Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng keo và chất lượng chống cháy đến chất lượng ván LVL chậm cháy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

BÙI MINH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG KEO VÀ
LƯỢNG CHẤT CHỐNG CHÁY ĐẾN CHẤT LƯỢNG
VÁN LVL CHẬM CHÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đồng Nai, 6 - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

BÙI MINH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG KEO VÀ
LƯỢNG CHẤT CHỐNG CHÁY ĐẾN CHẤT LƯỢNG
VÁN LVL CHẬM CHÁY

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ
GỖ GIẤY
MÃ SỐ: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
NGƯT.PGS.TS. TRẦN VĂN CHỨ

Đồng Nai, 6 - 2012


1

MỞ ĐẦU
Tài nguyên thiên nhiên là vô tận hay hữu hạn? Đến bây giờ con người đã
bắt đầu hiểu ra rằng sự khai thác và tàn phá quá mức các nguồn tài nguyên
thiên nhiên, làm cho nguồn tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt dần, nhất là tài
nguyên rừng. Chính vì thế con người đã và đang phải gánh chịu những trừng
phạt của thiên nhiên.
Một trong những nguồn tài nguyên thiên nhiên quí giá, đó chính là rừng.
các cánh rừng già được khai thác triệt để, do nhu cầu về gỗ cho cuộc sống của
con người ngày một gia tăng cả về số lượng và chất lượng đã làm cho nguồn
gỗ tự nhiên có tính chất cơ lí cao không còn nhiều. Mặt khác, do quan niệm
của con người thay đổi, gỗ đã trở thành một loại vật liệu đặc biệt, có giá trị
kinh tế cao và đang được nhiều người quan tâm. Theo quan niệm của nhiều
người, nhà làm càng nhiều vật liệu và đồ dùng gia dụng bằng gỗ chứng tỏ chủ
nhà càng giàu có, sành điệu.
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, trong khi nguồn rừng
gỗ già tự nhiên ngày càng cạn kiệt, các nhà khoa học nghiên cứu sử dụng gỗ
rừng trồng, gỗ rừng mọc nhanh hoặc sử dụng hỗn hợp các loại nguyên liệu
(đặc biệt là các phế liệu nông nghiệp, lâm nghiệp) trong các công nghệ sản
xuất các loại ván nhân tạo và trong những năm gần đây, ván nhân tạo đang
dần là loại vật liệu góp phần thay thế cho gỗ tự nhiên và được sử dụng rộng

rãi trong đồ mộc, xây dựng, kiến trúc… Hiện nay, con người đã tạo được các
loại ván nhân tạo có những tính chất vật lý, cơ học đặc biệt (cách âm, cách
nhiệt, chịu nước, độ bền cơ học cao…) nhưng có giá thành thấp.
Một trong những loại ván nhân tạo có ứng dụng thực tế rất rộng rãi trong
xây dựng và dân dụng đó là ván LVL (Laminated Venner Lumber). Ván
LVL ra đời trên cơ sở sản xuất ván dán, nó có ưu điểm là có khả chịu lực,


2

chịu mài mòn vượt trội so với gỗ tự nhiên. Chính vì vậy ván LVL được sử
dụng để làm các chi tiết chịu lực, trong xây dựng và trong sản xuất đồ mộc.
Trong qui trình sản xuất ván LVL, chúng ta phải pha trộn thêm một số
loại chất chống cháy, chất chống ẩm, … để làm cho giá trị sự dụng của ván
LVL được nâng cao. Tuy nhiên, với tỉ lệ của các loại hóa chất như thế nào, để
ván LVL vừa có nhiều tính năng tốt (có khả năng chống ẩm, chống cháy…)
nhưng lại không ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của ván? Được sự đồng ý của
Trường Đại học Lâm nghiệp và Khoa Đào tạo Sau đại học, tôi tiến hành thực
hiện luận văn:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng keo, lượng chất chống cháy
đến chất lượng ván LVL chậm cháy”.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Gỗ, một vật liệu không thể thiếu trong cuộc sống con người. Gỗ được sử
dụng trong hầu hết các lĩnh vực: xây dựng, trang trí nội thất. Trong khi nhu

