Nghiên cứu cơ tính của sợi tre liên tục dùng để gia cường cho vật liệu polyme composite

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

CAO THỊ HOÀI THỦY

NGHIÊN CỨU CƠ TÍNH CỦA SỢI TRE LIÊN TỤC
DÙNG ĐỂ GIA CƯỜNG CHO VẬT LIỆU POLYME
COMPOSITE

NGÀNH: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY
MÃ SỐ: 23.04.389823.04.3898
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ PHÚC BÌNH

HÀ NỘI 2009


2

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Cao Thị Hoài Thủy
Học viên: Lớp CN Vật liệu Dệt May
Khóa học: 2007 – 2009
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung Luận văn Thạc sỹ khoa học được
trình bày dưới đây là do cá nhân tôi thực hiện dưới sự giúp đỡ tận tình, chu
đáo của TS. Lê Phúc Bình và các thầy cô trong Khoa Công nghệ Dệt May &
Thời trang. Các số liệu và kết quả trong luận văn là những số liệu thực tế thu
được sau khi tiến hành thực nghiệm và phân tích các kết quả. Đảm bảo chính

xác, trung thực, không sao chép.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung tôi đã trình bày
trong luận văn, nếu có điều gì gian dối, không trung thực tôi xin chịu mọi
hình thức xử lý theo qui định của Nhà trường.
Xin trân trọng cảm ơn./.


3

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới TS. Lê Phúc Bình,
Người đã tận tình chỉ bảo và góp ý rất tâm huyết cho em trong suốt quá trình
thực hiện luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo Khoa Công nghệ Dệt May
& Thời trang, các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập
và nghiên cứu.
Tôi xin cảm ơn các cán bộ của phòng thí nghiệm Vật liệu dệt đã tạo
điều kiện, giúp đỡ hướng dẫn tôi trong suốt thời gian làm thí nghiệm tại
phòng thí nghiệm Vật liệu Dệt – Bộ môn Vật liệu và Công nghệ Hóa dệt.
Bên cạnh đó trong thời gian chuẩn bị mẫu và tiến hành thí nghiệm, cá
nhân tôi không thể thực hiện để kịp tiến độ báo cáo luận văn tôi đã nhận được
sự giúp đỡ rất nhiệt tình của em Ngọc Hòa sinh viên K51 lớp Công nghệ Dệt,
Phạm Văn Thùy sinh viên K51 lớp Công nghệ Nhuộm và hoàn tất, em Ngọc
Hồng, Văn Dũng, Vũ Dũng, Quang Hưng sinh viên K50 lớp Công nghệ Dệt
đã hỗ trợ cùng tôi làm các thí nghiệm này.
Trong quá trình thực hiện luận văn, em đã không ngừng học hỏi trau
dồi kiến thức, tích cực thu thập tài liệu, tổng hợp các kiến thức đã học và thực
hành. Tuy nhiên trong một khoảng thời gian ngắn và bản thân còn có nhiều
hạn chế trong quá trình nghiên cứu, em rất mong nhận được sự góp ý của các
thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp.

Hà Nội, ngày

tháng 11 năm 2009

Học viên

Cao Thị Hoài Thủy


4

MỤC LỤC
Trang bìa
Lời cam đoan

2

Lời cảm ơn

3

Mục lục

4

Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt

7

Danh mục các bảng

8

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

9

Lời mở đầu

10

CHƯƠNG I – Nghiên cứu tổng quan

11

1.1. Khái quát về tre

11

1.1.1. Sự sinh trưởng và phân bố của tre

11

1.1.2. Cây luồng Việt Nam

15

1.1.3. Cấu trúc sinh học của gỗ tre

16

1.1.4. Thành phần hoá học của gỗ tre

21

1.1.5. Các đặc tính chủ yếu của gỗ tre

22

1.2. Kỹ thuật sản xuất xơ sợi tre
1.2.1. Sản xuất theo phương pháp hóa học
1.2.1.1. Nguyên lý sản xuất
1.2.2. Xơ, sợi tre tự nhiên
1.2.2.1. Sản xuất xơ tre tự nhiên

28
28
28
28
28


5

1.2.2.2. Sợi tre liên tục tự nhiên

29

1.3. Kết luận Chương I

31

CHƯƠNG II - NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH SỢI TRE LIÊN TỤC

