Nghiên cứu xây dựng chế độ ép hợp lý trong công nghệ sản xuất ván dăm từ nguyên liệu rơm dùng trong xây dựng cơ bản

1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LẠI VĂN NGỌC

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHẾ ĐỘ ÉP HỢP LÝ TRONG
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ NGUYÊN LIỆU
RƠM DÙNG TRONG XÂY DỰNG CƠ BẢN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI 2010


2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LẠI VĂN NGỌC

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHẾ ĐỘ ÉP HỢP LÝ TRONG
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ NGUYÊN LIỆU RƠM
DÙNG TRONG XÂY DỰNG CƠ BẢN

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy
Mã số: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Thiết

HÀ NỘI 2010


3


i

LỜI CÁM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc tới Phó giáo sư, Tiến sỹ Nguyễn Văn Thiết, người thầy đã hướng dẫn tôi
trong suốt thời gian tôi làm nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh
đạo Khoa Sau Đại học, lãnh đạo Khoa Chế biến Lâm sản đã quan tâm và tạo
mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường
Đại học lâm nghiệp.
Tôi xin cảm ơn các cán bộ, nhân viên Phòng thí nghiệm thực hành, trung
tâm Công nghiệp rừng và sinh viên Khoa Chế biến Lâm sản đã trợ giúp thời
gian và công sức, có vậy tôi mới hoàn thành tốt công việc nghiên cứu của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Cao đẳng nghề chế biến gỗ
đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho quá trình học và làm luận văn tốt
nghiệp.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn bạn bè, gia đình và người thân đã luôn giành

tình yêu, sự động viên và ủng hộ trong suốt thời gian tôi học tập và làm nghiên
cứu tại Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam.
Hà Nội, ngày 20 tháng 9 năm 2010
TÁC GIẢ

LẠI VĂN NGỌC


ii
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn

i

Mục lục

ii

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

v

Danh mục các bảng

vi

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

vii

ĐẶT VẤN ĐỀ

1

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

3

1.1

Tính cấp bách của vấn đề nghiên cứu

3

1.2

Lịch sử các vấn đề nghiên cứu

5

1.2.1

Khả năng cung cấp nguyên liệu từ nguồn rơm rạ

5

1.2.2

Tình hình, nghiên cứu sử dụng rơm rạ

5

1.2.3

Tình hình nghiên cứu ván dăm

10

1.3

Mục tiêu nghiên cứu

11

1.4

Nội dung nghiên cứu

11

1.5

Phương pháp nghiên cứu

11

1.5.1

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

12

1.5.2

Phương pháp kế thừa

12

1.5.3

Phương pháp thực nghiệm

12

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

13

1.6.1

Đối tượng nghiên cứu

13

1.6.2

Phạm vi nghiên cứu

13

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

17

Đặc điểm của nguyên liệu rơm

17

Điều tra cơ bản tìm hiểu về nguyên liệu rơm

17

Đặc điểm cấu tạo và tính chất hóa học của cây lúa

17

Chương 1

1.6

Chương 2
2.1
2.1.1
2.1.1.1

2.1.1.2 Tìm hiểu một số đặc điểm cơ, lý cơ bản của rơm rạ
2.2 Nguyên lý hình thành ván dăm

18

23


iii
Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm

25

2.3.1

Ảnh hưởng của nguyên liệu rơm

25

2.3.2

Ảnh hưởng của keo dán

27

2.3.3

Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ

29

2.3

2.3.4 Tác dụng của ép nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng
2.4 Cơ sở lựa chọn chế độ ép hợp lý

32
48

2.4.1. Chế độ ép hợp lý

48

2.4.2. Cơ sở lựa chọn chế độ ép

49

2.4.3 Giả thuyết về chế độ ép của ván rơm

49

Chương 3 THỰC NGHIỆM

52

3.1 Mô tả thực nghiệm

52

3.1.1 Quy trình công nghệ tạo ván dăm

52

3.1.2 Chuẩn bị nguyên liệu

52

3.1.3

Máy móc thiết bị

55

3.1.4

Thiết kế sản phẩm

60

3.1.5

Sản xuất ván và kiểm tra chất lượng

60

Quy hoạch thực nghiệm

69

Các yếu tố tham gia thí nghiệm

69

3.2
3.2.1

3.2.2 Biến động của các yếu tố tham gia khảo sát
3.2.3
Chương 4

Xác định số thí nghiệm lặp lại

70
70

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 72

4.1

Kiểm tra khối lượng thể tích

73

4.2

Kiểm tra độ trương nở chiều dày ván

75

4.3

Kiểm tra cường dộ uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh 77
của ván