cầu sử dụng gỗ ngày càng tăng, gỗ rừng tự nhiên phát triển không kịp do đó
ngày càng khan hiếm. Chính vì vậy, gỗ tự nhiên không thể đáp ứng được với
nhu cầu sử dụng của xã hội. Để đáp ứng nhu cầu sử dụng gỗ, con người phải
tận dụng tất cả các phần của cây gỗ thậm chí cả phụ phẩm của quá trình chế
biến gỗ để làm ván nhân tạo.
Lửa, đóng vai trò rất quan trọng, nó cần thiết cho con người trên nhiều
lĩnh vực. Tuy nhiên, lửa cũng là hiểm họa của con người, chúng ta có thể ví
lửa như một loại giặc. Nếu có hỏa hoạn xảy ra thì thông thường, hậu quả mà
nó để lại rất khủng khiếp, có thể gây thiệt hại rất lớn về con người và của cải
vật chất nếu công tác phòng cháy và chữa cháy không được chuẩn bị tốt.
Theo Cục Cảnh sát phòng cháy và chữa cháy, tính từ ngày 01-12-2007
đến ngày 25-11-2008, cả nước đã xảy ra 1963 vụ cháy, trong đó 1.704 vụ
cháy ở cơ sở và nhà dân, 259 vụ cháy rừng, làm chết 52 người, bị thương 195
người, về tài sản ước tính 603 tỉ đồng và 1.500,67 ha rừng. Năm 2009 trên cả
nước đã xảy ra gần 2.000 vụ cháy, trong đó có gần 1.700 vụ cháy cơ sở, nhà
dân và 271 vụ cháy rừng, làm 62 người chết, 145 người bị thương, gây thiệt
hại về tài sản trị giá hơn 500 tỷ đồng và 1.373 ha rừng. Năm 2010, cả nước
xảy ra 2.231 vụ cháy làm 60 người chết, 180 người bị thương, thiệt hại về tài
sản lên tới 617 tỷ đồng và 2.543 ha rừng. Riêng 9 tháng đầu năm 2011 cả
nước xảy ra 1.143 vụ cháy, làm chết 45 người, bị thương 129 người; thiệt hại
về tài sản ước tính trị giá 360 tỷ đồng; xảy ra 173 vụ cháy rừng, gây thiệt hại


4

2.120 ha rừng. Qua một vài con số, chúng ta thấy tổn thất do hỏa hoạn gây ra
thật khủng khiếp.

Hình 1.1.

Hình 1.2.

Gỗ tự nhiên là loại vật liệu rất dễ bắt lửa và phát cháy. Khi gỗ tự nhiên
ngày càng khan hiếm, gỗ ván nhân tạo được sản xuất ngày càng nhiều để đáp
ứng như cầu sử dụng gỗ của xã hội, đặc biệt là ván LVL.
Khi gỗ tự nhiên trộn thêm một lượng keo (hóa chất) thì thông thường
quá trình cháy xảy ra sẽ mãnh liệt hơn gỗ tự nhiên. Với sự phát triển của khoa
học kỹ thuật, ngày nay con người đã áp dụng nhiều biện pháp để phòng cháy
và chữa cháy, tuy nhiên để giảm thiệt hại do cháy gây ra là phải áp dụng biện
pháp phòng cháy, tránh để xảy ra cháy, đó chính là việc nghiên cứu chế tạo và
sản xuất ra nhiều vật liệu không cháy hoặc rất chậm cháy và cuối cùng là


5

nâng cao năng lực của các đơn vị cứu hỏa. Để hạn chế tới mức thấp nhất
những thiệt hại khi có hỏa hoạn xảy thì các vật liệu chống cháy, chậm cháy là
cách thức hữu hiệu để chống lại sự cháy hoặc ức chế các quá trình cháy, đảm
bảo an toàn cho các công trình.
Đối với gỗ tự nhiên, người ta dùng các biện pháp phun, quét, hoặc ngâm
tẩm chất chống cháy. Đối với ván LVL chậm cháy là ván được ép từ các lớp
gỗ mỏng được tráng keo lại với nhau và chất chậm cháy được quét phủ bên
ngoài hoặc được trộn vào keo với tỉ lệ nhất định làm cho ván có khả năng
chậm cháy.
Từ những thực tế và lý luận đó, ta có thể thấy tầm quan trọng của việc
nghiên cứu ra ván nhân tạo chậm cháy nói chung và ván LVL nói riêng. Việc
nghiên cứu chống cháy cho các vật liệu sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển
nhiều ngành liên quan đến vật liệu gỗ như xây dựng, trang trí nội thất, đồ mộc
gia dụng…
Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu làm chậm cháy cho ván

nhân tạo và đã đạt được những kết quả nhất định. Nhưng vì bí mật công nghệ
mà trong các tài liệu khoa học người ta không công bố các loại hóa chất, điều
kiện và tỷ lệ dùng để sản xuất ván LVL chậm cháy, mà chỉ công bố một ít
thông tin chung chung về công nghệ sản xuất ván LVL chậm cháy.
Để đạt hiệu quả cao trong việc chống cháy, ta phải pha trộn chất chống
cháy vào trong vật liệu trong quá trình sản xuất ván. Tuy nhiên, khi pha trộn
chất chống cháy vào vật liệu, vô tình ta đã làm giảm khả năng liên kết giữa
các vật liệu với nhau. Khả năng chậm cháy của ván LVL chỉ là một trong
những thông số kỹ thuật của ván LVL. Do vậy, không phải ta cứ pha trộn thật
nhiều lượng chất chống cháy ta sẽ có được ván có chất lượng tốt, đạt yêu cầu
trong xây dựng, trang trí nội thất, đồ mộc gia dụng…


6

Việc nghiên cứu để xác định tỉ lệ lượng keo và lượng chất chống cháy
làm ảnh hưởng đến chất lượng ván LVL và xác định được tỉ lệ tối ưu là một
việc làm rất cần thiết và có ý nghĩa thực tế cao.
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
So với nhiều ngành công nghiệp khác trên thế giới, ngành công nghiệp
sản xuất ván LVL là loại hình ván nhân tạo xuất hiện muộn hơn. Năm 1944,
R.F.Luxford - một người Mỹ - đã sản xuất ra một loại ván tương tự như gỗ xẻ
để chế tạo cánh quạt máy bay. Một thời gian sau đó, người Mỹ đã sử dụng
các loài gỗ có đường kính nhỏ để sản xuất ván LVL thay thế cho gỗ xẻ.
Ngành công nghiệp sản xuất ván LVL mới chỉ thực sự phát triển từ cuối thế
kỷ 20 và đã phát triển với một tốc độ nhanh chóng từ những năm 80 trở lại
đây. Sau trận động đất năm 1989 tại Sanfrancisco, người ta đã chứng kiến
được độ bền của ván dán và các vật liệu sản xuất từ ván mỏng khác. Chính vì
vậy, nhu cầu sử dụng ván dán trong ngành xây dựng tăng mạnh.