32

2.1. Đối tượng, phương pháp và nội dung nghiên cứu

32

2.2.1. Đối tượng nghiên cứu

32

2.2.2. Phương pháp nghiên cứu

32

2.2.3. Nội dung nghiên cứu

32

2.2. Tiêu chuẩn thí nghiệm

33

2.2.1. Một số tiêu chuẩn thí nghiệm tre

33

2.2.2. Bộ tiêu chuẩn ISO/DIS - 22157

33

2.3. Thiết bị thí nghiệm và đồ gá mẫu

39

2.3.1. Thiết bị thí nghiệm

39

2.3.2. Đồ gá mẫu

41

2.4. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

42

2.4.1. Qui cách chuẩn bị mẫu thí nghiệm

42

2.4.2. Số lượng mẫu cần dùng

43

2.5. Xác định một số đặc tính của nan tre

45

2.5.1. Xác định khối lượng riêng, độ ẩm, độ co

45

2.5.2. Xác định độ bền kéo đứt,uốn

46

2.5.2.1. Nan không xử lý kiềm

46

2.5.2.2. Nan có xử lý kiềm

46


6

2.5.2.3. Ảnh hưởng của phương tách sợi

49

2.5.2.4. Thu thập kết quả thí nghiệm

49

CHƯƠNG III - ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

50

3.1. Đánh giá kết quả đo khối lượng riêng

50

3.2. Đánh giá kết quả đo độ ẩm

51

3.3. Đánh giá kết quả đo độ co

52

3.4. Đánh giá kết quả đo độ bền kéo đứt

53

3.4.1. Ảnh hưởng của môi trường ướt

53

3.4.2. Ảnh hưởng của xử lý kiềm

55

3.4.2.1. Thời gian 2h

55

3.4.2.2. Thời gian 1h

57

3.4.3. Ảnh hưởng của phương tách sợi
3.5. Đánh giá kết quả đo độ bền uốn

59
61

3.5.1. Ảnh hưởng của môi trường ướt

62

3.5.2. Ảnh hưởng của xử lý kiềm

63

3.5.2.1. Thời gian 2h

63

3.5.2.2. Thời gian 1h

65

3.5.3. Ảnh hưởng của phương tách sợi

67

KẾT LUẬN

70

TÀI LIỆU THAM KHẢO

73

PHỤ LỤC

76


7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT
T: Theo phương tiếp tuyến
R: Theo phương hướng tâm
h: Giờ
Không mấu: Ko mấu
SG: Tỉ trọng riêng
MOR: Môdun phá hủy
MOE: Môdun đàn hồi (E-môdun)


8

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Một số giống tre thông dụng tại Việt Nam

Bảng 1.2: Số lượng bó xơ phân bổ theo các lớp và độ tuổi tre
Bảng 1.3: Tỉ lệ một số thành phần chính của một số loại tre
Bảng 1.4: Khối lượng riêng của một số loại tre Việt Nam
Bảng 1.5: Tỉ trọng riêng trung bình của một số loại tre tại các vị trí trên ống
tre
Bảng 1.6: Khối lượng riêng và môdun đàn hồi của một số loại tre
Bảng 1.7: Mối quan hệ giữa tỉ trọng riêng với đặc điểm uốn theo độ tuổi và vị
trí của lớp
Bảng 1.8: Tính chất cơ học của tre và vật liệu thông dụng
Bảng 1.9: Các thông số của nồi hơi nổ
Bảng 2.1: Số lượng mẫu theo phương tiếp tuyến (T)
Bảng 2.2: Số lượng mẫu theo phương hướng tâm (R)
Bảng 3.1: Khối lượng riêng nan phương T
Bảng 3.2: Tỉ lệ độ ẩm và độ hồi ẩm của nan phương T sau sấy khô
Bảng 3.3: Tỉ lệ co theo phương R và phương T sau sấy khô
Bảng 3.4: Thông số tải trọng phá huỷ mẫu nan kéo đứt
Bảng 3.5: Thông số tải trọng phá huỷ mẫu nan kéo đứt kiềm (NaOH) 2giờ
Bảng 3.6: Thông số tải trọng phá huỷ mẫu nan kéo đứt kiềm (NaOH) 1giờ
Bảng 3.7: Thông số tải trọng phá huỷ mẫu nan kéo đứt theo phương tách sợi
Bảng 3.8: Thông số tải trọng phá huỷ mẫu nan uốn
Bảng 3.9: Thông số tải trọng phá huỷ mẫu nan uốn kiềm (NaOH) 2giờ
Bảng 3.10: Thông số tải trọng phá huỷ mẫu nan uốn kiềm (NaOH) 1giờ
Bảng 3.11: Thông số tải trọng phá huỷ mẫu nan uốn theo phương tách sợi


9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ phân bố tre trên thế giới
Hình 1.2: Mặt cắt dọc của một đốt tre

Hình 1.3: Mặt cắt ngang một phần đốt tre
Hình 1.4: Mặt cắt ngang của một bó mạch
Hình 1.5: Sự thay đổi hướng của các bó mạch tại “Mấu tre”
Hình 1.6: Tre và sợi tre liên tục tự nhiên
Hình 2.1 : Cân điện tử và Thước cặp đồng hồ
Hình 2.2 : Máy kéo Tensilon 1150A và Tủ sấy điện
Hình 2.3: Đồ gá mẫu thí nghiệm kiểm tra kéo đứt và uốn nan tre
Hình 2.4: Quy cách lấy mẫu theo các lớp trên thân Luồng
Hình 2.5: Trạng thái nam sau xử lý kiềm
Hình 3.1: So sánh khối lượng riêng của nan theo phương T
Hình 3.2: So sánh độ ẩm và độ hồi ẩm của nan theo phương T
Hình 3.3: So sánh độ co của nan theo phương T
Hình 3.4: Biểu đồ so sánh độ bền trung bình kéo đứt của nan khô và ướt
Hình 3.5: Ảnh hưởng của xử lý NaOH trong 2h
Hình 3.6: Biểu đồ so sánh độ bền trung bình kéo đứt nan xử lý NaOH 2giờ
Hình 3.7: Ảnh hưởng của xử lý NaOH trong 1h
Hình 3.8: Biểu đồ so sánh độ bền trung bình kéo đứt nan xử lý NaOH 1giờ
Hình 3.9: Biểu đồ so sánh độ bền trung bình kéo đứt nan phương R, T
Hình 3.10: Biểu đồ so sánh độ bền trung bình uốn của nan khô và ướt
Hình 3.11: Biểu đồ so sánh độ bền trung bình uốn nan xử lý NaOH 2giờ
Hình 3.12: Biểu đồ so sánh độ bền trung bình uốn nan xử lý NaOH 1giờ
Hình 3.13: Biểu đồ so sánh độ bền trung bình uốn nan phương R, T


