NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ LÀM GIẢM KHẢ NĂNG CHÁY CỦA GỖ THÔNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
----------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ LÀM
GIẢM KHẢ NĂNG CHÁY CỦA GỖ THÔNG

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THANH TUẤN
Ngành: CHẾ BIẾN LÂM SẢN
Niên khóa: 2006 – 2010

Tháng 7/2010
-1-


NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ LÀM GIẢM
KHẢ NĂNG CHÁY CỦA GỖ THÔNG
----------

Tác giả

NGUYỄN THANH TUẤN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành
Chế Biến Lâm Sản

Giáo viên hướng dẫn:
TS. HOÀNG THỊ THANH HƯƠNG

Tháng 07 năm 2010
-i-


CẢM TẠ
Để hoàn thành tốt đề tài như hôm nay tôi xin chân thành cảm ơn:
Cảm ơn cha mẹ, người đã sinh thành và nuôi dưỡng con đền ngày hôm nay, đã
tạo mọi kiện tốt nhất về tinh thần và vật chất để con học tập và hoàn thành luận văn tốt
nghiệp.
Toàn thể thầy cô trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thầy cô
khoa Lâm Nghiệp bộ môn Chế Biến Lâm Sản đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức
trong những năm tháng theo học ở trường.
TS. Hoàng Thị Thanh Hương – giáo viên hướng dẫn, người đã trực tiếp hướng
dẫn, giúp đỡ tận tình cho tôi trong suốt thời gian thưc hiện đề tài này.
Ban giám đốc công ty TNHH Trường Tiền đã tạo điều kiện tốt nhất để cho tôi
được gia công mẫu thí nghiệm dùng trong đề tài.
Trung tâm nghiên cứu chế biến lâm sản – giấy và bột giấy đã giúp tôi kiểm tra
tính chất cơ lý gỗ thông sau khi xử lý chậm cháy.
Tập thể lớp Chế Biến Lâm Sản K32 và bạn bè tôi đã động viên, giúp đỡ tôi
trong thời gian học tập và làm luận văn tốt nghiệp tại trường.
Trân trọng cảm ơn
Nguyễn Thanh Tuấn

-ii-


TÓM TẮT
Đề tài: “ Nghiên cứu một số thông số công nghệ làm giảm khả năng cháy của gỗ
thông”

Thời gian thực hiện: 15/03/2010 đến 15/07/2010.
Địa điểm: Phòng thí nghiệm bộ môn Chế Biến Lâm Sản – khoa Lâm Nghiệp –
trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh.
Loại hóa chất dùng thí nghiệm là Na2B4O7.10H2O 47,5%, H3BO3 47,5%,
Na2CO3 2%, Na2Cr2O7 3%.
Thí nghiệm được bố trí theo phương pháp qui hoạch thực nghiệm.
Kết quả đạt được:
 Hàm hồi quy tương quan dạng mã hoá:
YTGBL = 69,45678 + 2,2018.X1 + 1,383441.X2 − 1,27842X12 − 0,89111X22
YTTTL = 17,07344 − 2,08519.X1 − 1,71538.X2 + 0,9575X1.X2 + 0,884626X12 +
0,897201.X22
 Hàm hồi qui tương quan dạng thực:
YTGBL = 47,769187 + 1,463096.T + 3,36505.K − 0,051137.T2

− 0,22278.K2

YTTKL = 43,74828 − 1,69924.T − 4,49122.K + 0,09575.T.K + 0,035385T2 + 0,2243.K2
Giá trị tối ưu của các thông số công nghệ về nồng độ hoá chất và thời gian ngâm như
sau:
 Nồng độ hoá chất: s10%.
 Thời gian ngâm: 6 giờ .
Giá trị tối ưu của các chỉ tiêu về thời gian bắt lửa (giây) và tỷ lệ tổn thất khối
lượng (%) như sau:
Thời gian bắt lửa: 69,45678 ( giây).
Tỷ lệ tổn thất khối lượng: 17,07344 (%).

-iii-


MỤC LỤC

Trang tựa...........................................................................................................................i
CẢM TẠ ......................................................................................................................... ii
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................................ ix
Chương 1 : MỞ ĐẦU ......................................................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài...........................................................................................1
1.2. Mục tiêu và mục đích nghiên cứu ...........................................................................2
1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu ..............................................................................................2
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài..................................................................3
1.3.1. Ý nghĩa khoa học ...............................................................................................3
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn ...............................................................................................3
1.4. Đối tượng nghiên cứu ...............................................................................................3
Chương 2 : TỔNG QUAN ..............................................................................................6
2.1 Tình hình nghiêu cứu chống cháy trên thế giới .........................................................6
2.2 Tình hình nghiên cứu chống cháy ở Việt Nam .........................................................8
2.3 Nhận xét chung về tình hình nghiên cứu .................................................................10
2.4. Cơ sở lý thuyết của quá trình nghiên cứu. ..............................................................11
2.4.1. Bốn dạng hình thái cháy ..................................................................................11
2.4.2 Một số thuật ngữ dùng trong nghiên cứu chống cháy gỗ. ...............................11
2.4.3. Quá trình cháy của gỗ ......................................................................................12
2.4.4. Cơ chế chống cháy cho gỗ ...............................................................................15
2.4.4.1. Lý luận về sự cản trở quá trình cháy ........................................................15
2.4.4.2. Lý luận về tác động của nhiệt ...................................................................15
2.4.4.3. Lý luận về làm loãng khí có thể cháy .......................................................16
2.4.4.4. Lý luận về bẫy gốc tự do ..........................................................................16
2.4.4.5. Lý luận về chống cháy hoá học ................................................................16
2.4.5. Các chất chống cháy và phụ gia chống cháy ...................................................16

-iv-


2.4.5.1. Phân loại chất chống cháy ........................................................................17
2.4.5.2. Các chất phụ gia ( xúc tác). .....................................................................19
2.4.6. Phân tích cơ chế chống cháy của các chất chống cháy ..................................20
Chương 3 : NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................24
3.1. Nội dung nghiên cứu ..............................................................................................24
3.2. Các phương pháp nghiên cứu .................................................................................24
3.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ..................................................................24
3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm .............................................................24
3.2.2.1. Phương pháp nghiên cứu thăm dò ............................................................24
3.2.2.2.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm xử lý chống cháy gỗ ...............26

3.2.3. Phương pháp xử lý số liệu ...............................................................................32
3.2.4. Các phương pháp công nghệ xử lý chống cháy cho gỗ ...................................32
3.2.4.1 Phương pháp xử lý bề mặt .........................................................................32
3.2.4.2. Phương pháp ngâm tẩm hoá học ..............................................................33
3.2.5. Các chỉ tiêu đánh giá khả năng chống cháy. ...................................................33
3.2.6. Các phương pháp kiểm tra khả năng chống cháy............................................34
3.3. Vật liệu thí nghiệm .................................................................................................35
3.3.1 Gỗ thông ba lá ..................................................................................................35
3.3.2 Hóa chất ............................................................................................................36
3.4. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ...............................................................................37
Chương 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................................38
4.1 Kết quả nghiên cứu. .................................................................................................38
4.1.1 Tỷ lệ tổn thất khối lượng và thời gian bắt lửa của gỗ thông. ...........................38
4.1.2. Kết quả nghiên cứu thăm dò. ...........................................................................39