Ngành công nghiệp ván LVL phát triển mạnh và được sử dụng rộng rãi
vì những ưu điểm vượt trội sau:
 Công nghệ sản xuất ván LVL dễ cơ giới hoá, tự động hoá từ đó cho
năng suất, chất lượng cao, ổn định và quá trình sản xuất có thể kiểm soát và
điều khiển được các tính chất của ván tuỳ theo mục đích sử dụng.
 Sản xuất được ván có kích thước lớn có chiều dầy từ 27 75mm,
chiều rộng lớn nhất 1,8m, dài tối đa 23m, (trên lý thuyết là vô hạn) khắc phục
được hạn chế đường kính, chiều cao cây gỗ và các khuyết tật của gỗ.
 Sản phẩm vấn LVL đáp ứng được yêu cầu của nhiều ngành, nhiều
lĩnh vực khác nhau.
Ván LVL đã thể hiện ưu thế vượt trội so với gỗ xẻ về mọi phương diện
từ khả năng chịu lực đến kích thước ván. Ván LVL có khả năng chịu lực uốn


7

(do đó được sử dụng làm dầm, xà… trong xây dựng), chịu mài mòn theo
chiều dọc (dùng làm các chi tiết chịu lực dọc như con thoi trong công nghệ
dệt…).

Hình 1.3. Khung nhà làm bằng ván LVL

Hình 1.4. Khung và mái nhà làm bằng ván LVL


8

Hình 1.5. Cầu thang làm bằng ván LVL
LVL có xuất xứ từ Bắc Mỹ, ở đó có hàng chục nhà máy LVL trong khi
tại Âu Châu chỉ có một vài nhà máy ở Phần Lan, Thụy Điển. Nhà máy Kerto

(Phần Lan) có công suất 100.000 m3/năm, nhà máy Malarphy (Thụy Điển) có
công suất 20.000 m3/năm. Sản lượng ván LVL trên thế giới năm 1991 đạt gần
8 triệu m3, năm 2002 đạt xấp xỉ 30 triệu m3.
Ván LVL được sử dụng chính trong kiến trúc và xây dựng dưới dạng:
dầm xà, khung chịu lực, cột chống, mái nhà, vách ngăn, bậc cầu thang, cánh
cửa, khung cửa, ghế ngồi trong sân vận động. Một phần đáng kể khác được sử
dụng trong giao thông vận tải như: sàn tàu, container, xây dựng cầu đường.
Phần còn lại được sử dụng để sản xuất các sản phẩm gia dụng như bàn, ghế,
giường, tủ, hoặc các dụng cụ thể thao…
Làm thế nào để cho gỗ trở nên khó bắt lửa hoặc khi rời khỏi nguồn lửa
nó có thể tự tắt? Đó chính là câu hỏi làm nhiều nhà khoa học quan tâm. Làm
tăng khả năng chống cháy của bản thân gỗ hoặc ngăn cản khả năng bắt lửa
của gỗ là vấn đề được nhân loại quan tâm chú ý từ rất sớm. Vào năm 83 trước


9

công nguyên, lô cốt bằng gỗ dùng để bao vây tấm cổng cảng Piraeus của Hy
Lạp đã được xử lý bằng dung dịch muối sunfat kép để làm cản trở sự bắt
cháy. Đây là kỹ thuật làm chậm cháy cho gỗ đầu tiên được sử dụng trong lịch
sử nhân loại.
Năm 1907, MgO, MgCl2, MgBr2 được đưa vào trong các loại ván, ván
có thành phần halogen thể hiện tính chống cháy rõ rệt và nhóm halogen được
công nhận là những chất làm cho ván có khả năng chống cháy.
Năm 1940, hãng Bankroft đã công bố một số chất chống cháy vô cơ
(muối bazơ), Z.A. Rogovin đã tạo ra các chất chống cháy hữu cơ (chất
cloparaffin). Năm 1953, Anon đã đưa ra một số chất chống cháy vô cơ (nhóm
Bo, hợp chất kim loại). Năm 1960, S.M.Gorxin đã công bố các chất chống
cháy vô cơ (chất chống cháy hệ P-N, nhóm halogen).
Các nhà khoa học Liên xô (cũ) đã công bố chất chống cháy axít