4.4

Kiểm tra độ bền kéo vuông góc của ván dăm

80

4.5

Đánh giá chung

82

4.5.1

Xét ở cùng một nhiệt độ ép khi thời gian ép thay đổi

82

4.5.2

Xét ở cùng một thời gian ép khi nhiệt độ ép thay đổi

83


iv
Xác định chế độ ép tối ưu

83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

85

1

Kết luận

85

2

Kiến nghị

85

4.5.3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

87

PHỤ BIỂU

90


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Từ rất lâu con người đã sử dụng các sản phẩm từ gỗ vào công việc và đời

sống của mình. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế xã hội, nhu cầu con người
ngày càng cao, đòi hỏi các sản phẩm từ gỗ ngày càng đa dạng và phong phú.
Tuy nhiên, đứng trước thực trạng gỗ rừng tự nhiên ngày càng khan hiếm, thay
thế vào đó là gỗ mọc nhanh rừng trồng, trong khi đó, gỗ rừng trồng lại không
đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao của con người do đặc tính của gỗ rừng
trồng kém gỗ tự nhiên. Trữ lượng gỗ rừng trồng lại rất hạn chế. Do vậy đòi hỏi
các nhà nghiên cứu về Chế biến Lâm sản phải tìm ra các loại nguyên liệu khác
ngoài gỗ để thay thế cho gỗ mà giá thành không cao. Việc nghiên cứu sản xuất
ván nhân tạo từ các nguyên liệu ngoài gỗ như thân cây dừa, thân cây đay, rơm,
trấu, cây họ tre trúc,... có ý nghĩa rất lớn trước thực trạng khan hiếm gỗ hiện nay.
Trong các loại nguyên liệu đó thì rơm, rạ hiện nay đã được các nhà nghiên cứu
quan tâm do tính chất ưu việt của nó như: là loại cây mọc nhanh, trữ lượng lớn,
dễ gia công,...
Rơm rạ là phế thứ liệu của quá trình sản xuất lúa gạo. Đây là nguồn phế
liệu lớn cần được quan tâm nghiên cứu sử dụng. Để sử dụng rơm, rạ sản xuất
ván dăm thì việc nghiên cứu công nghệ sản xuất ván, nhất là chế độ ép có ý
nghĩa rất quan trọng vì nhiệt độ ép, áp suất ép, thời gian ép, là các yếu tố ảnh
hưởng trực tiếp đến chất lượng của ván trong quá trình ép. Trong quá trình hình
thành ván thì nhiệt độ giúp mềm hóa dăm, tăng khả năng tiếp xúc dăm-dăm, tạo
điều kiện để keo đóng rắn nhanh và triệt để, dẫn đến cường độ của mối dán tốt
hơn. Nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm cacbon hóa bề mặt dán, làm cho keo lớp giữa
chưa kịp đóng rắn, gây ra hiện tượng phân lớp, dẫn đến bề mặt ván xấu, cường
độ ván giảm. Nếu nhiệt độ ép quá thấp thì sẽ kéo dài thời gian đóng rắn của keo,
khả năng mềm hóa dăm thấp làm cho mối liên kết dăm-dăm kém, làm giảm khả
năng dán dính của màng keo. Cùng với nhiệt độ thì thời gian ép cũng ảnh hưởng
rất lớn tới chất lượng của ván dăm. Nếu thời gian ép quá dài sẽ làm cháy bề mặt


2
ván,.. Nếu thời gian ép quá ngắn thì keo chưa kịp đóng rắn, dăm chưa được mềm

hóa, mối liên kết dăm-dăm kém. Chỉ có lựa chọn một thời gian ép hợp lý mới có
thể nâng cao chất lượng ván. Để có thể làm rõ thêm ảnh hưởng của nhiệt độ và
thời gian ép, đặc biệt đối với loại nguyên liệu mới là dăm rơm trong sản xuất
ván dăm từ rơm, tôi thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu xây dựng chế độ ép hợp lý trong công nghệ sản xuất ván
dăm từ nguyên liệu rơm dùng trong xây dựng cơ bản”


3
CHƯƠNG 1
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
1.1 Tính cấp bách của vấn đề nghiên cứu.
Việt nam là nước nông nghiệp có nền văn minh lúa nước lâu đời. Lúa gạo
không những là một loại lương thực thiết yếu của người dân mà còn là một loại
sản phẩm quan trọng tạo sinh kế cho trên 70% dân số. Sản lượng lúa gạo ở nước
ta trung bình đạt 35,8 triệu tấn gạo (năm 2007, theo Bộ NN và PTNT), trong số
đó có khoảng 6 triệu tấn xuất khẩu (năm 2009). Với ước tính lượng rơm rạ
chiếm khoảng 50% khối lượng lúa khô (Kadam 2000) thì cứ sản xuất ra được 1
tấn gạo sẽ tạo ra khoảng 1,35 tấn rơm. Như vậy, lượng rơm rạ tạo ra hàng năm ở
Việt nam sẽ là hàng chục triệu tấn, một con số đáng kể. Tuy nhiên, hiện nay ở
Việt nam, rơm rạ vẫn chưa thực sự được sử dụng có hiệu qủa do đặc điểm thu
gom không tập trung và thói quen của người dân các vùng miền khác nhau.
Ở miền Bắc, nông dân thường phơi rơm rạ sau mùa gặt trên đường quốc lộ
là hiện tượng khá phổ biến, gây nguy cơ tai nạn giao thông cao, ngoài ra còn là
vật dễ cháy gây nguy hiểm cho người đi đường. Chủ yếu rơm rạ vẫn được đốt
trực tiếp ngoài đồng (gây ô nhiễm cho khu vực đô thị) hoặc sử dụng làm chất
đốt và tạo các vật dụng trong sinh hoạt hàng ngày như ổ rơm cho gà đẻ, lót đồ
sành sứ, hun khói thịt chó…