4.1.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm.....................................................................41
4.1.3.1. Xây dựng phương trình tương quan dạng mã hóa. ..................................41
4.1.3.2. Kiểm tra các hệ số hồi quy và tương thích của mô hình .........................42
4.1.3.3. Chuyển mô hình về dạng thực .................................................................46
4.1.3.4. Phân tích mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến các thông số
đầu ra. ....................................................................................................................47
4.2. Xác định các thông số tối ưu ..................................................................................47
-v-


4.2.1

Xác định các thông số tối ưu hóa hàm một mục tiêu ....................................50

4.2.2

Xác định các thông số tối ưu hóa hàm đa mục tiêu .......................................50

4.3: Kiểm tra độ bền uốn tĩnh gỗ thông sau khi ngâm tẩm chất chống cháy . ..............55
4.4. Nhận xét – đánh giá kết quả nghiên cứu. ...............................................................55
4.5 Kết quả giá trị các thông số công nghệ..................................................................56
4.6. Đề xuất giải pháp công nghệ phòng chống cháy cho gỗ Thông ............................56
Chương 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................58
5.1. Kết luận...................................................................................................................58
5.2. Kiến nghị ................................................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................60

-vi-

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TTKL:

Tổn thất khối lượng

TGBL:

Thời gian bắt lửa

PCCC:

Phòng cháy chữa cháy

h:

Giờ

s:

Giây

C:

Nồng độ (%)

Tn:

Thời gian ngâm

T:

Thời gian bắt lửa (TGBL)

K:

Tỷ lệ tổn thất khối lượng (TTKL)

HC:

Hợp chất

SLLL:

Số lần lặp lại

TN:

Thí nghiệm

Ylt:

Giá trị lý thuyêt

Ytn:

Giá trị thực nghiệm

TB:

Trung bình

STT:

Số thứ tự

-vii-


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 : So sánh tính năng hoà tan trong nước của vài hợp chất Bo .........................22
Bảng 3.1: Kế hoạch thí nghiệm thăm dò trên 7 loại hợp chất chống cháy....................25
Bảng 3.2: Bảng dự kiến các thông số đầu vào và thông số đầu ra ................................28
Bảng 3.3: Các mức và bước thay đổi của các thông số thí nghiệm ..............................31
Bảng 3.4: Ma trận thí nghiệm gỗ thông chậm cháy ......................................................31
Bảng 3.5. Các hạng mục đo đạc khả năng chống cháy .................................................35
Bảng 3.6: Một số hợp chất chống cháy. ........................................................................36
Bảng 4.1: Kết quả thực nghiệm thời gian bắt lửa và tỷ lệ tổn thất khối lượng. ............38
Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu thăm dò của công thức 1. ......................39
Bảng 4.3: Bảng số liệu về các chỉ tiêu thăm dò của công thức 2 ..................................40
Bảng 4.4: Bảng số liệu về các chỉ tiêu thăm dò của công thức 3 ..................................40
Bảng 4.5: Bảng giá trị thực nghiệm các yếu tố đầu ra ..................................................41
Bảng 4.6: Bảng giá trị Ti của hàm Y1 ............................................................................42
Bảng 4.7: Bảng kết quả thời gian bắt lửa lý thuyết (Y1lt) ..............................................44
Bảng 4.8: Bảng giá trị Ti của hàm Y2 ............................................................................45
Bảng 4.9: Bảng kết quả tỷ lệ tổn thất khối lượng lý thuyết (Y1lt) .................................46
Bảng 4.10: Kết quả tính toán tối ưu của hàm một mục tiêu ..........................................50
Bảng 4.11: Kết quả tối ưu hàm hai mục tiêu .................................................................53
Bảng 4.12: Ứng suất uốn tĩnh mẫu gỗ đối chứng. .........................................................55
Bảng 4.13: Ứng suất uốn tĩnh mẫu gỗ sau khi ngâm hóa chất chống cháy...................55
Bảng 4.14: Bảng tổng hợp giá trị các thông số công nghệ ............................................56

-viii-


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: Cấu tạo thô đại gỗ thông ba lá .........................................................................4
Hình 1.2: Cấu tạo hiển vi của gỗ thông ba lá ..................................................................5
Hình 3.1: Mẫu gỗ thí nghiệm ........................................................................................35
Hình 3.2: Hình ảnh một số dụng cụ thí nghiệm ............................................................37
Hình 4.1: Biểu đồ tương thích giữa mô hình lý thuyết với thực nghiệm hàm Y1 .........43
Hình 4.2: Biểu đồ tương tích của mô hình lý thuyết với thực nghiệm hàm Y2.............46
Hình 4.3: Đồ thị so sánh các điểm thực nghiệm với lý thuyết hàm YTGBL ...................47
Hình 4.4: Đồ thị thể hiện mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến hàm YTGBL ....48
Hình 4.5: Đồ thị so sánh các điểm thực nghiệm với lý thuyết hàm YTTKL....................48
Hình 4.6: Đồ thị thể hiện mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến hàm YTTKL ....48
Hình 4.7: Biểu đồ quan hệ C – Tn – T ...........................................................................49
Hình 4.8: Biểu đồ quan hệ C – Tn – K...........................................................................49
Hình 4.9: Mẫu gỗ kiểm tra độ bền uốn tĩnh. .................................................................54
Hình 4.10: Kiểm tra độ bền uốn tĩnh. ............................................................................54
Hình 4.11: Sơ đồ công nghệ xử lý gỗ thông chậm cháy ............................................... 56

-ix-


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài
Cháy nổ là một trong những hiểm họa đối với cuộc sống của chúng ta. Hàng năm