10

LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam là một nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa có
điều kiện khí hậu phù hợp với sinh trưởng của cây tre. Tre là loại cây dễ
trồng, tốc độ sinh trưởng nhanh, nhẹ, bền, giá thành thấp, điều kiện sinh

trưởng đơn giản không đòi hỏi khắt khe. Tuy độ bền của sợi tre không cao
như các loại sợi gia cường nhân tạo như sợi thủy tinh (GF), sợi các bon (CF),
hay sợi armit (AF) nhưng cũng khá lớn nếu so sánh với thép xây dựng hay gỗ
các loại . Độ bền kéo của tre khối có khả năng chịu tải xấp xỉ thép và vượt gỗ
có độ cứng tương đương, còn độ ổn định hình học lại vượt cả thép. Hiện nay
đã có một số công trình nghiên cứu ứng dụng tre làm vật liệu gia cường cho
polyme, song mới chỉ sử dụng ở dạng xơ hay bó xơ ngắn, vì vậy hiệu năng
của vật liệu polyme composite được tạo ra chưa cao do tải trọng truyền dẫn
trong vật liệu liên tục bị gián đoạn qua các mối ghép xơ keo, chất lượng gia
cường không đồng đều và khó xác định. Nên việc dùng tre ở dạng sợi liên tục
để làm sợi gia cường cho vật liệu polyme composite là một giải pháp có thể
giảm bớt các nhược điểm trên. Đây cũng chính là lý do cho tác giả chọn đề
tài:
“Nghiên cứu cơ tính của sợi tre liên tục dùng để gia cường cho vật liệu
polyme composite”
Nội dung của luận văn bao gồm:
Chương I: Nghiên cứu tổng quan
Chương II: Nghiên cứu đặc tính sợi tre liên tục
Chương III: Đánh giá kết quả và bàn luận


11

CHƯƠNG I
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. Khái quát về tre
1.1.1. Sự sinh trưởng và phân bố của tre
Hiện nay có khoảng 115 giống tre và khoảng 1.020 - 1.070 phân loài
trên thế giới. Hơn một nửa trong số chúng tập chung ở khu vực Châu Á. Một
số nhóm tre thường gặp là: Bambusa, Chusquea, Dendrocalamus,

Phyllostachys, Giantochloa hoặc Schizostachyum…Trong một bụi tre có thể
có từ 40 đến 50 thân, mỗi năm có thêm từ 10 đến 15 thân. Thân cây tre hầu
hết đều dạng tròn, rỗng. Đường kính trung bình từ 0,6cm đến 30cm. Các thân
rễ của tre được gọi là rễ của cây tre. Các thân rễ của tre hình thành các lùm
cây và có sự lan toả rễ cây. Chiều cao của cây tre dao động trong khoảng 1m
(3ft) đến 50m (164ft) phát triển thẳng, đôi khi có những loài trong điều kiện
sinh trưởng tốt có thể lên tới 75m, còn đường kính gần gốc có thể lên tới
30cm (12inches).
Chu kỳ sinh trưởng của đại đa số các loài tre vào khoảng từ tháng 3 đến
tháng 5 hàng năm, đây là thời kỳ phát triển chính, nó cần lượng ẩm lớn và
điều kiện nhiệt độ phù hợp cho từng loài (dao động trong khoảng 15oC - 210C,
lượng mưa trung bình năm nằm trong khoảng 600mm đến 1.800mm). Cũng
có những giống có thể sinh trưởng trong cả thời kỳ nhiệt độ hạ xuống thấp
(6oC - 100C) và lượng mưa trung bình năm dưới 600mm. Trong giai đoạn
phát triển chính các bụi tre phát triển thân rễ và sinh các chồi non (măng).
Nếu trong điều kiện khô hạn hơn thì nó sẽ có sự phân chia để phát triển, một
số được tập trung để phát triển thành cây tre, số còn lại sẽ dành để phát triển
vào mùa xuân năm tới. Trong thời gian đầu tre phát triển rất nhanh về chiều