Hình 1.1: Việc đốt rơm rạ gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường

Để đáp ứng nhu cầu phát triển hiện nay của xã hội thì các loại vật liệu nói
chung và vật liệu từ ván nhân tạo nói riêng luôn là vấn đề được các nhà nghiên
cứu đặt lên hàng đầu. Nhất là trong điều kiện của một nước nông nghiệp như


4
nước ta hiện nay thì việc tận dụng được phế liệu của ngành nông nghiệp là một
vấn đề đang được nhiều nhà khoa học quan tâm. Rơm là một loại vật liệu có
nguồn gốc từ tự nhiên, gần gũi với con người. Đề tài được đưa vào sản xuất sẽ
góp phần hạn chế việc khai thác gỗ tự nhiên (nguồn tài nguyên đang bị cạn kiệt)
hơn nữa nó còn góp phần tăng thu nhập cho ngành nông nghiệp.
Thực tế trong mấy thập kỷ qua cho thấy, nếu tiến hành tốt khâu chế biến,
sử dụng gỗ một cách hợp lý sẽ đóng góp một cách tích cực cho việc bảo vệ và
phát triển rừng. Hiện nay có một số biện pháp như sản xuất ván nhân tạo từ gỗ
mọc nhanh rừng trồng thay thể cho gỗ tự nhiên và phát triển sử dụng các loại
nguyên vật liệu ngoài gỗ.
Tuy nhiên, ngay cả gỗ rừng trồng cũng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sử
dụng gỗ ngày càng tăng ở nước ta. Mặc dù diện tích trồng rừng tăng nhưng diện
tích rừng có trữ lượng không nhiều do chu kỳ trồng rừng khá dài, từ 7 đến 10
năm, mà nhu cầu cho sản xuất giấy và bột giấy cũng khá lớn, nên mới chỉ đáp
ứng được một phần nhỏ nhu cầu sử dụng. Vậy nên hướng nghiên cứu sản xuất
ván nhân tạo từ nguồn nguyên liệu ngoài gỗ như phế liệu Nông nghiệp ngắn
ngày (rơm) là rất cần thiết.
Hiện nay, công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ trên thế giới đã khá phát
triển và có nhiều nghiên cứu. Tuy nhiên, nó vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu sử
dụng ngày càng cao của người dân. Ngoài ra, ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ
vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu đúng mức, nên công nghệ sản xuất ván dăm
từ nguyên liệu rơm rạ vẫn chưa thực sự hoàn thiện. Ván sau khi ép thường có
tính chất cơ lý chưa cao, ván hay bị tách lớp, … và phụ thuộc vào nhiều yếu tố
như nhiệt độ ép, áp suất ép, thời gian ép, lượng hóa chất xử lý,…. Vì vậy để

nâng cao chất lượng của ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ cần thiết phải nghiên
cứu rõ hơn về chế độ công nghệ khi sản xuất ván dăm từ rơm, đặc biệt là nghiên
cứu chế độ ép hợp lý trong quá trình tạo ván.
1.2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu


5
1.2.1. Khả năng cung cấp nguyên liệu từ nguồn rơm:
- Trên thế giới sản lượng lúa gạo ngày càng tăng hàng năm tăng lên mỗi năm
tới 500 triệu tấn (Theo điều tra sơ bộ thì để tạo ra 1 tấn gạo sẽ thải ra tới 1,3 tấn
rơm rạ khô). Như vậy, hàng năm trên thế giới sẽ tạo ra khoảng 650 triệu tấn
rơm.
- Ở Việt Nam sản lượng lúa năm hàng khoảng 36 triệu tấn (Niên giám thống
kê 2007). Lượng rơm khô ước tính khoảng: 47 triệu tấn. Đây là lượng nguyên
liệu khổng lồ để sản xuất ván nhân tạo nói chung và ván dăm nói riêng.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu, sử dụng rơm rạ
a) Thế giới:
Việc nghiên cứu sử dụng rơm rạ đã được nhiều nước quan tâm, đặc biệt là
các nước trữ sản lượng lúa cao tập trung ở khu vực Đông Nam Á như Thái lan,
Indonesia. Tại các nước này, rơm rạ hiện được dựng để sản xuất điện năng và
tro của rơm (thường có hàm lượng SiO2 tới 75% hàm lượng tro) có thể dùng để
làm phụ gia bê tông.
“Nghiên cứu sản xuất ván dăm cách âm, cách nhiệt từ hỗn hợp rơm lúa và
dăm gỗ” của Han Seung Yang và các cộng sự tại Đại học quốc gia Seoul, Hàn
quốc thực hiện năm 2003 (Han Seung Yang, 2003). Trong nghiên cứu này, ván
dăm được tạo ra có khối lượng thể tích là 0,4, 0,6 và 0,8 g/cm3 với 3 mức tỷ lệ
hỗn hợp rơm như sau: 10, 20 và 30% sử dụng keo UF. Kết quả cho thấy, cường
độ uốn tĩnh của ván dăm tăng khi khối lượng thể tích của ván tăng lên, cụ thể
như sau:
Bảng 1.1. Cường độ uốn tĩnh của ván rơm ở các KLTT khác nhau