chúng ta phải đối mặt với hàng ngàn vụ cháy nổ thiệt hại ngày càng lớn về người và tài
sản.Theo thống kê của hội nghị sơ kết 5 năm thực hiện luật phòng cháy chữa cháy, do
Sở Cảnh sát phòng cháy chữa cháy TP Hồ Chí Minh thực hiện, trong vòng 5 năm từ
2001 – 2006 , trên địa bàn thành phố đã xảy ra 1.267 vụ cháy, tính trung bình mỗi năm
xảy ra 313 vụ cháy. Con số thống kê này cho thấy, so với cùng kì 5 năm từ 1995 –
2000 thì số vụ cháy đã tăng vọt 647 vụ. Tình trạng cháy nỗ đã gây ra thiệt hại rất lớn
về người và kinh tế. Cụ thể là 123 người thiệt mạng, 326 người bị thương và hơn 250
tỉ đồng.
Theo báo cáo của Cục phòng cháy chữa cháy năm 2007, trên cả nước đã xảy ra
2.628 vụ cháy, trong đó có 1.879 xảy ra ở nhà dân, và 749 vụ cháy rừng, về tài sản
thiệt hại trị giá 623 tỷ đồng. Năm 2008 xảy ra 1993 vụ cháy, chết 52 người, bị thương
206 người, về tài sản thiệt hại trị giá 609,1 tỷ đồng và 1.506 ha rừng, chiếm 81,3%
tổng thiệt hại. Năm 2009 xảy ra 1548 vụ cháy, chết 71 người, bị thương 250 người, tài
sản thiệt hại trị giá 506 tỷ. Đáng chú ý là hầu hết số vụ cháy xảy ra là do vi phạm qui
trình kĩ thuật, vi phạm qui đình về luật PCCC trong sản xuất. Đặc biệt trong quí 1 năm
2010 đã có hơn 30 vụ cháy, số người chết 9, tài sản thiệt hại hàng trăm tỷ đồng.
Chính vì vậy, công tác phòng cháy chữa cháy hiện nay rất quan trọng và cấp bách
không những trong ngành gỗ mà còn trong tất cả các ngành kinh tế lớn nhỏ.
Gỗ có nhiều ưu điểm thỏa mãn nhu cầu cấp thiết và ngày càng cao của con người
như:
− Gỗ có màu sắc, vân thớ đẹp, dễ nhuộm, dễ tẩy màu và dể trang sức bề mặt.
− Cách nhiệt, cách điện, cách âm tốt, nhiệt giãn nở bé.
− Gỗ nhẹ, khối lượng thể tich trung bình từ 0,5 – 0,7g/cm3 nên rất thuận tiện cho
chuyên chở.

-1-


− Gỗ mềm, dễ gia công, cắt gọt, có thể tạo nhiều sản phẩm đa dạng với nhiều mẫu

mã thể hiện tình độ nghệ thuật cao.
− Dễ phân ly bằng phương pháp hóa học để sản xuất ván nhân tạo, sản xuất giấy,
tơ nhân tạo.
Bên cạnh những ưu điểm, gỗ còn có những nhược điểm rất cần được quan tâm,
hạn chế khắc phục như:
− Sinh trưởng chậm, khuyết tật tự nhiên nhiều, tính chất gỗ biến động phụ thuộc
vào điều kiện sinh trưởng, đặc điểm giống loài.
− Hút ẩm nhanh, thoát hơi nước mạnh nên rất dễ cong vênh, biến hình, làm biến
đổi các tính chất cơ học.
− Dễ mối mọt, dễ biến màu và dễ cháy.
Theo các nghiên cứu trước đây khẳng định gỗ là loại vật liệu dễ cháy và việc
nghiên cứu tìm ra biện pháp ngăn chặn khả năng cháy và bắt lửa nhanh của gỗ là rất
quan trọng nhằm mục đích chính là làm giảm tổn thất và thiệt hại cho các doanh
nghiệp gỗ nói riêng và cho toàn xã hội nói chung. Đặt biệt là gỗ thông đang được sử
dụng phổ biến trên thị trường, nhưng đây cũng là loại gỗ dễ cháy. Cho nên việc tìm ra
giải pháp hạn chế tính bắt lửa và kéo dài thời gian cháy của loại gỗ này đang được rất
nhiều nhà doanh nghiệp quan tâm.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế, tầm quan trọng của việc chống cháy gỗ trong ngành
chế biến gỗ trong hiện tại cũng như trong tương lai, nên việc “nghiên cứu một số thông
số công nghệ làm giảm khả năng cháy của gỗ Thông” là vấn đề cấp thiết có ý nghĩa về
mặt kinh tế, khoa học, công nghệ cũng như tạo ra một loại sản phẩm mới trong ngành
chế biến gỗ đồng thời đóng góp một phần không nhỏ trong việc bảo đảm an toàn về
tính mạng và tài sản cho người dân và doanh nghiệp.
1.2. Mục tiêu và mục đích nghiên cứu
1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ (loại hóa chất xử lý chống cháy,
nồng độ, thời gian xử lý gỗ) nhằm mục tiêu làm chậm khả năng cháy của gỗ (giảm
thời gian bắt lửa và tỷ lệ tổn thất khối lượng). Đồng thời đề xuất phương pháp công
nghệ xử lý chậm cháy gỗ thông.

-2-


1.2.2. Mục đích nghiên cứu
Giảm khả năng bắt lửa cho gỗ và giảm tốc độ cháy nhằm giảm bớt thiệt hại về
người và tài sản do cháy gây ra.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài trình bày các vấn đề cốt yếu về lý thuyết chống cháy cho gỗ và nghiên cứu
tạo ra gỗ chậm cháy phù hợp với trang thiết bị và điều kiện sản xuất của Việt Nam.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả của quá trình nghiên cứu có thể áp dụng để xử lý gỗ chậm cháy.
Có ý nghĩa lớn trong việc phòng tránh những tổn thất do cháy gây ra.
1.4. Đối tượng nghiên cứu
Gỗ thông ba lá là một loại gỗ có vân thớ đẹp, khối lượng thể tích trung bình, dễ
gia công cắt gọt,..Do ưu điểm của nó ngày càng được khẳng định nên chúng ngày càng
được sử dụng nhiều trong sản xuất sản phẩm mộc. Bên cạnh đó thì nó cũng là một loại
gỗ dễ bị nấm mốc, mối mọt và đặc biệt là dễ cháy. Vì vậy việc nghiên cứu tạo ra sản
phẩm gỗ thông ba lá chậm cháy là một yêu cầu cấp thiết, đáp ứng được yêu cầu của
người sử dụng và doanh nghiệp.
Một số đặc điểm của gỗ Thông ba lá:
Tên Việt Nam

: Cây thông ba lá

Tên các nước lân cận

: May pek( Lào- Thái)

Tên khoa học

: Pinus kesiya

Họ thực vật

: Pinaceae

Tên thương mại

: pine

− Đặc điểm hình thái
Cây gỗ lớn, cao từ 30 – 35m, đường kính 60 –
70cm hoặc hơn, thân thẳng tròn, vỏ màu. Lá mềm,
thường có ba lá dạng kim mọc chụm trong một bẹ ở đầu
cành, lá dài 15 – 20cm, bẹ dài 1,2cm. Quả nón hình
trứng viên chùy, dài 5 – 9cm, thường quặp xuống, đôi
khi hơi vẹo. Vảy quả năm thứ 2 có mắt vảy dày, rốn hơi
lồi đôi khi có gai nhọn, có 2 đường gờ ngang. Hạt có cánh dài từ 1, 5 – 2,5cm.
-3-


− Đặc điểm tự nhiên
Thông ba lá ưa đất tốt, ưa sáng, khí hậu mát, nhiều sương mù, nên vùng đất ôn
đới là thích hợp nhất, thường phân bố ở độ cao trên 900m so với mực nước biển. Cây
tái sinh hạt mạnh nơi đất trống. Trên thế giới có thể thấy Thông ba lá phân bố ở Ấn
Độ, nam Trung Quốc, Thái Lan, Malaixia, Philippin. Ở Việt Nam cây mọc ở vùng núi
cao: Lạng Sơn, Cao Bằng, Quảng Ninh, Lâm Đồng, Tây nguyên. Mọc ở độ cao 1.000
đến 1.800m trên cao nguyên Langbian và được mọc ở độ cao thấp hơn từ 800 đến
1.000m trên cao nguyên Di Linh.

