai thác tại Hòa Bình có khối lượng thể tích 0,722 g/cm3 ở độ ẩm 0%, đạt giá trị ở mức trung bình, tuy nhiên độ biến động về khối lượng thể tích là tương đối cao, mức dao động từ 0,589 g/cm 3 đến 0,919 g/cm3. Tỷ lệ co rút theo chiều xuyên tâm của vỏ cây tương đối cao 10,49%, tỷ lệ dãn nở đạt giá trị trung bình- 9,48%. Độ hút nước của vỏ cây thấp dao động trong khoảng 91,28% -131,79%. Trong điều kiện lưu giữ trong phòng ở nhiệt độ khoảng 200C, độ ẩm tương đối của không khí 63-68% độ ẩm thăng bằng của vỏ cây khoảng 7,35%, trị số này thấp hơn độ ẩm thăng bằng của gỗ lưu giữ trong cùng điều kiện (độ ẩm thăng bằng của gỗ khoảng 11,5- 13%). Như vậy trong điều kiện bình thường vỏ cây có độ hút ẩm thấp hơn gỗ tự nhiên, điều này có ý nghĩa lớn trong việc sử dụng vỏ cây làm vật liệu. Tỷ lệ libe so với vỏ cây trung bình là 49,75% và dao động tương đối lớn trong khoảng 15,11% đến 92,74%. 4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tạo ván composite vỏ cây không sử dụng chất kết dính đến tính chất ván composite vỏ cây Mô tả thực nghiệm: Vỏ cây Keo tai tượng 8 - 10 tuổi, được khai thác tại Hòa Bình. Vỏ cây được được cắt ngắn khoảng 3-5 cm, được sấy trong lò sấy. Độ ẩm vỏ cây trước khi sấy MC1 =60 - 80%; sau khi sấy MC 2 = 15 - 20%; nhiệt độ sấy: 60 800C; thời gian sấy: 1 ngày. Sau khi sấy vỏ cây được nghiền bằng máy nghiền dăm trên máy BX 444 tại trường Đại học Lâm nghiệp. Sau đó tiến hành sàng dăm để thu được dăm công nghệ. Dăm thu được ở dạng dăm nhỏ: chiều dày: khoảng 0,25 mm; chiều rộng: khoảng 0,25 mm; chiều dài: 3-6 mm. Ép ván vỏ cây trên máy ép nhiệt Scientific tại Viện Nghiên cứu Công nghiệp rừng, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. Biểu đồ ép ván composite vỏ cây được đưa ra ở hình 4.13. Hình 4.13. Biểu đồ ép ván composite vỏ cây 10 Đường cong ép nhiệt chia làm 4 giai đoạn: Giai đoạn 1: Khi nhiệt độ mặt bàn ép đạt T0ép = 1600C, 1800C, 2000C, áp suất ép P1 = 1,6 MPa, thời gian T1 = 2 phút; Giai đoạn 2: Duy trì nhiệt độ T0 ép và áp suất ép P1 thời gian T2 = 12 phút, 14 phút, 16 phút; Giai đoạn 3: T0 ép vẫn giữ nguyên, giảm áp suất ép lần thứ nhất P2 = 0,8 MPa duy trì nhiệt độ T0 ép và áp suất ép P2 thời gian T3 = 1,85 phút; Giai đoạn 4: Giảm áp lực ép từ từ đến khi áp lực ép P = 0 MPa. Thời gian T4 = 0,15 phút. 4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ ép đến khối lượng thể tích của ván composite vỏ cây Khối lượng thể tích (KLTT) của ván ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ vật lý của ván. Kiểm tra khối lượng thể tích ván so với thông số thiết kế sản phẩm, đồng thời có cơ sở so sánh khối lượng thể tích giữa các loại ván ở thông số chế độ ép khác nhau, KLTT ván composite vỏ cây Keo tai tượng trung bình 0,751 g/cm3. Thông số chế độ ép (thời gian, nhiệt độ ép) hầu như không ảnh hưởng đến KLTT của ván composite vỏ cây. KLTT của ván thí nghiệm hoàn toàn chính xác với KLTT ván dự kiến là 0,750 g/cm3. 