Khối lượng thể tích (g/cm3)

0,4

0,6

0,8

Cường độ uốn tĩnh (psi)

140 - 129

700 - 900

1400 – 2900

Ghi chú: 1 MPa = 145,0377 psi


6
Ván dăm từ hỗn hợp rơm-dăm gỗ có cường độ cơ học cao hơn nhiều so với ván
cách âm, cách nhiệt thông thường. Kết qủa khẳng định kích thước rơm (chiều
rộng và chiều dài rơm) không ảnh hưởng tới cường độ uốn tĩnh của ván. Chất
lượng ván dăm hỗn hợp rơm-dăm gỗ có đặc tính cách âm, cách nhiệt tốt, có thể
thay thế một phần hoặc toàn bộ ván dăm gỗ và/hoặc ván dăm cách âm trong các
công trình xây dựng kết cấu gỗ.[21]
“Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ sản xuất tới các tính chất
vật lý của ván rơm” của Greggory S. Karr và các cộng sự tại trường Đại học
bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2000 (Greggory S. Karr, 2000). Nghiên cứu
khảo sát sự ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu của rơm (khảo sát trong khoảng từ 2

đến 12%), lượng keo dùng (khảo sát trong khoảng 2 đến 8%) và nhiệt độ ép (từ
135 đến 218 0C) tới tính chất vật lý và cơ học của ván (dày 6 mm). Kết quả cho
thấy lượng keo dùng có ảnh hưởng lớn nhất tới tính ổn định kích thước, khả
năng chống ẩm và cường độ của ván. Độ ẩm ban đầu của rơm ảnh hưởng tới
cường độ cơ học của ván nhiều hơn tính ổn định kích thước của ván. Nhiệt độ ép
ảnh hưởng tới tính ổn định kích thước của ván nhiều hơn tính chất cơ học của
ván. Cường độ uốn tĩnh của ván thay đổi trong khoảng từ 15 đến 28,7 MPa với
khoảng cách gối là 18 lần chiều dày.[22]
“Nghiên cứu ảnh hưởng của loại keo tới tính chất của ván dăm từ rơm lúa
mì có KLTT trung bình” của Xiaoqun Mo và các cộng sự tại đại học bang
Kansas, Mỹ thực hiện năm 2003. Nghiên cứu sử dụng 4 loại keo là MDI, UF,
keo từ protein tách từ đậu nành SPI và bột đậu nành SF đối với rơm đã qua xử lý
hoá chất tẩy là hỗn hợp kiềm và hợp chất oxi hóa. Kết quả cho thấy, ván rơm từ
rơm xử lý có chất lượng cao hơn ván không xử lý. Keo MDI cho chất lượng cao
nhất, với lượng keo dùng khoảng 4%. Ván từ keo SPI và SF có chất lượng tương
tự ván từ keo UF. Riêng đối với keo UF, MOR của ván từ rơm không xử lý là
6,36 MPa và rơm xử lý là 9,34 MPa. Còn IB tương ứng là 0,11 MPa đối với rơm
không xử lý và là 0,19 MPa đối với ván rơm xử lý hoá chất.[23]


7
“Nghiên cứu cải thiện cơ chế dán dính của keo UF sử dụng để sản xuất ván
nhân tạo từ rơm lúa mì và sậy sử dụng tác nhân tạo “nhân” coupling là silane
hoặc xử lý chiết suất” của Guangping Han và các cộng sự tại đại học Kyoto,
Nhật bản thực hiện năm 1999. Kết quả cho thấy, với 2 giải pháp xử lý này đều
cải thiện đáng kể khả năng thấm ướt bề mặt của nguyên liệu, tạo tiền đề tăng khả
năng thấm ướt keo trên bề mặt, nhằm tăng khả năng dán dính.[24]
“Nghiên cứu tính chất chịu kéo và chịu nén của ván dăm có KLTT thấp từ
rơm sử dụng keo gốc protein” của Xiaoqun Mo và các cộng sự tại trường đại
học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2001. Rơm được xử lý hoá chất là H 2O2

và/hoặc NaOH. Kết quả cho thấy, đối với các dạng hoá chất khác nhau, chất
lượng ván thay đổi khác nhau. Cụ thể, với ván đối chứng, cường độ chịu kéo dứt
là 256 kPa và chịu nén là 235 kPa. Tuy nhiên, khi xử lý hỗn hợp NaOH và H 2O2
thì cường độ chịu kéo đứt tăng lên tới 2648 kPa và chịu nén là 446 kPa.[25]
Tại California, Mỹ, theo nghiên cứu của Kiran L.Kadam và các cộng sự
(2000) rơm rạ có thể được sử dụng để sản xuất giấy. Theo Alex Wilson (1995)
nguyên liệu rơm rạ (từ lúa mì, gạo, lúa mạch, yến mạch, lúa mạch đen) có thể là
một loại nguyên liệu mới cho ngành xây dựng như tạo các vách tường trong các
ngôi nhà.
Từ rơm rạ đóng kiện (straw bale), sản xuất ván nhân tạo (vật liệu dạng tấm)
cả loại ván dày và ván mỏng để làm vật liệu xây dựng chịu lực, cách âm, cách
nhiệt. Từ những năm 90, trên thế giới đó bắt đầu hình thành ngành công nghiệp
sản xuất ván dăm rừ rơm. Tuy nhiên, do rơm rạ có đặc điểm là phía vỏ bên
ngoài của lú sốp (wax) kỵ nước khiến cho việc sử dụng các loại keo gốc
formaldehyde thông dụng trong sản xuất ván dăm trở nên khó khăn do chỉ có thể
sử dụng keo MDI (Methylen Diphenyl Isocyanate) – là loại keo khá đắt, để sản
xuất. Ván dăm từ rơm rạ chỉ thực sự phát triển từ những năm 2000 trở lại đây
với giải pháp xử lý rơm rạ trước khi ép bằng giải pháp hoá-cơ-nhiệt tại một số
nước như Mỹ, Úc, Philippin với sản phẩm chủ yếu sử dụng trong xây dựng. Tuy