− Cấu tạo thô đại:

Hình 1.1: Cấu tạo thô đại gỗ thông ba lá.[25]
Gỗ có dác và lõi phân biệt, dác màu trắng vàng, lõi màu vàng, có mùi thơm của
nhựa dầu. Vòng sinh trưởng rõ ràng và dứt khoát, thường rộng 4 – 5 mm, trong giới
hạn từng vòng sinh trưởng có gỗ sớm và gỗ muộn phân biệt rõ ràng, hoặc chuyển tiếp
dần từ gỗ sớm sang gỗ muộn, phần gỗ muộn thường rộng dưới 1/5 so với độ rộng của
vòng sinh trưởng. Cấu tạo mặt gỗ mịn, tia gỗ có 2 độ rộng khác biệt, những tia có ống
dẫn nhựa ngang bao giờ cũng lớn hơn những tia bình thường khác, trên mặt cắt ngang
bao giờ cũng thấy được ống dẫn nhựa dọc phân bố trên mặt gỗ, thường mật độ ở phần
gỗ muộn nhiều hơn và nhỏ hơn ở phần gỗ sớm. Có khi gặp những vết tích nhở do tổn
thương. Khó thấy mô mềm.
− Cấu tạo hiển vi:
Qua khỏa sát cấu tạo hiển vi trên ba mặt cắt mặt cắt ngang, mặt cắt tiếp tuyến,
mặt cắt xuyên tâm ta có thể quan sát thấy những đặc tính sau:
Trên mặt cắt ngang, quản bào có hình góc trong phần gỗ sớm, có hình tròn trong
phần gỗ sớm, chiều dài quản bào thay đổi từ 4 đến 5 – 6 (8) mm. Phần tận cùng quản
bào rất đa dạng. Lỗ thông ngang có bản dày phát triển, mép có khi có răng nhỏ, kích
thước thường thay đổi, có thể tới 20 – 25 μm, lỗ thường phân tán rời rạt hoặc gần, 1 –
-4-


2 dãy đồng đều trên quản bào hoặc có khi tập trung ở 2 phía tận cùng. Tia gỗ có dạng
phức tạp, phần lớn là tia hỗn hợp, thường có 1 – 2 dãy, ít khi 3 – 4 dãy tế bào ở phần
giữa tia, trong đó có 1 – 2 ống dẫn nhựa dầu. Quản bào tia có vách trong khác nhau, có
thể nhẵn, có răng nhỏ, có mấu lồi hoặc có hình mạng,…
Mô mềm phân tán hoặc khó thấy. Hệ thống ống dẫn nhựa dầu ngang và dọc phát
triển, ống dẫn nhựa dọc có ở phần gỗ muộn hoặc ở phần chuyển tiếp từ phần gỗ sớm
sang gỗ muộn thường gặp nhiều hơn. Đường kính ống dẫn nhựa dọc từ 63 - 100 μm ở
phần gỗ muộn và 100 – 190μm ở phần gỗ sớm.

Mặt cắt ngang

Mặt cắt tiếp tuyến

Mặt cắt xuyên tâm

Hình 1.2: Cấu tạo hiển vi của gỗ thông ba lá [6]
− Tính chất vật lý và cơ học gỗ:
Khối lượng thể tích cơ bản của gỗ biến động từ 0,442 − 0,480 g/cm3. Thông 3 lá
mềm, khá nhẹ.. Hệ số co rút thể tích trung bình (0,51kG). Điểm bảo hòa thớ gỗ trung
bình (35%). Giới hạn bền khi nén dọc thớ cao (760 kg/cm2). Giới hạn bền khi uốn tĩnh
cao (2080kG/cm2). Sức chống tách trung bình (12,1 kg/cm). Hệ số uốn va đập trung
bình 0,66.
− Hướng sử dụng gỗ:
Độ bền tự nhiên kém, độ bền cơ học từ trung bình đến cao, rất dễ bị nấm và mối
xâm hại. Gỗ được sử dụng nhiều trong xây dựng thông thường, dùng làm đồ mộc dân
dụng, đóng hòm và bao bì. Chú ý bảo quản bằng hóa chất trước khi sử dụng, không
nên sử dụng vào những cấu kiện va chạm và rung động.
Gỗ thuộc nhóm IV trong Bảng phân loại của Bộ Nông nghiệp 1977.[6].
-5-


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tình hình nghiêu cứu chống cháy trên thế giới
Chống cháy cho gỗ đã được các nước trên thế giới biết đến và thực hiện từ rất
sớm, vào năm 83 trước công nguyên niên giám Claudias còn ghi chép lô cốt bằng gỗ
dùng để bao vây tấn công cảng khẩu Piraerus của Hy Lạp đã được xử lý bằng dung
dịch muối sunphat kép mà mục đích chính của nó là cản trở tính bắt cháy. Đây là kĩ

thuật làm chậm cháy cho gỗ đầu tiên được sử dụng trong lịch sử nhân loại.
Năm 1899 chính quyền Newyork đã quy định nếu là nhà từ 12 tầng trở lên thì
nhất định phải dùng loại gỗ nhân tạo và gỗ đã được qua xử lý chống cháy.
Năm 1984 pháp lệnh của Nhật quy định đối với nhà cao tầng (>31m), các cửa
hàng siêu thị, ăn uống và những công trình công cộng nhất thiết phải dùng sản phẩm
gỗ và cellulose đã qua xử lý chống cháy ví dụ như đối với gỗ dán, ván sợi hoặc thảm.
Năm 1907, người ta cho MgO, MgCl2, MgBr2 vào trong các loại ván tương tự
như ván amiang bây giờ. Do trong thành phần của hóa chất xử lý có Halogen thể hiện
được tính chống cháy rõ rệt nên ngay lập tức được các nhà sản xuất chấp nhận.[16]
Năm 1940, các công trình nghiên cứu của hãng “Bankroft” đã công bố một số
chất chống cháy vô cơ (muối bazo), các sáng chế của Z.A. Rogovin cùng các cộng tác
viên đã tọa ra các chất chống cháy hữu cơ ( chất cloparaffin).
Năm 1953, Anon đã đưa ra một số chất chống cháy vô cơ, như: chất chống cháy
nhóm Bo, hợp chất kim loại.
Đến năm 1960, S. M. Gorxin đã công bố các chất chống cháy vô cơ, như: chất
chống cháy hệ P – N, nhóm Halogen.
Vào những năm 1970 đến 1980, các nhà khoa học Liên Xô đã tạo ra chất chống
cháy axit photphoric đa tụ. Chất này được tạo ra do các phản ứng của Ure, melamin
với axit photphoric (H3PO4). Chất chống cháy này được sử dụng nhiều để xử lý các
loại vải chống cháy, cho ván dăm và ván sợi.
Từ những năm 1970 trở lại đây, hợp chất đa tụ nhóm P – N, chất chống cháy kí
hiệu (A – PP) có công thức phan tử (NH4)n+2PnO3n+1, được tạo ra. Nó là một hợp chất
-6-