12

cao, sau khoảng 1năm thì nó bắt đầu phát triển về cành lá, sau khoảng 3 năm
trồng thì tre có thể cho thu hoạch. Một bụi tre có thể cho thu hoạch liên tục từ
20năm - 30năm mà không cần phải trồng mới, và sản lượng có thể thu được
từ 27tấn/ha - 34tấn/ha (với những loại chủ yếu cho gỗ).
Điều kiện thổ nhưỡng: độ PH của đất trong khoảng 4,5 - 7 không cần nhiều
nước, nếu lượng muối lớn hơn 1% và khi độ PH > 8 thì cây phát triển không
tốt. Nó có thể trồng tại các vùng đồi núi dốc, hoặc các vùng có độ cao 800m
đến 1.200m so với mực nước biển. Các giống tre có thể phát triển tương đối

bình thường trên các vùng đất có điều kiện dinh dưỡng nghèo, hoặc sỏi đá.
Tre có thể được tìm thấy ở nhiều vùng khí hậu khác nhau từ vùng núi
đá lạnh tới các vùng có khí hậu nóng ẩm. Chúng trải khắp vùng Đông Á, từ
50 vĩ độ bắc ở Skhalin tới vùng bắc nước Úc, đông từ Ấn Độ sang Himalya.
Chúng cũng có mặt ở vùng nhỏ của sa mạc Sahara Châu Phi và ở Châu Mỹ
thì từ nam USA tới các nước Chi Lê , Argentina. Nơi không có sự xuất hiện
của tre bao gồm : Châu Âu, Tây Nam Á, Bắc Phi, Canada, Nam Cực. Có thể
quan sát phân bố miền sinh trưởng của tre trên bản đồ sau:

Tre phân bố dạng rừng
Vùng tre không sống
Vùng tre trồng rải rác

Hình 1.1: Sơ đồ phân bố tre trên thế giới [22]
Trung Quốc là nơi có nhiều giống tre nhất thế giới (2,7 triệu ha chiếm
tới 4% tổng diện tích đất rừng) với khoảng 44 giống và gần 400 loài khác
nhau, sau đó là Ấn Độ (gần 8,90 nghìn ha) tiếp đến là Mỹ, Nhật Bản, Hàn


13

Quốc, khu vực Đông Nam Á và các vùng Thái Bình Dương. Một số nhóm tre
thường gặp là: Bambusa, Chusquea, Dendrocalamus, Phyllostachys,
Giantochloa hoặc Schizostachyum.
Ở Việt Nam, có thể gặp tre nứa từ độ cao ngang mực nước biển ở các
làng xóm thuộc vùng Tây Nam Bộ hay trên các vùng đảo thuộc vịnh Hạ Long
và nơi có độ cao gần 3.000m trên dãy Hoàng Liên Sơn.
Dựa vào các đặc điểm sinh học và sinh thái, tại Việt Nam có thể chia các cây
họ nhà tre làm 2 nhóm. Nhóm mọc tản như trúc, vầu,…phân bố ở các vùng
núi cao có khí hậu lạnh, trên nhiều đỉnh núi như Tây Côn Lĩnh, Chư Yang

Sinh, Ngọc Lĩnh. Các cây thuộc nhóm này mọc tản tạo thành các vành đai khá
rộng. Nhóm thứ 2 là nhóm mọc cụm như tre gai, hóp, nứa, diễn, bương, mai,
lùng, lồ ô, thường mọc ở nơi có độ cao dưới 700m và được nhân dân trồng
nhiều quanh nhà, đường đi, ven sông suối. Nhiều loài tre mọc thành rừng
thuần loại hoặc mọc hỗn giao với các loài gỗ khác. Hiện nay theo thống kê
không đầy đủ thì tại Việt Nam có khoảng 789.221 ha rừng tre, nứa thuần loại
và 702.871 ha rừng tre, nứa hỗn giao [5]. Ngoài ra còn có hàng triệu cây tre,
nứa được trồng tại các hộ gia đình đã tạo nên nguồn dự trữ tre lớn cho Việt
Nam.
Theo thống kê chưa đầy đủ năm 2003 của cục Lâm nghiệp Việt Nam thì tại
Việt Nam hiện đang có khoảng 150 loài tre, nứa thuộc 29 chi.


14

Bảng 1.1: Một số giống tre thông dụng tại Việt Nam [5]
Tên khác là: Tre Mỡ, Tre Gai, Tre Hoa. Phân
Tre là ngà (Bamboosa

bố chủ yếu tại phía Bắc từ Hà Giang tới Huế.

Sinospinosa)

Thích nghi với độ cao khoảng 700m trên mực
nước biển.

Trúc sào (Phyllostachys
Edulis)

Trồng tập chung ở Hà Giang, Cao Bằng và một

số vùng có độ cao từ 400m tới 1400m so với
mực nước biển

Lộc ngộc (Bambusa

Tên khác là Tre Nghệ, trồng nhiều tại Bắc

Bicomiculata)

Trung Bộ và Trung Bộ.

Luồng (Dendrocalamus
Bartatus)
Lồ ô (Bambusa balcooa)

Còn gọi là Mạy Mén, Luồng Thanh Hoá... trồng
chủ yếu tại Thanh Hoá, Nghệ An, Cao Bằng các
vùng có độ cao 800m trên mực nước biển.
Phân bố từ Quảng Bình tới Lâm Đồng, sống
chủ yếu trên các vùng đồi cao.
Hay còn gọi là Vầu, Mùng có ở Thanh Hoá,

Lùng

Nghệ An, Sơn La trên các vùng đồi núi thấp.