photphoric đa tụ. Chất này được tạo ra từ các phản ứng của urê, mêlamin với
axít photphoric và chất chống cháy này được sử dụng nhiều trong việc xử lý
các loại vải chống cháy, ván nhân tạo.
Vào thập kỷ 70 của thế kỷ 20, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra
các loại keo kí hiệu (U.D.PF), MDPF, H3PO4.PFAC, H3BO3.MFAC,
H3PO4.MFAC có khả năng chống cháy. Hợp chất đa tụ nhóm P-N, chất chống
cháy ký hiệu (A-PP) có công thức phân tử (NH4)n+2PnO3n+1, là một hợp chất
có khả năng chống cháy tốt, tan trong nước 0,1  6% cũng được chế tạo và sử
dụng thử nghiệm trong thời gian này.
Hiện nay, các chất chống cháy có chứa photpho và Bo đang được sử
dụng phổ biến trong công nghệ sản xuất ván dăm, ván sợi. Ngoài khả năng
chống cháy, các hợp chất này còn có khả năng chống mối, mọt.
Do tính chất quan trọng của việc chống cháy cho các sản phẩm từ gỗ,
các nhà khoa học nước ngoài đã rất chú trọng đến nghiên cứu ván nhân tạo


10

chậm cháy. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học nước
ngoài cũng chỉ là tài liệu để chúng ta tham khảo, để tạo ra ván LVL chậm
cháy sử dụng các nguồn nguyên liệu trong nước cần phải có những công trình
nghiên cứu cụ thể để phù hợp với từng loại nguyên liệu sẵn có ở trong nước.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ngành công nghiệp sản xuất ván LVL mới được phát triển Việt Nam,
ván LVL có thể sản xuất được ở các nhà máy ván dán thông thường. Do đó,
các nhà máy ván dán hiện nay ở nước ta có thể sản xuất được ngay ván LVL.
Trên cả nước hiện nay, có các cơ sở ván dán lớn như:
 Nhà máy gỗ Cầu Đuống, công suất 6.000 m3gỗ tròn/năm
 Nhà máy gỗ Đồng Nai, công suất 5.000 m3gỗ tròn/năm
 Nhà máy gỗ Thanh Hoá, công suất 2.000 m3gỗ tròn/năm

 Nhà máy gỗ KonTum, công suất 10.000 m3gỗ tròn/năm
 Nhà máy gỗ Tân Mai, công suất 10.000 m3gỗ tròn/năm
 Nhà máy gỗ Khánh Nguyên (Bình Dương), công suất 20.000 m3gỗ
tròn/năm
 Nhà máy gỗ Đông Hà (Quảng Trị) với công suất 40.000 m3 gỗ
tròn/năm.
Trong những năm gần đây, nhận thức được tầm quan trọng của công
tác phòng cháy chữa cháy (PCCC), chính phủ đã tạo điều kiện cho các nhà
khoa học của trường đại học PCCC, cục PCCC và Viện An Toàn Lao Động
nghiên cứu về phương pháp chữa cháy và vật liệu chống cháy. Tuy nhiên, các
công trình nghiên cứu cũng chủ yếu là chữa cháy, còn phòng chống cháy nói
chung và phòng chống cháy cho gỗ và các sản phẩm từ gỗ nói riêng, thì rất ít.
Công trình đầu tiên nghiên cứu về vật liệu gỗ chậm cháy đó là công trình
“Nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy” của PGS – TS. Trần Văn Chứ. Tác giả


11

đã nghiên cứu khá đầy đủ về động học quá trình cháy ván dăm, phương pháp
tạo ván dăm chậm cháy, sự ảnh hưởng về tỷ lệ chất chống cháy, tỷ lệ chất
chống ẩm đến tính chất của ván dăm. Và đặc biệt là tác giả đã đưa ra được
những công thức pha chế chất chống cháy phù hợp, đáp ứng được yêu cầu là
không làm ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lý của ván và có khả năng ngăn
cản cháy có ngọn lửa, cháy có khói và cháy lan tỏa. Tác giả đã thử nghiệm 3
cách thức pha chế hóa chất:
1. H3BO3 (50%) và Na2B4O7.10H2O (50%)
2. Na2HPO4.12H2O (55%) và (NH4)2HPO4 (10%)
3. Chất amoniphotpho từ H3PO4 và Urê (NH2)2CO.
Cách thức pha chế 2 có khả năng ngăn cản cháy tốt nhất, tuy nhiên cách
thức pha chế 3 ít ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của ván, giá thành thấp nhất,

không độc hại và khả năng chống cháy đáp ứng được yêu cầu, phù hợp với
điều kiện sản xuất ván dăm ở nước ta.
Ngoài ra, đã có một số nhà khoa học nghiên cứu và đưa ra các kết quả
nghiên cứu trong các công trình nghiên cứu về quá trình cháy của gỗ ở Việt
Nam, đó là các công trình của các nhà khoa học: GS-TS Hà Chu Chử, PGSTS. Hoàng Thúc Đệ, TS. Nguyễn Cảnh Mão. Các nghiên cứu đó đều thuộc về
công nghệ sấy gỗ và hoá lâm sản.
Thông tin trên mạng internet, các công ty sản xuất và cung ứng sản
phẩm ván nhân tạo có thông tin trên mạng hầu như của tất cả các công ty ở
nước ngoài. Số lượng công ty sản xuất ván nhân tạo ở nước ta có thông tin
trên internet hầu như là không có, chỉ có một vài công ty Việt Nam nhưng chỉ
là phân phối sản phẩm cho các công ty Trung quốc.
Qua các phân tích ở trên, có thể nhận thấy rằng có rất ít đề tài nghiên
cứu về ván nhân tạo chậm cháy ở nước ta, đặc biệt là ván LVL. Do đó cần có
thêm nhiều công trình nghiên cứu về ván nhân tạo chậm cháy nói chung và