dạng bột màu trắng, có khả năng chống cháy tốt, khả năng tan trong nước 0,1 ÷ 0,6%.
Vào những năm 1970, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra các loại keo kí hiệu
(U.D.PF). MDPF, H3PO4.PFAC, H3PO4.MFAC, H3PO4.MFAC có khả năng chống
cháy.[16]
Hiện nay các chất chống cháy trong thành phần có chứa photpho đang được ưu

chuộng trong xử lý ván dăm, ván sợi.
Đầu thế kỷ 20, các phương pháp chống cháy đầu tiên được đưa vào sản xuất là
phương pháp quét và phương pháp ngâm tẩm chống cháy. Đến năm 1970, các nhà
khoa học Trung Quốc đã dùng phương pháp tẩm áp lực và tẩm bằng dòng cao tần.
Cũng vào những năm này các nhà khoa học Liên Xô và Trung Quốc đã đưa ra phương
pháp dán phủ lên ván nhân tạo các màng chống cháy. Năm 1972, K.C. Shen và
Fung.D.P.C đã đưa ra một phương pháp chống cháy mới cho ván nhân tạo nói chung
và ván dăm nói riêng – phương pháp ép nhiệt. Phương pháp này ngay lập tức được
ứng dụng chống cháy cho ván nhân tạo.
Phương pháp ép nhiệt vào những năm 1980 cũng được ứng dụng nhiều ở Liên
Xô. Năm 1978, Từ Vinh Lan đã tiến hành ngâm dăm, sợi ván mỏng vào trong dung
dịch chất chống cháy. Phương pháp này sau đó, được ứng dụng nhiều trong chống
cháy cho ván sợi ở Liên Xô. Sau đó, một số nước như Liên Xô, Thụy Sĩ, Mỹ, Trung
Quốc đã tiến hành một số phương pháp chống cháy khác nữa, như: phun chất chống
cháy riêng và phun keoi riêng, cho chất chông cháy vào công đơạn trải thảm...Tuy
nhiên, các phương pháp đó cũng nhanh chóng bị các nhà sản xuất phê phán.
Năm 1978, A.A. Moslemi đã đưa ra phương pháp trộn chất chống cháy cùng keo
dán. Phương pháp này đã nhanh chóng được các nhà sản xuất chấp nhận. Từ đó đến
nay, phương pháp này là một trong những phương pháp được sử dụng nhiều nhất.
Từ những năm 40 của thế kỷ 20, rất nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về cơ chế
chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ gỗ. Tuy nhiên, các giải thích về cơ chế chống cháy
chỉ dừng lại ở một đến hi hướng và chỉ đúng cho một vài vật liệu. Phải từ những năm
1970, các cơ chế chống cháy cho gỗ và các sản phẩm từ gỗ mới hoàn thiện dần. Các
nhà khoa học đã đưa ra cơ chế chống cháy tương đối hoàn thiện như: A.A. Moslemi –
1978, Arsenault H.R.D – 1959, F.C Browe – 1982,...[16]

-7-


Trong công tác phòng và chống cháy, việc nghiên cứu động học quá trình cháy có

ý nghĩa rất quan trọng. Việc nghiên cứu động học quá trình cháy một cách chính xác
sẽ cho phép đề ra các phương pháp chống cháy, các chất chống cháy phù hợp. Chính
vì vậy, các nhà khoa học đã nghiên cứu và công bố về động học cùa quá trình cháy gỗ
và sản phẩm từ gỗ. Tuy nhiên, các nhà khoa học chưa có sự thống nhất trong các quan
điểm về quá trình cháy của các sản phẩm từ gỗ. Mặc dù, hầu như các công trình về
chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ gỗ đều có nêu về quá trình cháy. Điểm chưa thống
nhất ở đây là sự phân chia giai đoạn và các sản phẩm tạo ra trong các giai đoạn của
quá trình cháy.
Việc nghiên cứu thành phần các nguyên tố hóa học gỗ và sản phẩm gỗ có ý nghĩa
hết sức quan trọng. Nó cho phép tính toán nhiệt lượng cháy và thành phần các chất
thoát ra khi cháy.
Do đó việc sản xuất mang tính công nghiệp để xử lý chống cháy cho các sản
phẩm gỗ là rất cần thiết được đặt vào chương trình nghị sự, từ đó mà hình thành loại
sản phẩm mới của gỗ: Gỗ chống cháy và gỗ nhân tạo chống cháy.
2.2 Tình hình nghiên cứu chống cháy ở Việt Nam
Ở Việt Nam, về phòng chống cháy nói chung đã và đang được chính phủ rất quan
tâm. Tuy nhiên, các nghiên cứu đó chủ yếu là chữa cháy. Còn việc phòng, chống cháy
cho gỗ và sản phẩm từ gỗ thì mới có một số ít người nghiên cứu.
Năm 2004, Quốc hội nước Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam đã thông qua
Luật Phòng chống cháy. Trong đó, một trong những yêu cầu bắt buộc đối với gỗ dùng
trong sản xuất hàng mộc, đồ dân dụng, trong xây dựng là phải có tính chống cháy. Vì
vậy các nhà khoa học và các nhà sản xuất của ngành chế biến lâm sản cần phải có các
nghiên cứu và sử dụng các loại gỗ và sản phẩm gỗ chống cháy.
Ở Việt Nam, tính tới thời điểm hiện tại, cũng chỉ có một công trình nghiên cứu
chống cháy cho gỗ và vật liệu gỗ, đó là Luận án Tiến Sĩ thuộc Viện Khoa Học Lâm
Nghiệp Việt Nam của tác giả Trần Văn Chứ (2001) về: “Nghiên cứu tạo ván dăm
chậm cháy”. Trong đề tài tác giả sử dụng nguyên liệu sản xuất ván dăm dùng để
nghiên cứu chống cháy là gỗ bồ đề. Chất chống ẩm dùng trong sản xuất là parafin
dùng trong ván dăm chậm cháy, keo dán là keo U – F. Tác giả đã đưa ra được 3 công
thức pha chế hóa chất tối ưu, có tác dụng tốt trong chống cháy của ván dăm mà không

-8-


làm ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lý của ván dăm là: H3BO3(50%) và
Na2B4O7.10H2O

50%;