4.2.2. Ảnh hưởng của chế độ ép đến độ trương nở chiều dày của ván composite vỏ cây Kết quả kiểm tra độ trương nở chiều dày của ván theo các chế độ ép được ghi trong bảng 4.7. Bảng 4.7. Độ trương nở chiều dày của ván sau 24 h theo các chế độ ép khác nhau Độ Độ trương nở Sai số của trung Hệ số biến o lệch No τ (phút) T ( C) sau 24 h (%) bình cộng (±) động (%) chuẩn 1 16 160 28,24 0,83 0,26 2,88 2 16 180 25,84 1,98 0,63 7,52 3 16 200 29,34 1,45 0,46 5,13 4 18 160 25,19 2,96 0,94 11,69 5 18 180 21,74 1,13 0,36 6,16 6 18 200 24,61 2,75 0,87 9,81 7 20 160 25,82 3,39 1,07 13,52 8 20 180 21,95 4,20 1,33 16,89 9 20 200 23,56 1,53 0,49 7,24 Sử dụng phần mềm R3.5.1 xây dựng được phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ giữa chế độ ép (thời gian, nhiệt độ ép) với độ trương nở chiều dày sau 24h của ván: Y = 371,08-13,791τ -2,294T + 0,021τ*T - 0,486τ2 + 0,007T2 (4.1) Hệ số tương quan: R = 0,856 Hình 4.14. Ảnh hưởng của chế dộ ép nhiệt (thời gian ép, nhiệt độ ép) đến độ trương nở chiều dày của ván composite vỏ cây không sử dụng chất kết dính 11 Với thời gian ép và nhiệt độ ép khác nhau độ trương nở dày của ván khác nhau. Khi nhiệt độ ép tăng từ 1600C đến 1800C, độ trương nở chiều dày của ván composite vỏ cây giảm, điều này là do khi nhiệt độ ép tăng, tính dẻo của dăm vỏ cây được nâng cao, giữa dăm vỏ cây và lignin hình thành liên kết chặt chẽ. Khi nhiệt độ tăng từ 1800C đến 2000C độ trương nở chiều dày của ván composite có xu hướng tăng lên, khi ép ván ở nhiệt độ 2000C bề mặt ván có hiện tượng bị cháy vì đã làm suy giảm các thành phần hóa học vỏ cây, liên kết sẽ kém bền, ảnh hưởng xấu đến các tính chất ván vỏ cây dẫn đến độ trương nở chiều dày của ván tăng lên, Độ trương nở chiều dày của ván composite vỏ cây ép trong thời gian ép 18 phút, nhiệt độ ép 1800C có giá trị thấp nhất: 21,74 %. 4.2.3. Ảnh hưởng của chế độ ép đến độ hút nước của ván composite vỏ cây Kết quả xác định độ hút nước của ván theo các chế độ ép được ghi trong bảng 4.8. Bảng 4.8. Độ hút nước của ván sau 24 h theo các chế độ ép khác nhau Độ hút nước Độ lệch Sai số của trung Hệ số No τ (phút) T (oC) sau 24 h (%) chuẩn bình cộng (±) biến động 1 16 160 43,51 1,32 0,42 2,96 2 16 180 40,76 2,36 0,75 5,87 3 16 200 41,93 1,01 0,32 2,44 4 18 160 42,34 2,96 0,94 6,96 5 18 180 39,30 2,67 0,84 7,21 6 18 200 42,14 4,51 1,43 9,83 7 20 160 41,68 2,56 0,81 