Tre Tàu (Dendrocalamus

Tên khác là Tre Trinh, Điền Trúc, Bát Bộ. Tìm

Latiflorut)

thấy nhiều ở Nam Trung Bộ và Nam Bộ.

1.1.2. Cây Luồng Việt Nam
Luồng là một giống tre của Việt Nam có diện tích trồng lớn, có hình
dáng thẳng, thân to đây là loại tre được chọn để sản xuất sợi tre liên tục dạng
nan dùng cho sản xuất vật liệu polyme composite tre, nên trong khuôn khổ
luận văn này, tác giả sẽ đi sâu nghiên cứu loại tre này .
Luồng có tên sinh học là: Dendrocalamus Barbatus, họ Hoà ThảoPocaceae. Các tên khác: Luồng Thanh Hoá, Mạy Mèn, Mạy Sang Mú (Thái -


15

Tây Bắc); Mét (Thái và Kinh - Nghệ An). Thân ngầm mọc thành cụm, thân
nổi có chiều cao trung bình từ 15m - 18m, đường kính từ 15cm - 20cm, ngọn
cong hơi rủ, một số đốt gần gốc có vòng rễ mọc ký sinh, đốt có màu lục xẫm,
dài khoảng 26cm - 32cm, phần phẳng dẹt một phía không lông, phần trên có ít
phấn trắng. Bề dày vách thân 2cm - 2,5cm, vòng thân không nổi lên nhiều. Độ
dày mắt khoảng 1,5cm ở mắt và phía dưới vòng mo có vòng lông nhung màu
trắng. Trên một mắt có thể có nhiều cành, thông thường có 3 cành (1 cành
chính to khoẻ hơn, và 2 cành phụ nhỏ hơn). Bẹ mo rụng sớm, lúc đầu màu
vàng có phấn trắng và có lông gai màu nâu.
Luồng có thể mọc tự nhiên hoặc được trồng thành từng cụm ven sông Mã
thuộc tỉnh Sơn La (tại đây vẫn còn các vùng rừng luồng mọc tự nhiên chưa
từng được khai thác) các huyện phía tây tỉnh Thanh Hóa như Quan Hoá, Lang
Chánh, Bá Thước, Ngọc Lạc là vùng trồng luồng tập trung nhất (vì thế gọi là
luồng Thanh Hoá), nhưng luồng ở đây chủ yếu ở dạng trồng (với tổng diện
tích trồng là 50.000ha). Tới nay, luồng được trồng nhiều ở các vùng Bắc
Trung Bộ, và đã lan rộng ra các vùng phía Bắc và cả phía Nam. Các tỉnh

Nghệ An, Yên Bái, Hoà Bình là các tỉnh có diện tích trồng luồng nhiều sau
Thanh Hoá. Hiện nay tổng diện tích rừng Luồng tự nhiên trên cả nước là
5.888ha và diện tích rừng trồng là 107.727ha [4].
Điều kiện thuận lợi cho luồng sinh trưởng là vùng khí hậu nóng ẩm có nhiệt
độ trung bình 20oC, lượng mưa trung bình 2.000mm, độ ẩm không khí khoảng
87% và ở độ cao khoảng 800m so với mực nước biển, nơi đất bằng chân đồi
hoặc các vùng dốc dưới 300m. Một bụi luồng chuẩn có khoảng 30 - 40 cây và
mỗi năm có thêm 8 - 10 măng mọc thay thế. Luồng trồng khoảng 5 - 6 năm là
có thể khai thác. Thành phần chính của Luồng: Trong luồng có 56%
Cellulozo cao nhất trong tất cả các cây trong họ nhà tre đã khảo sát; 22,4%
Lignin; và Pentosa là 18,8%.


16

1.1.3. Cấu trúc sinh học của gỗ tre
Nếu ta thực hiện quan sát trên mặt cắt dọc và ngang thì có thể dễ dàng
thấy mỗi đốt tre là một thể đồng nhất bao gồm các bó xơ cellulose được xếp
song trục và gần như song song trong khối Lignin. Chiều dài của các bó xơ
tuỳ thuộc vào từng loài, ví dụ như loài Phylostachys Edulis xơ dài 1,5mm; Ph.
Pubescens 1,3mm; Oxytenanthera Nigrocilliata 3,6mm; D.membranaceus dài
4,3mm; ... Chiều dài của các xơ này là hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng đến
độ bền của ống tre.

Hình 1.2: Mặt cắt dọc của một đốt tre (L-T hoặc L-R)[19]
Trên mặt cắt ngang không qua mấu vách ống tre bao gồm 3 phần chính,
phần ngoài cùng được gọi là “Cật tre” phần tiếp theo là “Gỗ tre” phần trong
cùng là “Ruột tre”.