Na2HPO4.12H2O

55%

và

(NH4)2HPO4

10%;

chất

amoniphotpho từ H3PO4 và Ure (NH2)2CO. Trong đó khả năng chống cháy của công
thức Na2HPO4.12H2O 55% và (NH4)2HPO4 10% là cao nhất, có khả năng ngăn cản
cháy có ngọn lửa, cháy có khói và cháy lan tỏa. Tuy nhiên công thức chất
amoniphotpho từ H3PO4 và Ure (NH2)2CO được tác giả kết luận là phù hợp nhất trong
điều kiện sản xuất của nước ta. Công thức này có ưu điểm là ít ảnh hưởng đến tính
chất cơ lý của ván, giá cả rẻ nhất trong ba công thức pha chế và có khả năng hòa tan
trong nước ở mọi tỷ lệ, hầu như không độc hại và khả năng chống cháy đáp ứng được
theo tiêu chuẩn.[3]
Những điều đó thực chất là một phương pháp xử lý nhằm phòng ngừa sự bén lửa
hoặc trì hoãn sự cháy. Việc cần thiết là nghiên cứu tính năng và sản xuất chất chậm

cháy, tìm hiểu cơ chế cháy, tìm hiều sự ảnh hưởng của hóa chất xử lý chống cháy đối
với tính năng của gỗ, nắm bắt kĩ thuật xử lý chống cháy. Trên cơ sở đó có thể xử lý
chống cháy cho gỗ đạt chất lượng cao, giá thành hạ. Do đó chống cháy cho gỗ có liên
quan đến hợp chất hữu cơ, vô cơ, cao phân tử và công nghệ gia công chế biến gỗ mà
việc nghiên cứu chống cháy cho gỗ đã thúc đẩy phát triển một số ngành liên quan. Các
chất chống cháy cho gỗ đã được miêu tả khá đầy đủ. Tuy nhiên, chưa có công trình
nghiên cứu nào nêu ra loại hóa chất nào là phù hợp để sử dụng chống cháy cho một
loại gỗ cụ thể nào đó với hàm lượng dùng thích hợp là bao nhiêu.
Hầu hết các loại gỗ đều rất dễ cháy, gỗ thông, gỗ cao su và các loại gỗ rừng trồng
khác là những loại gỗ mềm, nhẹ, dễ cháy nhất, được sử dụng nhiều nhất nhưng hiện
nay vẫn chưa có một công trình nghiên cứu nào hoàn chỉnh nào được thực hiện nhằm
làm giảm tính cháy và tính bắt lửa nhanh của các loại gỗ này. Vì vậy hướng nghiên
cứu của đề tài là tìm ra các thông số công nghệ, hoàn thiện qui trình phòng chống cháy
để tạo ra một số loại gỗ chậm cháy nhưng tính chất cơ học và vật lý của gỗ vẫn đảm
bảo để sử dụng trong xây dựng, sản xuất hàng mộc, bên cạnh đó gỗ vẫn đảm bảo tốt
sau khi xử lý chống cháy. Qui trình sản xuất phải dễ đơn giản, dễ thực hiện. Hóa chất
sử dụng phải có giá thành hợp lý, ít độc hại đối với người sử dụng và không làm thay
đổi màu sắc của gỗ.

-9-


2.3 Nhận xét chung về tình hình nghiên cứu
Qua quá trình tìm hiểu về các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên
thế giới về phòng, chống cháy cho gỗ chúng tôi nhận thấy: các nhà khoa học của Liên
Xô cũ, Trung Quốc, Mỹ,…đã có những nghiên cứu về chống cháy cho gỗ và sản phẩm
từ gỗ theo các hướng như: quá trình cháy, các phương pháp phân tích cơ, nhiệt trong
quá trình cháy vật liệu, cơ chế chống cháy, các chất chống cháy, phương pháp chống
cháy…Tuy nhiên, các công bố đó chỉ có giá trị thông tin khoa học nhưng không thể áp
dụng vào một loại gỗ cụ thể nào đó ở Việt Nam. Tính tới thời điểm hiện nay, ta có thể

nhận định các hướng nghiên cứu chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ gỗ như sau:
Về quá trình cháy của gỗ và sản phẩm gỗ: các nhà khoa học đã có công trình
nghiên cứu khá sâu về động học cháy gỗ và sự phân chia các giai đoạn cháy của gỗ.
Các loại sản phẩm tạo ra trong các giai đoạn của quá trình cháy tương đối chính xác.
Qua quá trình thực nghiệm tìm ra cơ chế cháy của gỗ, các nhà khoa học cũng đưa ra
nhiều phương pháp, nhiều dụng cụ để tiếp tục tiến hành nghiên cứu quá trình cháy của
gỗ. Na Bin Zhou Dingguo (1997) cho rằng quá trình cháy của gỗ giống quá trình cháy
của ván dăm [3]. Trong khi đó, Thành Tuấn Khanh (1985) và đa số các nhà khoa học
khác đều nhận định quá trình cháy của ván dăm khác gỗ. Mặt khác, việc nghiên cứu
động học quá trình cháy của gỗ như sự thay đổi nhiệt độ bên trong mẫu thử, thời gian
bén lửa, cháy có ngọn lửa, cháy âm ĩ, sự thay đổi khối lượng… vẫn chưa có một số
liệu cụ thể nào công bố. Từ đó, việc đề ra các cơ chế chống cháy và lựa chọn chất
chống cháy hợp lý đặc trưng cho từng loại gỗ chưa thống nhất và chưa có công trình
nào nghiên cứu, công bố cụ thể. Chính vì vậy mà chúng tôi đề ra vấn đề nghiên cứu từ
công nghệ chế tạo và hoàn thiện qui trình xử lý gỗ, sản phẩm từ gỗ chậm cháy, đề tài
vừa có ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn đáp ứng nhu cầu cho sản xuất và thực tế
sử dụng, đồng thời thay đổi dần một số sản phẩm gỗ đang phải nhập khẩu như hiện
nay.
Các chất chống cháy đã được nêu ra khá đầy đủ. Tuy nhiên, chưa có công trình
nghiên cứu nào nêu ra loại hóa chất cụ thể nào phù hợp cho gỗ và lượng dùng hợp lý là
bao nhiêu.

-10-


2.4. Cơ sở lý thuyết của quá trình nghiên cứu.
Cháy là phản ứng hoá học chỉ vật bị oxy hoá giải phóng nhiệt năng đồng thời có
khói hoặc ngọn lửa, cuối cùng biến thành vật chất khác. Đồng thời với quá trình này
kéo theo sự biến đổi về vật chất và sự biến đổi về vật chất và sự chuyển hoá năng
lượng. Đốt cháy gỗ có thể phân thành 4 dạng hình thái: Cháy tự nhiên, cháy có ngọn,