6,58 8 20 180 40,52 2,35 0,35 0,74 9 20 200 43,78 2,10 0,66 5,30 Phương trình tương quan giữa nhiệt độ ép, thời gian ép và độ hút nước có dạng: Y=404,798-23,61τ-1,731T+0,6558τ2+0,0476T2 (4.2) Hệ số tương quan: R = 0,993 Khi nhiệt độ ép tăng từ 160oC đến 180oC độ hút nước của ván giảm, khi nhiệt độ ép tăng từ 180oC đến 200oC độ hút nước tăng. Thời gian ép cũng ảnh hưởng theo xu hướng tương tự nhiệt độ. Khi ép ở nhiệt độ 180 oC trong 18 phút sẽ thu được ván có độ hút nước thấp nhất: 39,30%. 4.2.4. Ảnh hưởng của chế độ ép đến độ bền uốn tĩnh của ván composite vỏ cây Kết quả kiểm tra độ bền uốn tĩnh của ván composite vỏ cây theo chế độ ép khác nhau được ghi ở bảng 4.9. Bảng 4.9. Độ bền uốn tĩnh của ván composite vỏ cây ở các chế độ ép khác nhau MOR Độ lệch Sai số của trung Hệ số No τ (phút) T (oC) (MPa) chuẩn bình cộng (±) biến động 1 16 160 7,12 0,90 0,29 2,29 2 16 180 9,03 0,28 0,09 3,35 3 16 200 7,00 0,90 0,28 2,36 4 18 160 8,86 0,94 0,30 1,77 5 18 180 11,64 1,02 0,32 1,53 6 18 200 7,69 0,44 0,14 0,47 7 20 160 8,11 0,36 0,11 4,16 8 20 180 8,98 0,86 0,27 1,11 9 20 200 5,91 0,47 0,15 2,13 12 Từ kết quả thu được, nhờ phần mềm R3.5.1, xây dựng được phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian ép, nhiệt độ ép với MOR của ván (4.3): Y=-324,32+15,345τ+2,1915T-0,42625τ2-0,00609T2 (4.3) Hệ số tương quan: R = 0,979 Độ bền uốn tĩnh của ván composite vỏ cây ở các chế độ thí nghiệm đạt giá trị từ 5,91 MPa đến 11,64 MPa. Khi thời gian ép tăng từ 16 phút đến 18 phút, nhiệt độ ép từ 1600C đến 1800C thì độ bền uốn tĩnh tăng. Khi nhiệt độ ép tăng từ 180oC đến 2000C, thời gian ép tăng độ bền uốn tĩnh giảm, do bề mặt ván bị cháy vì đã làm suy giảm các thành phần hóa học vỏ cây, làm ảnh hưởng xấu đến các tính chất ván, xenlulo bị giảm độ trùng hợp, đứt mạch, làm giảm tính chất cơ học của composite vỏ cây. Như vậy, chế độ ép ván composite vỏ cây Keo tai tượng không sử dụng chất kết dính: thời gian ép (τ) = 18 phút, nhiệt độ ép (T) = 180 0C cho giá trị MOR cao nhất: 11,64 MPa. 4.2.5. Ảnh hưởng của chế độ ép đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh của ván composite vỏ cây Kết quả kiểm tra mô đun đàn hồi khi uốn tĩnh (MOE) của ván theo các chế độ ép được ghi trong bảng 4.10. Bảng 4.10. Mô đun đàn hồi uốn tĩnh của ván composite vỏ cây ở các chế độ ép khác nhau MOE Độ lệch Sai số của trung Hệ số biến No τ (phút) T (oC) (MPa) chuẩn bình cộng (±) động 1 16 160 590 8,35 2,64 1,33 2 16 180 750 30,46 9,63 4,51 3 16 200 581 8,27 2,62 1,34 4 18 160 764 8,73 2,76 1,27 5 18 180 874 12,57 38,44 11,86 6 18 200 654 50,66 16,02 8,72 7 20 160 696 57,00 18,00 7,75 8 20 180 755 104,6 33,08 