17

Hình 1.3: Mặt cắt ngang một phần đốt tre [19]
Ở đây dễ dàng quan sát thấy các bó mạch (phần có màu đen trên hình
1.3) được bao bởi lớp nhu mô (phần màu trắng). Các bó mạch này phân bổ
mật độ cao tại vùng cật tre, mật độ của các bó mạch giảm dần khi vào trong
lõi nhưng kích thước của các bó mạch này tăng lên tại phần ruột. Tập chung
chủ yếu khối lượng của một bó mạch gọi là mô cứng “ Sclerenchyma” bao
gồm rất nhiều các xơ Cellulose nhỏ, đảm nhận trách nhiệm tạo nên độ bền của
thân tre. Chuỗi các mao mạch (Conducting Tissue) đảm nhiệm vận chuyển
nước và các chất dinh dưỡng lấy từ đất phân phối lên các phần khác nhau của
cây. Phần Lignin bao quanh các bó xơ và các mao mạch được gọi là các mô
mềm (Parenchyma), đây là phần cấu trúc yếu trên thân tre.


18

Hình 1.4: Mặt cắt ngang của một bó mạch
Ngang qua phần thân, tỉ lệ các xơ tự nhiên cũng giảm dần từ phía ngoài
vào phía trong lõi, trong khi đó thành phần Lignin lại tăng lên, đồng thời do
sự thu hẹp của độ dày thành cell là kết quả làm yếu đi của phần trong của tre.
Theo kết quả nghiên cứu của Abd.Latif và Tarmeze [7] về đặc điểm giải phẫu
3 loại tre ở Malaysia từ 1 đến 3 năm tuổi cho thấy rằng số lượng các bó mạch
tập trung nhiều nhất tại phần ngọn của tre 2 năm tuổi có thể lên tới 365
(bó/cm2) và thấp nhất là phần giữa của cây 1 năm tuổi 132 (bó/cm2). Theo kết
quả của Xiaobo Li [15] thì có từ 50% - 80% số lượng bó xơ tập trung tại lớp
ngoài cùng, 10% - 35% ở lớp gỗ tre, và 10% - 20 % ở lớp trong cùng. Kết quả
tổng hợp theo bảng số liệu dưới đây:

19

Bảng 1.2: Số lượng bó xơ phân bổ theo các lớp và độ tuổi tre (bó/cm2)
Tuổi tre
(năm)

1

2

3

Độ cao

Lớp ngoài

Lớp gỗ

Lớp ruột

Gốc

346

174

105

Thân

344

232

153

Ngọn

392

279

214

Gốc

292

155

126

Thân

378

213

135

Ngọn

467

256

136

Gốc

298

175

117

Thân

369

193

146

Ngọn

458

295

148

Mấu tre có vai trò rất quan trọng trong tính chất của tre, nó như một
“thanh giằng” để tạo nên kết cấu bền vững trong khi cây tre chịu tác động của
lực uốn, lực nén và tạo ra khả năng khôi phục lại trạng thái ban đầu khi bỏ lực
tác dụng. Mấu tre có cấu tạo phức tạp hơn so với phần đốt tre, nó ảnh hưởng
khá nhiều đến tính chất của cây tre, ống tre, thanh tre chẻ và sợi tre. Đây
chính là đặc trưng khác biệt quan trọng giữa tre và các loại gỗ thông thường.
Mấu tre được chia làm hai phần: Phần xuyến bên ngoài và phần màng
ngăn bên trong. Chiều dài mấu tre chiếm khoảng 10% chiều dài đốt tre, mấu
tre có lượng Hemi cellulozo thấp hơn nhưng lượng khoáng chất, Pentosan,
Lignin và tro lại cao hơn so với phần đốt tre. Trong cấu trúc phân tử có sự đổi
hướng của các bó mạch tại vị trí của “Mấu tre”:


20

Hình 1.5: Sự thay đổi hướng của các bó mạch tại “Mấu tre”
Quan sát tại vị trí có mấu tre, dễ dàng thấy rằng các bó xơ chạy dọc theo chiều
thân cây, nhưng tới phần mấu tre lại có sự gián đoạn. Các bó xơ sát mặt ngoài
bị uốn cong làm cho vị trí mấu bị phình to hơn so với phần đốt.
Độ dày của vách ngăn tại mấu tre khoảng 2 - 3mm. Nếu cắt ngang thân tre,
tại phần ngoài cùng vành mấu thì các bó xơ chạy theo hướng tiếp tuyến, trong
khi các bó xơ tại nửa dưới lại chạy theo hướng tâm. Nhánh thứ hai của các bó
xơ nối phần ngoài với phần trong của các nhánh. Tại phần màng ngăn, thành
phần chủ yếu là Lignin và có rất ít các bó xơ nhưng các bó mạch này đều có
kích thước lớn và ngắn hơn so với tại phần đốt tre.
Do thành phần cấu trúc sinh học của gỗ tre gần tương tự như cấu trúc
của các loại gỗ thông thường nên các tính chất cơ học của tre cũng gần giống
như gỗ. Một điều khác biệt lớn giữa tre với các loại gỗ thông thường là với sự

tồn tại theo chu kỳ của các mấu tre trên thân, tính chất của tre cũng bị ảnh
hưởng theo chu kỳ mấu.