8
nhiên, chủ yếu nguồn rơm rạ mới là lúa mì, lúa mạch, còn nguyên liệu rơm rạ từ
lúa gạo rất hạn chế do sản lượng ít.
Tại Hàn quốc, Han Seung Yang và các cộng sự (2003) đó tiến hành sản
xuất ván dăm từ hỗn hợp rơm rạ và gỗ sử dụng keo UF để tạo vật liệu cách âm
dùng trong xây dựng. Sản phẩm ván tạo ra có cường độ uốn tĩnh là 4,83-6,21
MPa (với ván có khối lượng thể tích 0,6 g/cm3) và là 9,65-20 MPa (với ván có
khối lượng thể tích 0,8 g/cm3). Đặc biệt, sản phẩm ván tạo ra có khả năng hấp
phụ âm thanh (hệ số hấp thụ âm thanh tới trên 0,3 - kiểm tra theo tiêu chuẩn Mỹ

ASTM C384) tốt hơn nhiều so với các loại ván nhân tạo khác.
Tại Ấn độ, Ibrahim Mutlu (2009) đó nghiên cứu sử dụng tro từ rơm rạ để
thay thế amiăng trong chế tạo má phanh.
Ngoài ra, rơm cũng được sử dụng để sản xuất ván sợi từ xi măng cho kết
quả khả quan (theo Elvira C.Fernandez, 2000).
b) Trong nước:
Ở Việt nam, rơm rạ vẫn chưa thực sự được sử dụng có hiệu qủa do đặc
điểm thu gom không tập trung và thói quen của người dân các vùng miền có
khác nhau.
Ở miền Bắc, chủ yếu rơm rạ vẫn được sử dụng làm chất đốt và tạo các vật
dụng trong sinh hoạt hàng ngày như ổ rơm cho gà đẻ, hun khói thịt chó…
Ở các tỉnh phía Nam, do đặc điểm trồng lúa tập trung nên rơm rạ đó bước
đầu được sử dụng khá hiệu quả như làm vật liệu lót thùng để vận chuyển trái
cây, dưa hấu, đồ sành sứ với giá bán mỗi xe tải từ 300,000 đến 600,000 đồng;
Công ty du lịch Vinh Sang (Du lịch Bến Thành, thành phố Hồ Chí Minh) thực
hiện dự án tạo tấm vách từ rơm rạ để xây dựng nhà ở cho người có thu nhập thấp
tại khu vực đồng bằng Sông Cửu Long do tổ chức Development Marketplace tài
trợ bắt đầu từ năm 2008.
KS. Trần Quốc Tế thực hiện đề tài năm 2005 về sử dụng rơm rạ để sản
xuất panel rơm rạ (dạng vách ngăn - tường nhà, kết cấu panel 3 lớp: 2 lớp mặt


9
phía ngoài dựng ván dăm rơm-xi măng; lõi là tấm polystyren) trong công trình
xây dựng, và đó bước đầu ứng dụng thử nghiệm tại đồng bằng sông Cửu Long.
Sản xuất hộp đựng thực phẩm từ vỏ trấu và rơm: Giải pháp nhằm khắc phục
vấn đề của các hộp đựng không thích nghi được với các thực phẩm nóng ở nhiệt
độ tương đối cao và thực phẩm chứa nhiều nước. Hộp đựng thực phẩm này
được làm bằng vật liệu hỗn hợp từ: Bột trấu và/hoặc bột rơm ở tỷ lệ 800 – 1200
phần khối lượng; Tinh bột thực phẩm: 150 – 250 phần khối lượng; Natri