15,44 9 20 200 485 49,61 15,69 9,48 Từ kết quả ở bảng 4.10, nhờ phần mềm R3.5.1, xây dựng được phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ giữa chế độ ép (thời gian và nhiệt độ) với mô đun đàn hồi khi chịu uốn tĩnh của ván (4.4): Y = -25950,167 + 1322,000τ + 168,475T -1,262τ*T - 30,375τ2 - 0,412T2 (4.4) Hệ số tương quan: R = 0,887 MOE ở chế độ ép thời gian ép (τ) = 18 phút, nhiệt độ ép (T) = 1800C cho giá trị cao nhất (874 MPa). 4.2.6. Ảnh hưởng của chế độ ép đến độ bền kéo vuông góc của ván composite vỏ cây Độ bền kéo vuông góc (IB) là chỉ tiêu đánh giá khả năng liên kết giữa các dăm với nhau. Kết quả kiểm tra về độ bền kéo vuông góc của ván composite vỏ cây theo các chế độ ép khác nhau được trình bày ở bảng 4.11. 13 Bảng 4.11. Độ bền IB bề mặt ván composite vỏ cây ở các chế độ ép khác nhau τ T IB Độ lệch Sai số của Hệ số biến No o (phút) ( C) (MPa) chuẩn trung bình cộng (±) động 1 16 160 0,17 0,02 0,01 8,96 2 16 180 0,21 0,02 0,01 10,65 3 16 200 0,16 0,02 0,01 9,99 4 18 160 0,21 0,02 0,01 8,27 5 18 180 0,25 0,02 0,01 6,16 6 18 200 0,20 0,01 0,06 4,36 7 20 160 0,17 0,02 0,01 8,96 8 20 180 0,21 0,04 0,01 19,67 9 20 200 0,16 0,02 0,01 9,81 Phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian ép và nhiệt độ ép với IB của ván có dạng: Y=-6,59+0,36τ+0,04025T-0,01τ2-0,00011T2 (4.5) Hệ số tương quan: R = 0,898 IB ở chế độ ép thời gian ép (τ) = 18 phút, nhiệt độ ép (T) = 1800C cho giá trị cao nhất (0,25 MPa). 4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tạo ván composite vỏ cây theo tỷ lệ kết cấu ván có sử dụng chất kết dính đến tính chất ván composite vỏ cây Mô tả thực nghiệm: (+) Tạo dăm vỏ cây Keo tai tượng: Vỏ cây Keo tai tượng 8 10 năm tuổi, được khai thác tại Hòa Bình. Vỏ tươi được cắt ngắn thành dạng mảnh nhỏ khoảng 3 - 5 cm, sau đó đưa vào sấy trong lò sấy ở nhiệt độ 60-80 oC trong thời gian 1 ngày để vỏ mảnh đạt độ ẩm 15 - 20 %. Đưa vỏ mảnh đã sấy khô vào băm dăm bằng máy băm dăm BX 444. Dăm thu được ở dạng dăm nhỏ có kích thước: chiều dày: khoảng 0,25 mm; chiều rộng: khoảng 0,25 mm; chiều dài: 3-6 mm; (+) Tạo dăm gỗ từ phế liệu ván bóc Keo tai tượng: Phế liệu ván bóc gồm có ván bóc bị loại, rìa cạnh, được gom lại, sấy khô đến độ ẩm khoảng 15 - 20 %. Sau khi đã sấy khô, nguyên liệu này được băm nhỏ bằng máy băm dăm BX 444 để được loại dăm gỗ. Dăm ván mỏng thu được dạng que có kích thước: chiều dày 0,8-1,5 mm; chiều rộng 0,8-1,5 mm; chiều dài 8-15 mm. Phân loại dăm: tiến hành loại bỏ bụi dăm bằng cách sàng bởi sàng kích thước mắt 0,2 mm; (+) Tạo ván: Đã tiến hành tạo các loại ván: chỉ làm từ dăm vỏ cây, chỉ làm từ dăm gỗ và ván được tạo nên từ dăm