cháy có khói và cháy độ cao
2.4.1. Bốn dạng hình thái cháy
− Cháy tự nhiên: Gỗ trong tình trạng không có tác dụng của nguồn lửa bên ngoài
do chịu nhiệt hoặc do phản ứng phát nhiệt của bản thân đồng thời tích trữ mà dẫn đến
sự cháy.
− Cháy có ngọn lửa: là một bước quan trọng trong quá trình nhiệt phân gỗ. Khi
vật chất nhiệt giải thứ cấp hỗn hợp với không khí để hình thành hỗn hợp khí dễ cháy
nếu bị dẫn lửa và cháy giải phóng một lượng nhiệt lớn đồng thời phát ra ánh sáng,
nhiệt lượng phát ra với sự cháy có ngọn đều lớn hơn so với cháy có khói và cháy đổ,
chiếm khoảng trên 2/3 tổng nhiệt lượng của gỗ giá trị vào khoảng 12.5 MJ/kg.[16]
− Cháy có khói: Khi gỗ cháy trong tình trạng không phát ra ánh sáng mà thông
thường lại có khói do sự cháy thoát ra.
− Cháy nhiệt độ cao: Gỗ ở trạng thái thể rắn mà có sự cháy lại không có lửa,
khói, do đó còn được gọi là sự cháy không có lửa khói. Sự cháy này phát sinh sau khi
có sự cháy có ngọn, có ánh sáng, nhưng thông thường không có không khí, có khói và
không có ngọn (khi O2 cháy thì có khói màu trắng). Vật chất để duy trì sự cháy này
chủ yếu là lignin, còn có tàn dư than của cellulose. Sự cháy này cần phải có 3 yếu tố:
Vật có thể cháy, nhiệt độ nhiệt giải và O2. Tốc độ cháy của loại cháy này chậm chạp,
sự giải phóng nhiệt của nó cũng ít hơn so với cháy có ngọn.
2.4.2 Một số thuật ngữ dùng trong nghiên cứu chống cháy gỗ.
− Cháy om: Trong điều kiện thí nghiệm quy định sau khi chấm dứt sự cháy có
ngọn hoặc nguồn cháy có ngọn được cách ly thì vật liệu vẫn duy trì sự cháy không có
ngọn.
− Thời gian cháy om: Trong điều kiên thí nghiệm quy định khi cháy có ngọn kết
thúc hoặc nguồn cháy có ngọn được cách ly thời gian của sự cháy tiếp tục được duy trì
của vật liệu, còn được gọi là kỳ cháy om
-11-


− Ngọn lửa: Là khu vực cháy tưởng khí phát quang

− Lửa sáng: Ngọn lửa trong quá trình duy trì từ sau khi xuất hiện.
− Bắt lửa: Dùng hoặc không dùng nguồn nhiệt bên ngoài mà làm cho gỗ bị cháy.
− Đốt lửa: Làm cho tác dụng cháy bắt đầu cũng gọi là đốt hoặc châm ngòi cho
quá trình cháy.
− Nhiệt độ dẫn cháy: Trong điều kiện thí nghiệm quy định nhiệt độ làm cho gỗ
bắt đầu duy trì sự cháy cũng còn gọi là nhiệt độ bắt lửa.
− Chỉ số O2 giới hạn: Trong điều khí thí nghiệm quy định là lượng nồng độ oxy
thấp nhất trong hỗn hợp O2, N2 vừa đủ để duy trì trạng thái cháy, biểu diễn bằng số %
cũng được gọi là chỉ số O2.
− Dung dịch chống cháy: Dung dịch chống cháy là dung dịch hoá chất dùng để
cải thiện sự chống cháy của vật liệu.
− Xử lý chống cháy: Xử lý chống cháy là quá trình hoá học nhằm cải thiện sự
chống cháy của vật liệu.
2.4.3. Quá trình cháy của gỗ
Quá trình cháy là các tác động hoá học của các chất hoặc các sản phẩm biến đổi
của chúng với Oxy, đồng thời giải phóng nhiệt lượng, khói và lửa.
Các tác động bao gồm phần lớn các nguyên tố của quá trình hoá học. Nó liên kết
chặt chẽ với quá trình trao đổi nhiệt lượng và lượng của các chất. Đặc trưng của đường
cháy là khả năng lan tỏa theo không gian bởi sự truyền nhiệt.
Quá trình cháy của gỗ được Na Bin Zhou Dinggou (1997), A.a. Леонович
(1994) phân thành các giai đoạn sau (trích dẫn bởi Trần Văn Chứ, 2001):
Giai đoạn đầu ( giai đoạn gia nhiệt): Nhiệt độ bề mặt gỗ khoảng 100oC. Đây là
giai đoạn thoát nước bề mặt, giải phóng nước tự do và một lượng rất nhỏ CO2,
C2H5OH, HCHO. Các phản ứng hóa học trong gỗ không xảy ra. Khi có nhiệt, gỗ được
sấy nóng, nước trong gỗ nóng lên. Ở 100oC, nước trong gỗ bốc hơi mạnh. Độ ẩm càng
cao, nhiệt độ ban đầu thấp thì nhiệt lượng cần phải sấy càng nhiều. Thời gian sấy càng
dài, nhiệt lượng sấy càng nhiều. Tuy nhiên, giai đoạn này cần không khí làm tác nhân
chứ không phải cung cấp oxy cho quá trình cháy. Khi nhiệt độ đạt 150oC các phản ứng
hóa học bắt đầu xảy ra chậm chạp. Sơ đồ của sự phân hủy mà không diễn ra cháy có
ngọn lửa như sau:. (C6H10O5)n

6nC + 5nH20
-12-


Giai đoạn 2 xảy ra sự phân ly Polioz (~ 2650C) cùng với quá trình giải phóng CO
và CH4 và những CH khác có những phân tử lượng thấp và dễ cháy. Quá trình nhiệt
phân bắt đầu, kèm theo sự tỏa nhiệt, sinh ra khí cháy, hơi nước, khói và than gỗ.
Những chất tạo thành ở giai đoạn 1 (to ≈ 220oC) bắt đầu tạo nhiệt phân tạo ra các sản
phẩm dầu gỗ.
Giai đoạn 3 ( cháy có ngọn lửa): là giai đoạn phân huỷ tích cực nhất tương ứng
với nhiệt độ lớn nhất của sự phân huỷ Cellulose ở nhiệt độ 3100C ( đối với Cellulose
nguyên chất nhiệt độ này  3200C). Các thành phần hóa học của gỗ thay đổi rất nhanh,
nhưng vẫn bảo toàn cấu trúc tế bào, cấu tạo sợi, khói ngừng hình thành. Quá trình phân
huỷ Lignin được xảy ra ở nhiệt độ 3600C và đặc trưng của sự tạo thành khối lượng cơ
bản của những sản phẩm dạng bay hơi (55% khối lượng mẫu thử)[16]. Nhưng giai
đoạn này lignin bị ảnh hưởng rất ít. Khi gỗ cháy, các chất bay hơi giải phóng 80%
nhiệt lượng và xenlulo giải phóng 74% nhiệt lượng[18]
Giai đoạn 4 là giai đoạn cấu hình than đặc trưng bằng sự toả nhiệt ở nhiệt độ
4800C. Lignin ở giai đoạn này bị phân rã tạo thành những sản phẩm bay hơi. Các phản
ứng nhiệt phân tiến hành rất nhanh ( rõ nhất ở 480oC) tạo ra nhiều sản phẩm nhiệt
phân. Sản phẩm dạng khí và lỏng chiếm 1,7%, gồm có CO2, CO, HCHO, H2...[ 16].
Cấu hình sóng cháy của gỗ giống như nhiên liệu cứng có thể biểu thị bằng sơ đồ một
mức (hình 2.1) [16].
Bề mặt cháy
Vùng tối
Pha lỏng