polyacrylic: 15 – 25 phần khối lượng; Bột Titan 0 – 25 phần khối lượng; Nước:
400 – 600 phần khối lượng.
1.2.3. Tình hình nghiên cứu ván dăm:
Ván dăm là một loại vật liệu composite gỗ đó được nghiên cứu khá sớm,
bắt đầu từ năm 1887, với sản phẩm ván dăm được sản xuất từ mùn cưa và keo
máu (albumin máu). Tuy nhiên, ván dăm chỉ được sản xuất với quy mô công
nghiệp từ những năm 40 của thế kỷ 20 với nhà máy ván dăm đầu tiên được xây
dựng tại Bremen (Đức) năm 1941 và có mặt trên thị trường sau khi chiến tranh
thế giới lần thứ hai kết thúc (1946 – Nhà máy ván dăm công suất 60 m3/ngày đặt
tại Thuỵ Sỹ). Ngành công nghiệp ván dăm chỉ thực sự phát triển mạnh từ những
năm 70 trở lại đây, cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp hoá dầu, tạo ra
nguồn nguyên liệu phong phú, giá rẻ để sản xuất keo dán (nhựa tổng hợp).
Nghiên cứu về ván dăm vì thế mà cũng có những thành công lớn, đặc biệt là
công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ đó khá hoàn thiện. Hiện nay trên thế giới
cũng như Việt nam, hướng nghiên cứu về ván dăm tập trung vào 3 hướng chính
sau:
1. Tạo sản phẩm mới: ván dăm dạng xốp, ván dăm không sử dụng keo; ván
dăm sử dụng keo ít gây ô nhiễm.
2. Tìm loại nguyên liệu mới thay thế gỗ:
(1) Tìm các loại vật liệu sợi cellulose mới ngoài gỗ;
(2) Kết hợp vật liệu cellulose với vật liệu khác;


10
(3) Sử dụng thứ, phế liệu Nông, lâm nghiệp.
3. Nâng cao chất lượng sản phẩm hiện có: Nhược điểm ván dăm hiện có là
khả năng chống ẩm kém, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu nhiệt đới
nóng ẩm mưa nhiều như ở Việt nam; độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi
khi uốn tĩnh cũng chưa cao; độ bền kéo vuông góc mặt ván thấp. Do đó,
hướng nâng cao chất lượng ván dăm là nhằm khắc phục các nhược điểm

này. Hướng nâng cao chất lượng chính hiện nay là chống ẩm và nâng cao
chất lượng bề mặt ván dăm.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
+ Mục tiêu chung của đề tài.
Xác định các giải pháp công nghệ, kỹ thuật để nâng cao chất lượng của
ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ.
Nâng cao khả năng sử dụng nguyên liệu rơm rạ.
Đa dạng hóa các loại hình sản phẩm từ nguyên liệu rơm rạ
+ Mục tiêu cụ thể của đề tài
Tìm khoảng giá trị hợp lý của nhiệt độ ép và thời gian ép cho công nghệ
sản xuất ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ.
1.4. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tìm hiểu về công nghệ sản xuất ván dăm
Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ép, nhiệt độ ép đến một số chỉ tiêu
chất lượng ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ
1.5. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết
cơ bản về khoa học gỗ, các loại vật liệu ngoài gỗ, công nghệ sản xuất ván dăm,
lý thuyết thống kê toán học.
1.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết


11
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết la tìm hiểu một số phương pháp sản xuất ván
dăm và cơ chế hình thành ván dăm.
1.5.2. Phương pháp kế thừa
Phương pháp kế thừa được sử dụng để tổng hợp các tư liệu, tài liệu có tính lịch
sử, tài liệu cung cấp các thông tin liên quan về kinh tế, xã hội, tự nhiên thuộc các
vùng lãnh thổ.
1.5.3. Phương pháp thực nghiệm

Khi nghiên cứu về công nghệ người ta thường sử dụng phương pháp thực
nghiệm. Trong đề tài này ngoài các phương pháp nghiên cứu đã nêu ở trên,
phương pháp thực nghiệm theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm cũng là
phương pháp chính chúng tôi sử dụng trong đề tài này.
Phương pháp thực nghiệm được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố
đến chất lượng ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ.
a. Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố.
Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố được sử dụng cho nghiên cứu thăm dò ban
đầu về công nghệ, nghiên cứu về ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ như
thời gian ép, nhiệt độ ép,…
b. Phương pháp thực nghiệm đa yếu tố:
Phương pháp thực nghiệm đa yếu tố là phương pháp chủ lực để xây dựng
quy trình sản xuất ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ, trong đó chủ yếu là nghiên
cứu ảnh hưởng chéo của các thông số đầu vào đến chất lượng ván dăm và tìm ra
các thông số tối ưu.
c. Các bước tiến hành
Bước 1. Xử lý nguyên liệu
Bước 2. Tạo dăm
Bước 3. Sấy dăm


12
Bước 4. Phân loại dăm
Bước 5. Trộn keo và trải thảm
Bước 6. Ép nhiệt
Bước 7. Xử lý cuối
e. Các tiêu chuẩn kiểm tra: TCVN 7756-2007
+ Tiêu chuẩn kiểm tra khối lượng thể tích: TCVN 7756.4
+ Tiêu chuẩn kiểm tra độ trương nở chiều dày: TCVN 7756.5
+ Tiêu chuẩn kiểm tra độ bền uốn tĩnh và môđun đàn hồi uốn