vỏ cây và dăm gỗ với các lớp riêng (không trộn lẫn vào nhau), cụ thể như sau: Ván composite (Ván V1): Tạo ra từ 100 % dăm vỏ cây; Ván composite (ván V4): Tạo ra từ 100 % dăm gỗ; Ván composite (Ván V2): Tỷ lệ kết cấu ván: 3/4/3 tương ứng với khối lượng nguyên liệu: dăm vỏ cây/dăm gỗ/dăm vỏ cây = 30/40/30 (%); Ván composite (Ván V3): Tỷ lệ kết cấu ván: 1/3/1. tương ứng với khối lượng nguyên liệu: dăm gỗ/dăm vỏ cây/dăm gỗ = 20/60/20 (%). Dăm vỏ cây, dăm gỗ được trộn keo riêng biệt với tỷ lệ chất kết dính (keo UF 10%). Biểu đồ ép ván composite vỏ cây, ván dăm gỗ, dăm vỏ cây-dăm gỗ sử dụng chất kết dính giống đường cong ép nhiệt tương tự như trong trường hợp ép ván vỏ cây không chất kết dính. 4.3.1. Ảnh hưởng của chế độ ép đến KLTT của ván composite theo tỷ lệ kết cấu Kết quả xác định KLTT của ván composite kết cấu khác nhau được trình bày ở bảng 4.13. 14 Bảng 4.13. Khối lượng thể tích của ván theo tỷ lệ kết cấu (g/cm³) V1 V3 No τ (phút) T (oC) V2 (g/cm³) V4 (g/cm³) ((g/cm³) (g/cm³) 1 16 160 0,732 0,743 0,745 0,734 2 16 180 0,750 0,740 0,733 0,744 3 16 200 0,731 0,722 0,740 0,731 4 18 160 0,737 0,740 0,741 0,740 5 18 180 0,745 0,744 0,743 0,751 6 18 200 0,743 0,750 0,745 0,750 7 20 160 0,735 0,729 0,744 0,738 8 20 180 0,743 0,737 0,751 0,750 9 20 200 0,746 0,734 0,741 0,754 Kết quả cho thấy khối lượng thể tích của ván vỏ cây với các loại kết cấu khác nhau ở các chế độ ép khác nhau có khác nhau nhưng không nhiều. 4.3.2. Ảnh hưởng của chế độ ép đến độ trương nở chiều dày sau 24h ván composite theo tỷ lệ kết cấu khác nhau: Từ kết quả thực nghiệm, xây dựng biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ ép và thời gian ép đến độ trương nở chiều dày của ván composite theo tỷ lệ kết cấu (hình 4.21). Hình 4.21. Ảnh hưởng của chế độ ép nhiệt (thời gian ép, nhiệt độ ép) đến độ trương nở chiều dày của ván theo tỷ lệ kết cấu sử dụng chất kết dính Nhiệt độ ép, thời gian ép có ảnh hưởng rất lớn tới độ trương nở chiều dày của ván composite, khi nhiệt độ ép tăng dần từ (160 0C đến 1800C), thời gian (16 phút đến 18 phút) thì độ trương nở chiều dày của ván composite giảm. Điều này xảy ra là do khi nhiệt độ ép tăng, tính dẻo của dăm vỏ cây và dăm gỗ được nâng cao, khiến cho dăm và keo hình thành liên kết chặt chẽ, độ trương nở chiều dày của ván giảm rõ rệt. Tỷ lệ kết cấu khác nhau thì độ trương nở chiều dày của ván cũng khác nhau: Khi ép ở thời gian ép 18 (phút), nhiệt độ ép 1800C bốn loại ván cho giá trị về độ trương nở chiều dày ván là thấp nhất. Trong đó ván (V1) được tạo ra từ 100% dăm vỏ cây có độ trương nở cao nhất sau đó đến ván (V2) có tỷ lệ kết cấu 3/4/3 tương ứng với khối lượng