21

1.1.4. Thành phần hoá học của gỗ tre
Cũng giống như gỗ, thành phần hóa học của tre bao gồm 3 chất chính:
anpha - Cellulose, Hemi - Cellulose, và Lignin. Thành phần các chất này
chiếm đến 90% tổng khối lượng của tre. Các thành phần còn lại là nhựa,
Tanin, muối khoáng... So sánh với gỗ thì tre có lượng kiềm, tro và Silicat cao
hơn [11].
Ligno Cellulose là hỗn hợp bao gồm:
- Anpha Cellulose:
Là thành phần chính của tre, nó chiếm 40% - 50% khối lượng Ligno
Cellulose tre, nó là sự kết hợp của các chuỗi monome (C6H10O5)n với n
khoảng 10.000, nó là nguồn gốc chính tạo ra tính chất chủ yếu của tre.
- Hemi Celluloso:
Là các đường Saclozơ, cũng giống như Cellulose nó cũng có nhiệm vụ
nâng đỡ trong tường Cell của tre, nhưng yếu hơn do số nhóm đường chỉ có
khoảng 150 - 200 đơn vị. Theo nhiều nghiên cứu cho thấy thành phần này
không thay đổi nhiều giữa các cây trưởng thành và cây mới phát triển, hoặc
giữa các lớp trên mặt cắt ngang tre.
- Lignin:
Là các polyme của Phenyl Propan, chiếm 18% - 22% khối lượng của
Ligno Cellulose. Trên tre, lượng Lignin là không hề thay đổi, toàn bộ lượng
Lignin của tre được hoàn thiện trong một mùa sinh trưởng, sang các năm phát
triển tiếp theo thì lượng Lignin này sẽ phân bố giãn ra, tại các vị trí thấp sẽ có
hàm lượng Lignin lớn hơn khi lên cao. Thành phần Lignin góp phần tạo nên
khả năng toả nhiệt khi cháy và độ xốp nhẹ của tre.

Ngoài các thành phần đó thì trong Ligno Cellulose còn có thêm 2% 6% tinh bột ; 2% đường (C12H22O11) ; 2% - 4% chất béo ; 0,8% - 6% Protein.


22

Tro là một thuật ngữ hay dùng để chỉ các chất vô cơ như Silicat, các
muối Sunfat, Carbonat, hay các ion kim loại. Thành phần tro của tre thay đổi
theo độ tuổi cũng như vị trí của các lớp. Tro tập trung gần như toàn bộ ở phần
biểu bì, tre càng rắn thì hàm lượng tro càng cao. Lượng tro cũng có nhiều tại
phần mấu tre.
Bảng 1.3: Tỉ lệ một số thành phần chính của một số loại tre [12]
Ethanol
Loại tre

-

Tro

Lignin

Cellulose

Pentosan

toluene

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)
Phyllostachys
heterocycla
Phyllostachys
Nigra
Phyllostachys
Reticulata

4,6

1,3

26,1

40,1

27,7

3,4

2,0

23,8

42,3

24,1

3,4

1,9

25,3

25,3

26,5

1.1.5. Các đặc tính chủ yếu của gỗ tre
Tính chất cơ lý của tre được nhiều nhà khoa học trên thế giới tiến hành
nghiên cứu trên nhiều chủng loại tre phân bổ theo vùng miền. Các tính chất
cơ lý của tre phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: giống tre, điều kiện
sinh trưởng, thổ nhưỡng, khí hậu, phương pháp thu hoạch, độ tuổi, khối lượng
riêng, độ ẩm, vị trí trên thân, sự xuất hiện của mấu hay không có mấu....
Từ cấu trúc giải phẫu và thành phần hoá học của tre, ta dễ dàng thấy
rằng khối lượng riêng của tre chủ yếu phụ thuộc vào số lượng các bó xơ có
trong cấu trúc. Do điều kiện sinh trưởng khác nhau nên khối lượng riêng của


23

tre nằm trong khoảng từ 500kg/m3 tới 800kg/m3, cá biệt có thể lên tới gần
900kg/m3. So sánh với các loại gỗ thông thường thì khối lượng riêng của gỗ
tre thấp hơn không đáng kể (khối lượng riêng của gỗ cứng 940kg/m3).
Theo kết quả nghiên cứu về tính chất một số giống tre thông dụng của Việt
Nam như: Diễn Trứng, Vầu Đắng, Tre Gai, Mạy Sang [3] cho thấy:

Bảng 1.4: Khối lượng riêng của một số loại tre Việt Nam
Tên tre

Khối lượng riêng (kg/m3)

Độ ẩm cân bằng
(%)

Tre Gai

814 ± 17

14,82

Mạy Sang

769 ± 12

16,66

Diễn Trứng

881 ± 16

14,46

Vầu Đắng

690 ± 15

15,59

Sự phân bố các bó xơ cũng ảnh hưởng đến sự thay đổi khối lượng riêng
của các phần khác nhau của ống tre. Lớp ngoài cùng có sự tập trung cao của
các bó xơ có kích thước nhỏ nhưng lại chiếm khối lượng cao do phần diện
tích các khoang để dẫn chất dinh dưỡng nhỏ và tỉ lệ Lignin thấp.
Trung bình, khối lượng riêng của tre một năm tuổi thấp hơn nhiều so
với các cây tre trưởng thành từ 3 đến 5 năm tuổi. Sự khác biệt này chủ yếu là
do quá trình phát triển độ dày của thành vách tre, trung bình thì tỉ lệ này tăng
khoảng 58% từ tre 1 năm tuổi đến tre 3 năm tuổi.