tĩnh: TCVN 7756.6
+ Tiêu chuẩn kiểm tra độ bền kéo vuông góc: TCVN 7756.7
1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.6.1.Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu Chế độ ép (Nhiệt độ ép và thời gian ép) ván dăm từ rơm rạ
dùng trong xây dựng cơ bản.
1.6.2. Phạm vi nghiên cứu
a) Nguyên liệu:
Rơm: Rơm rạ được lấy tại khu vực huyện Chương Mỹ - Hà Nội, chủ yếu
là giống lúa Q5 (chiếm trên 75%). Ngoài ra còn có Khang dân và Hai dòng.
Keo dán: Keo dán dùng trong nghiên cứu là loại hóa chất thường được sử
dụng để sản xuất ván dăm là hỗn hợp keo Urea Formaldehyde (U-F) và MDI.
Đây là dạng hỗn hợp keo được sử dụng trong ván dăm không những tăng cường
độ mà còn góp phần giảm formaldehyde tự do trong ván (Wang và các cộng sự
2006). Tỷ lệ trộn UF/MDI = 5:1. Lượng keo dùng 12%.
b) Sản phẩm:


13
Kích thước sản phẩm: 700 x 700 x 12 mm. Sản phẩm sử dụng trong xây
dựng cơ bản, làm vách ngăn và trần nên có yêu cầu không quá cao, đáp ứng
được yêu cầu làm ván dăm thông dụng (theo TCVN 7754-2007). Ván sản phẩm
3 lớp có tỷ lệ kết cấu 1:3:1, chiều dày 12 mm, khối lượng thể tích: 0,75 g/cm3,
độ ẩm cuối cùng 10%.
c) Áp suất ép max:
Áp suất ép là yếu tố có ảnh hưởng lớn đến khối lượng thể tích và phân bố
mật độ giữa các lớp trong ván dăm, đặc biệt là đối với ván dăm ép không sử
dụng thanh cữ. Trong đề tài này, để hạn chế ảnh hưởng của các yếu tố khác đến
chất lượng sản phẩm cũng như làm rõ ảnh hưởng của thông số chế độ ép (nhiệt
độ, thời gian) tới chất lượng sản phẩm, sau khi nghiên cứu thăm dò đối với

nguyên liệu dăm rơm của đề tài (theo tài liệu Công nghệ sản xuất ván dăm của
tác giả Uông Hoa Phúc, áp suất ép lớn nhất hợp lý cho sản xuất ván dăm cần
đảm bảo thời gian tăng áp nằm trong khoảng 30-35 giây), chúng tôi quyết định
chọn áp suất ép trong nghiên cứu này là 3 MPa.
d) Máy và thiết bị:
Sử dụng các máy và thiết bị của Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm và
chuyển giao công nghiệp rừng và phòng thí nghiệm khoa Chế Biến Lâm Sản –
Đại học Lâm Nghiệp.
e) Yếu tố nghiên cứu: nhiệt độ ép và thời gian ép
Để lựa chọn được các khoảng thông số nhiệt độ ép và thời gian duy trì áp suất
ép max (τ4) hợp lý để nghiên cứu, sau khi tham khảo các nghiên cứu trước đó
của Youngquist 1993, Wang 1993, Uông Hoa Phúc 1998, Gregory 2000 và
Xiaoqun 2003, chúng tôi tiến hành làm thực nghiệm thăm dò như sau:
Tiến hành thực nghiệm thăm dò trong các khoảng sau
- Nhiệt độ ép: (115 ÷ 145) 0C; (145 ÷ 175) 0C; (175 ÷ 205) 0C.


14
- Thời gian duy trì áp suất max: τ4=(0,2 ÷ 0,5) phút/mm chiều dày, τ4= (0,5 ÷
0,9) phút/mm chiều dày, τ4= (0,9 ÷ 1,2) phút/mm chiều dày.
- Áp suất ép cố định = 3 MPa.
Kết quả thực nghiệm thăm dò
Sau khi tiến hành thực nghiệm thăm dò thấy rằng với với khoảng khảo sát
về nhiệt độ và thời gian ép cho chất lượng ván tốt nhất nằm trong khoảng:
Thời gian duy trì áp suất max τ4 (0,5 ÷ 0,9) phút/mm chiều dày, nhiệt độ ép
(145 ÷ 175) 0C.
Căn cứ vào độ chính xác của các thiết bị, điều kiện thực nghiệm và yêu
cầu độ chính xác của kết quả chúng tôi thực nghiệm theo 03 mức nhiệt độ ép và
thời gian ép như sau:
+ Nhiệt độ ép: T = (145; 160; 175) 0C.

+ Thời gian duy trì áp suất ép max: τ4 = ( 0,5; 0,7; 0,9) phút/mm chiều dày.
f) Kiểm tra chất lượng sản phẩm: Theo tiêu chuẩn: TCVN 7754: 2007 ;
Yêu cầu riêng đối với ván dăm thông dụng sử dụng ở điều kiện khô có chiều dày
từ 6 đến 13 mm (sản phẩm của đề tài là ván dăm dày 12 mm) như sau:
 Khối lượng thể tích ván dăm: sai số dưới ±10%;
 Độ bền uốn tĩnh: 12,5 MPa
 Độ bền kéo vuông góc của ván dăm: 0,28 MPa
 Riêng đối với ván sử dụng trong điều kiện khô và nội thất, cần kiểm
tra thêm mô đun đàn hồi uốn tĩnh của ván dăm: > 1800 MPa
 Độ trương nở chiều dày của ván dăm: < 20 % cho trường hợp ván dăm
thông thường nhằm đánh giá khả năng chống chịu môi trường ở điều
kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều của Việt Nam.