12

ván LVL chậm cháy nói riêng nhằm nâng cao chất lượng và giá trị của sản
phẩm ván nhân tạo của nước ta.
1.2.3. Nhận xét chung
Theo các nghiên cứu của các nước trên thế giới (Mỹ, Đức, Phần Lan,
Thuỵ Điển, Nhật Bản, Trung Quốc…), đã có những nghiên cứu về công nghệ
sản xuất ván LVL chậm cháy. Tuy nhiên, các công bố hầu như chỉ có giá trị
tham khảo và những thông tin hết sức chung chung, không thể áp dụng những
thông tin được công bố đó vào sản xuất ván LVL của nước ta.
Ở Việt Nam cũng đã có một số công trình nghiên cứu về ván LVL
chậm cháy, tuy nhiên mới chỉ nghiên cứu ở một số chất chống cháy và
phương pháp tạo ván dăm chậm cháy nhất định. Việc tiếp tục nghiên cứu về
ván LVL chậm cháy là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.

Do đó, hướng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu ảnh hưởng của
lượng keo và lượng chất chống cháy đến chất lượng ván LVL chậm cháy. Tạo
ra ván LVL chậm cháy có các tính chất cơ học, vật lý đáp ứng được yêu cầu
sử dụng trong xây dựng, trang trí nội thất, đồ mộc gia dụng…
1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
1.3.1. Mục tiêu lý thuyết
 Đánh giá được mức độ ảnh hưởng của lượng keo, lượng chất chống
cháy (tỉ lệ pha trộn) đến một số tính chất vật lý, cơ học và khả năng chậm
cháy của ván LVL chậm cháy.
 Nghiên cứu tạo ra được ván LVL chậm cháy đáp ứng được yêu cầu
kỹ thuật của ván LVL dùng trong hàng mộc, xây dựng và trang trí nội thất.
1.3.2. Mục tiêu thực tiễn
Tìm ra các thông số công nghệ (lượng keo tráng, lượng chất chống
cháy) hợp lý, các giải pháp công nghệ tạo ván LVL chậm cháy phù hợp khi


13

sản xuất ván LVL chậm cháy trong điều kiện công nghệ và sản xuất của Việt
Nam.
1.4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Công nghệ tạo ván LVL chậm cháy và keo Urea-Formaldehyde. Gỗ
dùng trong nghiên cứu là gỗ Keo tai tượng.
1.5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 Nghiên cứu xác định chất lượng của ván mỏng gỗ Keo tai tượng
dùng trong sản xuất ván LVL chậm cháy.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng keo tráng đến chất lượng ván LVL
chậm cháy.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chất chống cháy đến chất lượng
ván LVL chậm cháy.

 Đề xuất quy trình công nghệ tạo ván LVL chậm cháy từ gỗ Keo tai
tượng trong điều kiện công nghệ sản xuất của Việt Nam.
1.6. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.6.1. Các yếu tố cố định
 Loại keo dán: U-F.
 Loại chất chống ẩm: paraffin.
 Chất chống cháy: Borat (Na2B4O7.10H2O) và boric (H3BO3). Tỷ lệ
hỗn hợp của borat và boric là 1:1 (theo khối lượng).
 Các thông số chế độ ép được cố định như sau: Nhiệt độ 1300C; áp
suất ép 15kG/cm2; thời gian ép 60 phút. Giải pháp ép ván là 01 lần.
 Gỗ dùng trong thí nghiệm là gỗ Keo tai tượng (tên khoa học: Acacia
mangium Willd).
 Chiều dày ván mỏng ướt là 1,8mm. Số lớp ván mỏng là 15 lớp. Các
lớp ván được xếp song song theo một theo nguyên tắc mặt phải - mặt phải.


14

Yêu cầu độ ẩm ván mỏng sau khi sấy là 10%, độ ẩm của ván mỏng sau khi
tráng keo là 20%.
1.6.2. Các yếu tố thay đổi
- Lượng keo tráng thay đổi theo các mức: 160, 170, 180, 190, 200 g/m2
(chỉ quét một mặt của ván mỏng).
- Lượng chất chống cháy thay đổi theo các mức: 2, 4, 6, 8, 10% (so với
lượng keo khô kiệt).
1.7. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.7.1. Phương pháp chuyên gia
Phương pháp chuyên gia được sử dụng khi điều tra, khảo sát nghiên cứu
về hiện trạng công nghệ sản xuất ván dán. Các tư liệu, tài liệu có tính lịch sử,
tài liệu cung cấp các thông tin tổng quan về kinh tế xã hội, tự nhiên thuộc các

vùng lãnh thổ và các kết quả nghiên cứu có liên quan đã được xuất bản.
1.7.2. Phương pháp kế thừa
 Kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ sản
xuất ván dán thông dụng và ván dán chậm cháy.
 Ngoài ra phương pháp này còn tìm hiểu và lựa chọn để kế thừa những
yếu tố công nghệ thích hợp phù hợp với mục đích nghiên cứu của đề tài nhằm
rút ngắn được thời gian và kinh phí nghiên cứu.
1.7.3. Phương pháp thực nghiệm
Mục đích của kế hoạch đa yếu tố là nghiên cứu sự ảnh hưởng của lượng
keo tráng, lượng chất chống cháy đến các tính chất vật lý, cơ học của ván dán
từ gỗ Keo tai tượng.
Có rất nhiều yếu tố công nghệ tham gia vào quá trình sản xuất sản phẩm.
Tuy nhiên, dựa trên tính điều khiển được, khả năng tác động mạnh đến chất
lượng, năng suất, giá thành của quá trình sản xuất của các yếu tố, chúng tôi
lựa chọn các yếu tố nghiên cứu như sau:


15

- Lượng keo tráng N (g/m2): mã hóa (X1)
- Lượng chất chống cháy C (%) : ký hiệu (X2)
Các chỉ tiêu chất lượng đầu ra của ván LVL chậm cháy theo tiêu chuẩn
GB 9846.8-88 và GB 9846.9-88 như sau: độ bền uốn tĩnh u=Y113MPa, độ
bền kéo trượt màng keo KT=Y2  0,7MPa, tỷ lệ tổn thất khối lượng ván dán
<20%; tỷ lệ trương nở chiều dày TS = Y3 8%.
1.7.3.1 Phương pháp thực nghiệm
Quy hoạch thực nghiệm là phương pháp nghiên cứu khi ta không có đầy
đủ thông tin về đối tượng và phải thực nghiệm để xây dựng mô hình. Theo
nghĩa rộng thì quy hoạch thực nghiệm là tập hợp các tác động nhằm đưa ra
chiến thuật làm thực nghiệm, từ giai đoạn đầu tiên đến giai đoạn kết thúc của

quá trình nghiên cứu đối tượng.
Cơ sở toán học nền tảng của lý thuyết quy hoạch thực nghiệm là toán học
thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi
quy.
Đối tượng nghiên cứu của quy hoạch thực nghiệm trong các ngành kỹ
thuật là một quá trình, một cơ cấu hoặc một hiện tượng có những tính chất,
đặc điểm chưa biết cần nghiên cứu.
Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm: không lấy toàn bộ
các trạng thái đầu vào, phức tạp dần mô hình toán học, đối chứng nhiễu, ngẫu
nhiên hóa, tối ưu.
Ưu điểm của phương pháp này là các thí nghiệm dễ dàng tiến hành, đối
tượng nghiên cứu đa dạng, chúng ta chỉ quan tâm đến các yếu tố đầu vào và
yếu tố đầu ra. Ngoài ra ta có thể khống chế các yếu tố đầu vào hoặc làm giảm
sự ảnh hưởng của các yếu tố khác tác động tới, số lần thí nghiệm ít, tiết kiệm
được thời gian cũng như chi phí, phương pháp này có thể xây dựng phương
pháp hồi quy rất thuận tiện cho việc khảo sát kết quả tìm phương pháp tối ưu.


16

Nhược điểm của phương pháp quy hoạch thực nghiệm là tính toán và xử
lý số liệu khá phức tạp. Tuy nhiên, vấn đề này có thể nhờ sự hỗ trợ của các
phần mềm máy tính để giải quyết một cách nhanh chóng và dễ dàng.
Từ các ưu nhược điểm trên, trong đề tài này chúng tôi chọn phương pháp
quy hoạch thực nghiệm cho quá trình nghiên cứu và phương trình hồi quy có
dạng tổng quát như sau :
n

n

n

j 1

i j

j 1

Y j  b0   b j .x j   bij .xi .x j   b jj .x j

2

Trong đó: Y j : các yếu tố đầu ra
x j : các yếu tố đầu vào

b0, bij, bjj : các hệ số cần xác định
n: số yếu tố đầu vào
Bố trí thí nghiệm gồm 3 loại thí nghiệm :
+ Loại 1: Gồm N1 = 2n thí nghiệm toàn phần. Yêu cầu phải đảm bảo tính
được các hệ số hồi quy tuyến tính b j và tương tác cặp đôi bij . Tác động
của chúng không bị trộn lẫn với nhau.
+ Loại 2: Gồm No (No >= 1) thí nghiệm ở tâm miền quy hoạch, tại đó giá
trị mã của các thông số bằng 0.
+ Loại 3: Nα = 2n thí nghiệm bố trí trên các trục tọa độ, cách gốc tọa độ
một đoạn α > 0 sao cho ma trận x trực giao, tức là ta lấy xj = ± α
Tổng số thí nghiệm cần tiến hành: N = N1 + Nα + no = 2n + 2n + no
Với n = 2 ta có:
+ N1= 2n = 4: số thí nghiệm tuyến tính
+ Nα = 2n = 4: số thí nghiệm tại điểm sao ± α
+ no= 1: số thí nghiệm tại tâm

Số thí nghiệm cần tiến hành: N = 4 + 4 + 1 = 9 (thí nghiệm)


17

Mức và bước thay đổi các thông số thí nghiệm trình bày ở Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Mức, bước thay đổi các thông số thí nghiệm
Giá trị thực
Các mức