Vùng phản ứng cháy
Nhiệt độ đầu vào

Nhiệt độ bề mặt

Hình 2.1: Sơ đồ cháy
-13-


Nhiệt lượng đi vào pha ngưng tụ (K pha) và các phản ứng hoá học. Tiếp tục tăng
nhiệt độ, các chất trong gỗ bắt đầu phân giải do các phản ứng hoá học thu nhiệt và toả
nhiệt với sự tạo thành các sản phẩm và các sản phẩm đó bay hơi hoặc chuyển vào pha
hơi (quá trình khí hoá). Ở pha khí chúng được chuyển hoá thành các sản phẩm của quá
trình cháy. Đường giới hạn chia các vùng phản ứng thành pha ngưng tụ và pha khí là
bề mặt của sự cháy (bề mặt khí hoá) với nhiệt độ bề mặt là TS.
Bề mặt tiếp nối vùng hơi khói khí, sau đó chuyển đến vùng nhiệt độ cao của các
phản ứng chuyển đến lửa và vùng của những sản phẩm cháy, vùng trước vùng lửa gọi
là vùng tối.
Trong vùng cháy có ngọn lửa đạt nhiệt độ lớn nhất T. Giá trị cấu thành sóng
cháy cho phép hiểu thêm về quá trình cháy nhiều giai đoạn và khả năng phân tích quá
trình của sự chuyển đổi vật lý, lý hoá, hoá của các chất ban đầu thành các sản phẩm
cháy. Như vậy, sự cháy của các vật liệu gỗ là quá trình liên tục nhiều giai đoạn, bao
gồm sự tích tụ nhiệt lượng từ nguồn cháy. Sự phân huỷ nhiệt của vật liệu với sự tạo
thành các sản phẩm cháy bay hơi. Sự tạo thành lượng Cacbon cứng, sự phân rã của các
sản phẩm cháy bay hơi của quá trình nhiệt phân, những sản phẩm cháy của chúng và
than.
Khi cháy trong điều kiện đủ oxy, các ứng oxy hóa các gốc OH xảy ra và gốc OH
tăng lên, các chất bay hơi tiến hành phản ứng oxy hóa ngay sát và trên bề mặt gỗ.
Cháy có ngọn lửa chiếm 20% nhiệt lượng của vùng cháy. Sự chuyển dịch nhiệt lượng
khi cháy xảy ra tuân theo các qui luật về dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Sự phân hủy
nhiệt cảu gỗ bắt đầu bằng sự đứt mạch ở những mối liên kết yếu. Trong quá trình cháy,
các chất có phân tử lượng thấp được tạo thành do tách nhóm chức của hydrocacbon.
Đó là lý do tạo thành một lượng than dư sau khi cháy.

Sự phân huỷ nhiệt của các thành phần gỗ được nghiên cứu rất cụ thể. Với những
con đường khác nhau tạo thành Cellulose, Anhydro glucoze, Phuran và những sản
phẩm của nó và những hợp chất phân tử thấp. Những sản phẩm đơn phân của phân tử
Cellulose có khả năng tái hợp. Có thể cho rằng sự chuyển đổi nhiệt của Cellulose trong
vật liệu xảy ra ở nhiệt độ 250  3200C, Hemicellulose ở nhiệt độ 180  3000C, Lignin
thay đổi chậm ở khoảng 170 ~ 4500C[16]. Trong sự cháy tạo thành những sản phẩm
bay hơi, sự phân huỷ diễn ra ở lớp bề mặt vật liệu có chiều dày 2  3mm. ở Gradien
-14-


nhiệt độ lớn. Trong quá trình cháy tiếp diễn, dòng nhiệt lượng ngược gia nhiệt cho lớp
Cacbon hoá. Chất trong gỗ ở dưới lớp này được gia nhiệt và bị phân rã. Lớp than dày
lên dẫn đến sự truyền nhiệt giảm xuống. Lượng sản phẩm bay hơi gần bề mặt pha khó
giảm xuống, triệt tiêu đốm sáng của ngọn lửa và Oxy của không khí phủ trên bề mặt
than. Giai đoạn cháy lửa dẫn đến giai đoạn cháy than nhiệt độ trên bề mặt của nó được
tăng đến khoảng 500  7000C [16].
2.4.4. Cơ chế chống cháy cho gỗ
Sự cháy của gỗ bao gồm hàng loạt các biến đổi vật lý phức tạp và các phản ứng
hoá học, do thành phần chủ yếu của gỗ được hình thành bởi 3 dạng cao phân tử tự
nhiên: Cellulose, Hemicelullose và Lignin, nó là phức hợp thể hữu cơ cấu thành, quá
trình phân giải, cháy của 3 thành phần này cũng không giống nhau, làm cho việc
nghiên cứu sự chống cháy thêm phức tạp.
Browne và Lean đã tổng kết lý luận về cơ chế chống cháy đã được công bố và
chỉ ra như dưới đây.
2.4.4.1. Lý luận về sự cản trở quá trình cháy
Chất chống cháy dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nóng chảy thành dạng thể lỏng
hoặc thể thuỷ tinh, từ đó mà hình thành trên bề mặt gỗ một lớp màng che phủ ngăn
cách nhiệt, hoặc tạo thành một lớp bọt xốp cũng như trên sẽ có tác dụng cản trở sự
cháy, làm ngăn cách sự trao đổi năng lượng của bề mặt gỗ với môi trường xung quanh,
cũng chính là cắt đứt nguồn cung cấp oxy, ức chế sự sản sinh thể khí, có hiệu quả làm

chậm quá trình cháy và phân giải của gỗ. Các hóa chất có tác dụng này như: H3BO3,
Na2B4O7.10H2O, Na2Cr2O7, ZnCl2, NH3, glycol, glyxerin, hợp chất hydratcacbon,
phenol, amiang, AlCl3.
2.4.4.2. Lý luận về tác động của nhiệt
Do chất chống cháy làm tăng nhanh sự dẫn nhiệt cho gỗ, làm cho bề mặt gỗ
nhanh chóng được tản nhiệt nhanh hơn quá trình cấp nhiệt của nguồn cháy, làm chậm
quá trình tăng nhiệt độ bề mặt gỗ mà đa số các chất chống cháy, khi phân giải lại hấp
thụ nhiệt rất lớn mới xảy ra phản ứng. Chất chống cháy khi cháy hình thành một lớp
than hoá có tính dẫn nhiệt kém. Chất chống cháy trong gỗ đóng vai trò tản nhiệt, hút
nhiệt và cách nhiệt, có hiệu quả ức chế không cho gỗ đạt đến nhiệt độ cháy.

-15-