24

Bảng 1.5: Tỉ trọng riêng trung bình của một số loại tre
tại các vị trí trên ống tre [14]
Năm tuổi

1 năm

2 năm

3 năm

Tọa độ dọc

Lớp cật

Lớp gỗ

Lớp ruột

Gốc

0,61

0,32

0,29

Giữa

0,63

0,33

0,29

Ngọn

0,63

0,34

0,32

Gốc

0,81

0,60

0,56

Giữa

0,82

0,61

0,55

Ngọn

0,84

0,60

0,55

Gốc

0,81

0,66

0,58

Giữa

0,82

0,66

0,59

Ngọn

0,84

0,63

0,58

Độ ẩm là yếu tố ảnh hưởng khá nhiều đến tính chất cơ lý của tre. Độ
bền nén và uốn của tre trong điều kiện tươi có tính chất khác nhiều so với tre
trong trạng thái sấy khô. Trên thân tre, tại mỗi phần khác nhau có độ ẩm khác
nhau. Ngay tại cùng một tọa độ dọc ống thì cũng có sự khác nhau về độ ẩm
giữa các lớp, lớp phía ngoài cùng có độ ẩm thấp hơn so với lớp gỗ và lớp ruột
của tre. Đối với các loại tre tươi hay măng non thì độ ẩm có thể là 100% đến
120% do tỉ lệ Lignin thấp và tỉ lệ tro cao hơn.
Độ co của tre là yếu tố quan trọng trong quá trình bảo quản và sử dụng
tre. Tre có độ co ngót khá cao, cả theo hướng tiếp tuyến và hướng tâm. Theo
các nghiên cứu [16] tre tươi sấy tới độ ẩm 20% thì độ co hướng tâm vào
khoảng 5,4 - 9,5% và tiếp tuyến là 6,4 - 20,1% . Một điều đặc biệt là độ co
dọc thân của tre là không đáng kể chỉ khoảng 0,5%. Độ co lớn và khác nhau
nhiều giữa các hướng chính là yếu điểm của tre trong quá trình sử dụng và


25

bảo quản tre. Khi bảo quản ống tre trong điều kiện quá khô thì xảy ra hiện
tượng nứt dọc theo ống và có thể tách ống tre thành nhiều phần nhỏ. Độ co
của tre không chịu ảnh hưởng nhiều của độ tuổi, nhưng nói chung các thân
khoảng 3 năm tuổi có độ ổn định tính chất cao hơn với các cây một năm tuổi.
Do thành phần cấu trúc của sinh học của gỗ tre gần tương tự như cấu
trúc của các loại gỗ thông thường nên các tính chất cơ học của tre cũng gần
giống như gỗ. Một điều khác biệt lớn giữa tre với các loại gỗ thông thường là
với sự tồn tại theo chu kỳ của các mấu tre trên thân, tính chất của tre cũng bị
ảnh hưởng theo chu kỳ mấu.
Khi thực hiện kiểm tra độ bền kéo đứt của tre người ta nhận thấy rằng
độ bền của phần ống tre cao hơn nhiều so với các loại gỗ thông thường. Độ
bền kéo đứt của tre khác nhau nhiều giữa các lớp theo hướng kính. Theo
nghiên cứu của Karamchandani [14] về ảnh hưởng của cấu trúc tre tới độ bền,
thì độ bền kéo đứt của tre lớp ngoài cùng từ 100N/mm2 tới 335N/mm2, còn
với lớp trong cùng chỉ nằm trong khoảng 150N/mm2 tới 160N/mm2. Theo
nghiên cứu của Prawirohatmodjo [17] về một số loại tre của Indonexia (như:
B. Arundiacea, B. Vulgrus, D. Asper …) trong các trạng thái tươi và sấy khô
lần lượt là: 279N/mm2 và 315N/mm2. Đáng chú ý là với sự xuất hiện của
phần mấu tre với cấu trúc xốp và cứng lại là nguyên nhân làm giảm độ bền
kéo của tre, tại đây độ bền chỉ nằm trong khoảng 54N/mm2 tới 90N/mm2 .
Nhờ các xơ phân bố thành bó chạy theo chiều dọc thân, nên khi chịu
tác động của tải trọng vuông góc với trục ống tre thì xảy ra hiện tượng nứt dọc
theo ống tre. Các vết này mở rộng dần khi tải trọng tăng lên. Nhưng tại các vị
trí có mấu, do có sự đổi hướng của các bó xơ tại mấu nên tạo ra lực cản làm
hạn chế sự nứt dọc. Khi chịu tải thì lớp bên ngoài cùng chịu tải trọng nhiều
nhất và nó giảm dần vào trong [14]. Theo nghiên cứu các trạng thái nén và
đàn hồi của một số loại tre của Atrod tại ba vị trí: đốt tre không mấu, đốt có