Giá trị mã

X1 (Lượng keo tráng
g/m2) – C

X2 (Lượng chất chống
cháy %) – N

+

200

10

Mức trên

+

190

8

Mức giữa

0

180

6

Mức dưới

–

170

4

Mức sao dưới

–

160

2

Khoảng biến thiên

∆l

10

2

Mức sao trên

Có thể diễn tả mô hình khối bài toán tối ưu trong nghiên cứu thực
nghiệm tạo ván dán theo sơ đồ ở hình 1.3.
X1 – Lượng keo tráng (g/m )
2

HỘP ĐEN

Y1-Tỷ lệ trương nở chiều dày (%)
Y2-Độ bền uốn tĩnh (KG/cm2)
Y3-Độ bền kéo trượt màng keo (KG/cm2)

X2 – Lượng chất chống cháy (%)
Y4- Tỷ lệ tổn thất khối lượng (%)

Hình 1.6. Mô hình bài toán xác định các thông số tối ưu tạo ván LVL
Phương pháp thực nghiệm tiến hành theo hoạch định quay bậc hai với
hai yếu tố đầu vào. Số thí nghiệm cần tiến hành là 9 thí nghiệm và mỗi thí
nghiệm được lặp lại 15 lần. Chúng tôi tiến hành thí nghiệm theo bảng 1.2 và
các thí nghiệm được thực hiện một cách ngẫu nhiên [5].


18

Bảng 1.2: Ma trận thí nghiệm dạng mã hóa.

STT

X1

X2

1

–1

1

2

1

1

3

–1

–1

4

1

–1

5

– 1,41

0

6

1,41

0

7

0

– 1,41

8

0

1,41

9

0

0

Y1 YTN

Y2 YUT

Y3 YTMK Y4 (YTTKL)

1.7.3.2. Phương pháp xử lý số liệu
Các số liệu được xử lý bằng phần mềm Stat Graphic. Áp dụng phương
pháp phân tích phương sai (ANOVA) để đánh giá mức độ ảnh hưởng của
thông số nghiên cứu đến quá trình nghiên cứu chỉ là ngẫu nhiên hay thực sự
có ảnh hưởng. Phương pháp này giúp loại bỏ các yếu tố ít làm ảnh hưởng đến
quá trình nghiên cứu cũng như mức độ tương quan. Ngoài ra, còn giúp kiểm
tra các giả thiết đồng nhất phương sai, độ tin cậy các hệ số hồi quy và mức độ
phù hợp của mô hình lựa chọn theo tiêu chuẩn Fisher khi thực nghiệm.
Nội dung xử lý số liệu bao gồm các bước sau:
+ Bước 1: Xây dựng phương trình hồi quy.
+ Bước 2: Phân tích phương sai để loại bỏ các hệ số hồi quy không đảm
bảo đủ độ tin cậy ở mức ý nghĩa  = 0,05.
+ Bước 3: Xác định các hệ số hồi quy theo hàm toán mới, sau khi đã loại
bỏ các hệ số hồi quy không đảm bảo độ tin cậy.
+ Bước 4: Kiểm tra sự phù hợp của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher.


19

Kiểm tra tính tương thích mô hình: Ft  Fb = F (0,05; k1; k2)
Nếu Ft < Fb thì mô hình đảm bảo tính tương thích. Ngược lại, nếu F t > Fb
thì mô hình không đảm bảo tính tương thích, lúc này cần loại bỏ các hệ số
không đảm bảo tính tương thích khỏi mô hình và tiến hành chạy lại phương

trình tương quan.
+ Bước 5: Chuyển mô hình về dạng thực theo công thức sau:
xj =

Z j  x j0
l

; j = 1,4

Trong đó: Zj là các giá trị thay thế.
xj0 lần lượt là các giá trị tại mức cơ sở (điểm 0).
l là cánh tay đòn của các yếu tố công nghệ tính toán
(khoảng biến thiên).
Sau khi lập được phương trình hồi qui Y = f(xj), tiến hành tính toán các
giá trị tối ưu của các thông số mục tiêu bằng phần mềm Excel.
1.7.4. Kiểm tra chất lượng ván dán chậm cháy
1.7.4.1. Kiểm tra chất lượng keo
Độ pH của hỗn hợp keo, thời gian gel hoá của hỗn hợp keo được đo bằng
máy đo độ pH HI 9224 Microprocessor printing pH meter (Hình 1.7). Độ
chính xác của máy đo độ pH là 0,1.

Máy đo độ pH HI 9224 Microprocessor printing pH meter

Máy đo độ nhớt DV-I + Viscometer

Hình 1.7. Máy kiểm tra chất lượng của keo


20

Độ nhớt của dung dịch keo đo bằng máy đo độ nhớt (DV-I +
Viscometer).
1.7.4.2. Kiểm tra độ ẩm ván mỏng
Độ ẩm là tỷ lệ phần trăm giữa lượng nước có trong gỗ so với khối lượng

W

gỗ khô kiệt.