nguyên liệu: dăm vỏ cây/dăm gỗ/dăm vỏ cây = 30/40/30 (%) tiếp theo đến ván (V3) có tỷ lệ kết cấu 1/3/1 tương ứng với khối lượng nguyên liệu: dăm gỗ/dăm vỏ cây/dăm gỗ = 20/60/20 (%) ván có độ trương nở thấp nhất là ván (V4) được tạo ra từ 100% dăm gỗ. Điều đó hoàn toàn phù hợp với đặc tính của dăm vỏ cây nhẹ, khả năng hút nước đặc biệt cao hơn so với dăm gỗ. Dù ở lớp kết cấu nào thì dăm vỏ cây vẫn bộc lộ nhược điểm là dãn nở, từ đó làm tăng độ trương nở chiều dày ván. Tuy nhiên, việc sắp xếp lớp dăm gỗ ở bên ngoài cũng đã làm giảm được tốc độ hút nước của ván, từ đó độ trương nở chiều dày của ván cũng thấp hơn rõ rệt. 15 4.3.3. Ảnh hưởng của chế độ ép đến độ hút nước sau 24h ván composite theo tỷ lệ kết cấu khác nhau: Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ đến độ hút nước sau 24h của ván theo tỷ lệ kết cấu được đưa ra ở bảng 4.15. Bảng 4.15. Độ hút nước của ván sau, 24 h theo tỷ lệ kết cấu khác nhau No τ (phút) T (oC) V1 (%) V2 (%) V3 (%) V4 (%) 1 16 160 42,25 39,70 38,34 26,36 2 16 180 35,48 31,19 29,76 23,47 3 16 200 39,90 29,14 27,88 25,26 4 18 160 43,64 34,84 33,31 22,10 5 18 180 30,58 27,86 26,27 20,54 6 18 200 38,18 28,81 31,00 23,68 7 20 160 31,30 30,73 26,70 23,60 8 20 180 30,72 28,04 28,81 23,39 9 20 200 31,89 30,35 32,54 27,86 Khi nhiệt độ ép tăng, tính dẻo của dăm vỏ cây và dăm gỗ được nâng cao, khiến cho dăm và keo hình thành liên kết chặt chẽ, độ hút nước của ván giảm. Tuy nhiên, nếu thời gian ép quá dài, nhiệt độ cao keo đóng rắn có thể bị ròn sẽ ảnh hưởng đến chất lượng dán dính, làm cho liên kết dăm - dăm kém bền, đây cũng là nguyên nhân làm cho ván composite có độ hút nước tăng. Nhìn vào đồ thị ta thấy với thời gian ép 18 (phút), nhiệt độ ép 1800C bốn loại ván cho giá trị về độ hút nước của ván là thấp nhất (ván V1 = 30,58% ; ván V2 = 27,86% ; ván V3 = 26,27% ; ván V4 = 20,54%). 4.3.4. Ảnh hưởng của chế độ ép đến độ bền uốn tĩnh của ván composite theo tỷ lệ kết cấu khác nhau: Kết quả kiểm tra độ bền uốn tĩnh (MOR) của ván theo các chế độ ép, tỷ lệ kết cấu khác nhau được ghi trong bảng 4.16. Bảng 4.16. Độ bền uốn tĩnh của ván theo tỷ lệ kết cấu khác nhau No τ (phút) T (oC) V1 (MPa) V2 (MPa) V3 (MPa) V4 (MPa) 1 16 160 17,30 19,19 19,76 19,93 2 16 180 18,18 18,29 21,99 20,16 3 16 200 16,67 17,58 21,23 20,28 4 18 160 17,31 20,94 20,92 18,87 5 18 180 18,75 22,15 23,28 20,92 6 18 200 18,03 20,64 21,81 19,83 7 20 160 17,42 17,53 18,96 17,47 8 20 180 18,59 19,44 21,59 19,07 9 20 200 18,31 18,85 17,96 19,05 Từ bảng 4.16, nhờ phần mềm R3.5.1 xây dựng được phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian ép, nhiệt độ ép với độ bền uốn tĩnh của ván: Ván (V1): Y = -25,329 -1,328τ + 0,587T+ 0,006τ*T + 0,013τ2 - 0,002T2 (4.14) Hệ số tương quan: R = 0,802 Ván (V2): Y = -129,108 + 18,436τ -0,18T+ 0,028τ*T -0,647τ2 -0,001T2 (4.15) Hệ số tương quan: R = 0,896 Ván (V3): Y = -475,319 +20,539τ +3,552T - 0,007τ*T - 0,553τ2 - 0,009T2 (4.16) Hệ số tương quan: R = 0,823 16 Ván (V4): Y = -30,319 - 0,361τ + 0,619T +0,008τ*T - 0,041τ2 - 0,002T2 (4.17) Hệ số tương quan: R = 0,802 Ván (V3) có độ bền uốn tĩnh cao nhất với tỷ lệ kết cấu 1/3/1 tương ứng với khối lượng nguyên liệu: dăm gỗ/dăm vỏ cây/dăm gỗ = 20/60/20 (%), cao hơn hẳn các mẫu đối chứng. Độ bền uốn tĩnh cao do lớp giữa không chịu lực uốn, nên lớp này làm từ dăm vỏ cây mềm và nhẹ, đã ít ảnh hưởng đến khả năng chịu lực uốn của ván. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ ép tăng đến 200 0C, thời gian ép 20 phút độ bền uốn tĩnh của ván composite giảm xuống, nguyên nhân thời gian ép quá dài, nhiệt độ cao keo đóng rắn có thể bị ròn, bề mặt ván sẽ bị cháy sẽ ảnh hưởng đến chất lượng dán dính, làm giảm độ bền uốn tĩnh của ván. 4.3.5. Ảnh hưởng của chế độ ép đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh ván composite theo tỷ lệ kết cấu khác nhau Kết quả kiểm tra Mô đun đàn hồi uốn tĩnh (MOE) của ván theo các chế độ ép, tỷ lệ kết cấu khác nhau được ghi trong bảng 4.17. Bảng 4.17. Mô đun đàn hồi uốn tĩnh của ván theo tỷ lệ kết cấu khác nhau No τ (phút) T (oC) V1 (MPa) V2 (MPa) V3 (MPa) V4 (MPa) 1 16 160 1415 1629 1682 1712 2 16 180 1537 1623 1776 1837 3 16 200 1533 1614 1741 1813 4 18 160 1424 1724 1557 1735 5 18 180 1591 1802 1844 1864 6 18 200 1513 1677 1634 1826 7 20 160 1467 1448 1420 1432 8 20 180 1532 1610 1630 1826 9 20 200 1528 1569 1515 1452 Phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian ép , nhiệt độ ép với mô đun đàn hồi uốn tĩnh của ván có dạng: Ván (V1): Y = -3871,022-84,445τ+65,66T-0,358τ*T+4,296τ2- 0,158T2 (4.18) Hệ số tương quan: R = 0,846 Ván(V2): Y=-14342,258+1287,69τ +52,117T+2,103τ*T- 46,373τ2-0,253T2 (4.19) Hệ số tương quan: R = 0,875 Ván(V3):Y=-43836,373+1540,082τ+363,608T-0,883τ*T-40,799τ2-0,96T2 (4.20) Hệ số tương quan: R = 0,818 Ván(V4):Y=-10407,208 -46,799τ +144,033T+0,224τ*T-1,515τ2- 0,406 T2 (4.21) Hệ số tương quan: R = 0,896 Ván (V4) được tạo ra từ 100% dăm gỗ có MOE cao nhất (1864 MPa) tiếp đến là ván (V3) với tỷ lệ kết cấu 1/3/1 tương ứng với khối lượng nguyên liệu: dăm gỗ/dăm vỏ cây/dăm gỗ = 20/60/20 (%), điều đó chứng minh rừng, lớp dăm gỗ nếu được bố trí là lớp mặt ván thì độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh của ván composite sẽ cao. Ván (V1) được tạo ra từ 100% dăm vỏ cây cho MOE giá trị thấp nhất. 17