15


16
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Căn cứ vào mục tiêu và nội dung của đề tài cần xem xét sâu một số vấn đề
cơ bản sau:
 Đặc điểm của nguyên liệu rơm
 Nguyên lý hình thành ván dăm
 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
 Cơ sở lựa chọn chế độ ép hợp lý
2.1. Đặc điểm của nguyên liệu rơm
2.1.1. Điều tra cơ bản tìm hiểu về nguyên liệu rơm
Nguyên liệu bao giờ cũng là vấn đề được quan tâm hàng đầu trong quá
trình sản xuất, bởi vì nguyên liệu là yếu tố cơ bản quyết định đến công nghệ sản

xuất,

chất

lượng và giá
thành

sản

phẩm. Do vậy
việc tìm hiểu
nguyên

liệu

luôn là vấn đề
được ưu tiên

Lá lúa

Thân lúa

hàng đầu của
bất kỳ một đề
tài nghiên cứu
nào về loại vật
liệu mới.

Rễ lúa
Hình 2.1. Cấu tạo chung của cây lúa

2.1.1.1. Đặc điểm cấu tạo và tính chất của cây lúa:
Cây lúa là cây thuộc họ hoà thảo (Gramincae) có tên khoa học là Oriza
sativa, thời gian sinh trưởng ngắn (90-180 ngày), nơi sinh trưởng chủ yếu là các


17
vùng đất ngập nước, chiều cao đạt được tại thời điểm làm đòng từ 0,6-2 m. Có
rất nhiều giống lúa khác nhau như: giống ngắn ngày, giống dài ngày, giống cây
cao, giống cây thấp,...Nhưng đặc điểm cấu tạo chung và thành phần hoá học của
thân cây lúa khác nhau không đáng kể.
Cấu tạo chung của cây lúa: Cây lúa được chia làm 3 phần chính đó là: Rễ
lúa, thân lúa và lá lúa.
 Rễ lúa: thuộc loại rễ chùm, phân bố ở những vùng nông sát mặt đất không
có khả năng ăn sâu vào đất.
 Thân lúa: thuộc loại thân thảo rỗng ruột.Trên thân lúa chia ra nhiều lóng,
ngăn cách giưa các lóng gọi là mắt.Độ dài các lóng không bằng nhau,
lóng ở phần gốc thường ngắn hơn lóng ở phần ngọn nhưng đường kính lại
lớn hơn. Chiều dài các lóng biến động trong khoảng từ 1,62-26,3 cm,
đường kính từ 0,19-0,58 cm, độ dày thành lóng từ 1-2 mm. Vào thời kỳ
thu hoạch, số lóng trên thân cây lúa dao động từ 4-8 lóng, tuỳ theo giống
.Lá lúa: được chia làm 2 phần :
+ Bẹ lá: là phần bao bọc và làm tăng thêm độ cứng vững cho thân lúa.
+ Phiến lá: là phần xoè ra để quang hợp và mất đi một phần khi thu hoạch.
Tuy nhiên các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tài nguyên rơm có một hàm
lượng cao Silic và sáp trên bề mặt làm cho chúng khó có khả năng liên kết được
với keo UF, đây là một trở ngại lớn cho sản xuất ván dăm.


18

(a)

(b)

Hình 2.2. (a).Hình ảnh mặt cắt ngang cọng rơm;(b).Hình ảnh lớp sáp
Lúa là một loại cây lương thực được hơn 100 nước trên thế giới trồng làm
lương thực chính. Diện tích trồng lúa hàng năm trên thế giới vào khoảng
177.168.000 ha, châu Á khoảng 130.974.000 ha (Số liệu năm 1994). Ở Việt
Nam cây lúa cũng là cây lương thực chính được trồng ở khắp mọi nơi. Diện tích
trồng lúa hàng năm ở nước ta vào khoảng 6.599.000 ha (số liệu năm 1994).
Theo nghiên cứu của trường đại học Nông nghiệp 1 thì 1 ha lúa có thể thu được
từ 7-10 tấn thân cây lúa (còn gọi là rơm-rạ). Như vậy, rơm rạ là một nguồn
nguyên liệu dồi dào, thu hoạch từ hai đến 3 lần một năm cần được quan tâm,
nghiên cứu.
2.1.1.2 Tìm hiểu một số đặc điểm cơ, lý cơ bản của rơm rạ:
a) Khối lượng thể tích (KLTT) (theo Summers 2000)
Rơm rạ khô khá nhẹ nên chiếm khá nhiều diện tích. Tuỳ thuộc vào dạng đóng
gói mà khối lượng thể tích của rơm khá khác nhau. Theo Jenskin 1993, khối
lượng thể tích (mật độ xếp đống) của các dạng đóng gói rơm như trong Bảng 2.1
sau:
Bảng 2.1. Khối lượng thể tích của các dạng rơm khác nhau
Dạng tồn tại

KLTT (kg/m3 ở điều kiện khô)

Rơm rời (Loose)

20-40

Rơm chặt ngắn (Chopped)

40-80