m1 m0
100%
m0

Trong đó: m1 - khối lượng gỗ ban đầu (có nước) (g);
m0 - khối lượng gỗ khô kiệt (g).
Sử dụng máy đo độ ẩm kiểu cảm ứng để xác định độ ẩm ván mỏng.
1.7.4.3. Kiểm tra sai số chiều dày ván mỏng
+ Dụng cụ kiểm tra thước panme điện tử, độ chính xác 10-2 mm.
+ Kích thước mẫu kiểm tra: 100 x 100 (mm), số lượng 10 mẫu.
+ Phương pháp kiểm tra.
Kẻ 4 điểm t1, t2, t3, t4 trên mẫu như Hình 1.8:
100

t1

t2

t3

t4

100

25

25

Hình 1.8. Mẫu kích thước kiểm tra sai số chiều dày ván mỏng
Dùng thước panme lần lượt đo chiều dày tại 4 điểm t 1, t2, t3 và t4 cho 10
mẫu thử rồi tính giá trị trung bình.
Kết quả: Sai số chiều dày của ván mỏng được tính theo công thức :
S =
Trong đó:

Tdn  Ttb
x 100 (%).
Tdn

Tdn - chiều dày ván mỏng danh nghĩa;


21

Ttb - chiều dày ván mỏng trung bình.
1.7.4.4. Kiểm tra tần số vết nứt và chiều sâu vết nứt
 Dụng cụ kiểm tra: mực tàu, chổi quét, kéo cắt, cốc đựng và kính lúp
 Phương pháp kiểm tra: kẻ mẫu thành các ô có kích thước 100 x 100
(mm), dùng mực tàu quét vào các ô xen kẽ như Hình 1.9.

Hình 1.9. Kiểm tra tần số vết nứt và chiều sâu vết nứt

Để ván khô khoảng 30 phút rồi dùng kéo cắt các ô đã quét mực tàu. Dùng
kính lúp đếm số vết nứt và chiều sâu vết nứt lần lượt trên 10 mẫu. Kết quả
được tính như sau:
Tần số vết nứt được xác định theo công thức.
Ts =
Trong đó:

N
, Vết/cm.
10

Ts - Tần số vết nứt (vết/cm);
N - Số lượng vết nứt đo được trên mẫu.

Chiều sâu vết nứt được tính theo công thức.
10

 Hi
Cs =
Trong đó:

i 1

N .t

x 100 (%)

Hi - Chiều sâu vết nứt thứ i (mm);
t - Chiều dày trung bình của ván (mm).
N - Số lượng vết nứt đo được trên mẫu.

22

1.7.4.5. Độ bền uốn tĩnh của ván LVL
Độ bền uốn tĩnh ván dán chậm cháy kiểm tra theo tiêu chuẩn GB 9846.888 [21]. Phương pháp xác định các số liệu trên máy thử tính chất cơ lý của
Trường Đại học Nông Lâm – Thành phố Hồ Chí Minh.
Dụng cụ: Máy kéo vạn năng, độ chính xác đến 10N. Thước kẹp độ chính
xác 0,1mm. Thước panme có độ chính xác 0,01mm. Đồng hồ bấm giây.
Tải trọng

Hình 1.10. Sơ đồ kiểm tra độ bền uốn tĩnh
Phương pháp kiểm tra như sau:
Mẫu đặt trong điều kiện chuẩn cho đến khi khối lượng không đổi. Chiều
rộng được xác định ở điểm giữa cạnh dài mẫu, độ chính xác đến 0,1mm.
Chiều dày được xác định ở điểm giữa cạnh dài mẫu, cách mép cạnh 10mm,
mỗi cạnh xác định một điểm, độ chính xác đến 0,1mm, khi tính dùng giá trị
bình quân toán học của hai điểm, chính xác đến 0,1mm.
Khi chiều dày mẫu thử ≤ 7mm thì đường kính đặt tải và gối đỡ
10±0,5mm. Khi chiều dày mẫu thử > 7mm thì đường kính đặt tải và gối đỡ 30
± 0,5mm. Chiều rộng bộ phận đặt tải và gối đỡ nên lớn hơn chiều rộng mẫu
thử. Khoảng cách giữa hai gối đỡ bằng 10 lần chiều dày danh nghĩa ván
nhưng không nhỏ hơn 150mm.
Giao tuyến giữa mặt trục gia tải và mặt ván phải vuông góc với trục dài
mẫu thử. Khi xác định, căn cứ vào sự khác nhau giữa hướng trải thảm và bề


23

mặt phải trái mỗi loại xác định ba mẫu. Khi xác định tải trọng tăng đều (trong

vòng 30– 90 giây mẫu phải bị phá hủy). Ghi tải trọng lớn nhất chính xác 10N.
Độ bền uốn tĩnh 

3.P.L
(N/mm2)(KG/cm2)
2.b.t

Trong đó: P – lực cực đại (N)/(KG/cm2)
L – khoảng cách giữa 2 gối đỡ (mm)/(cm)
b – chiều rộng mẫu kiểm tra (mm)/(cm)
t – chiều dày mẫu kiểm tra (mm)/(cm).
Khi tính tìm ra giá trị bình quân của các mẫu thử cường độ bề mặt của
ván và công bố giá trị đó.
1.7.4.6. Độ bền kéo trượt màng keo
 Tiêu chuẩn kiểm tra: Tiêu chuẩn Nhật Bản JAS S – 11 15.2 (1993).
 Kích thước mẫu thử: L x W x t = 35 x 25 x t, mm.
Cắt mẫu theo Hình 1.11.

Hình 1.11. Mẫu kiểm tra độ bền kéo trượt màng keo
 Số lượng mẫu: Mỗi mức tỷ lệ hỗn hợp keo là 10 mẫu