Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến chất lượng ván dăm hỗn hợp từ gỗ keo lai và bèo lục bình

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.71 MB, 110 trang )

i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

NGUYỄN THỊ THUẬN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÁN DĂM HỖN HỢP
TỪ GỖ KEO LAI VÀ BÈO LỤC BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2011

ii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

NGUYỄN THỊ THUẬN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÁN DĂM HỖN HỢP

TỪ GỖ KEO LAI VÀ BÈO LỤC BÌNH

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

Hà Nội, 2011

iii

LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn cao học, cho tơi bày tỏ lịng biết ơn sâu
sắc tới thầy giáo PGS.TS. Trần Văn Chứ đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi
trong suốt q trình làm luận văn.
Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp,
khoa Sau đại học, Khoa Chế biến Lâm sản, Trung tâm thực nghiệm và phát
triển công nghiệp rừng đã giúp đỡ tơi hồn thành luận văn trên.
Xin cảm ơn gia đình người thân và bạn bè, đã động viên, chia sẻ, giúp
đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn.
Tôi cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào khác.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 12 năm 2011
Tác giả

Nguyễn Thị Thuận

iv

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. iii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................ viii
DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................. ix
ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1
Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................... 3
1.1. Tình hình nghiên cứu .............................................................................. 3
1.1.1. Tình hình nghiên cứu về ván dăm hỗn hợp trên thế giới ................. 3
1.1.2. Tình hình nghiên cứu về ván dăm hỗn hợp ở Việt Nam .................. 7
1.1.3. Nhận xét chung................................................................................. 8
1.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................... 9
1.2.1. Mục tiêu lý thuyết ............................................................................ 9
1.2.2. Mục tiêu thực tiễn ............................................................................ 9
1.3. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................. 9
1.4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 10
1.5. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 10
1.5.1. Các yếu tố cố định .......................................................................... 10
1.5.2. Các yếu tố thay đổi ......................................................................... 10
1.6. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 11
1.6.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết................................................. 11

1.6.2. Phương pháp thực nghiệm ............................................................. 11
1.6.2.1. Kế hoạch thực nghiệm đơn yếu tố ......................................... 132
1.6.2.2. Kế hoạch thực nghiệm đa yếu tố ............................................. 13
1.6.2.3. Phương pháp xử lý số liệu ....................................................... 16
1.6.2.4. Giải bài toán tối ưu .................................................................. 16
1.6.3. Phương pháp kiểm tra chất lượng sản phẩm ván dăm hỗn hợp ..... 17

v

1.6.3.1. Kiểm tra khối lượng thể tích .................................................... 17
1.6.3.2. Phương pháp xác định độ dãn nở chiều dày khi hút nước....... 18
1.6.3.3. Phương pháp xác định ứng suất uốn tĩnh ................................ 19
1.6.3.4. Phương pháp xác định độ bền kéo vuông góc ......................... 21
1.7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................. 22
1.7.1. Ý nghĩa khoa học............................................................................ 22
1.7.2. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................ 22
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................. 23
2.1. Công nghệ tạo ván dăm ........................................................................ 23
2.1.1. Nguyên lý hình thành ván dăm ...................................................... 23
2.1.2. Yêu cầu nguyên liệu trong sản xuất ván dăm ................................ 27
2.1.2.1. Nguyên liệu gỗ ......................................................................... 27
2.1.2.2. Dăm và các chất phụ gia .......................................................... 28
2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng ván dăm .............................. 30
2.1.3.1. Ảnh hưởng của nguyên liệu tạo dăm tới chất lượng ván ......... 31
2.1.3.2. Ảnh hưởng của keo chất lượng ván dăm ................................. 33
2.1.3.3. Ảnh hưởng của chất phụ gia tới chất lượng ván dăm .............. 34
2.1.3.4. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ tới chất lượng ván dăm 34
2.1.4. Đặc điểm và tính chất của ván dăm ............................................... 37
2.1.4.1. Tính chất vật lý ........................................................................ 38

2.1.4.2.Tính chất cơ học........................................................................ 40
2.2. Đặc điểm nguyên liệu ........................................................................... 41
2.2.1. Keo lai ............................................................................................ 41
2.2.2. Bèo lục bình ................................................................................... 43
2.3. Cơ sở lựa chọn thơng số thí nghiệm ..................................................... 46
Chương 3. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................ 52
3.1. Sơ đồ công nghệ tạo ván dăm ............................................................... 52
3.2. Thực nghiệm tạo ván dăm hỗn hợp ...................................................... 53
3.2.1. Nguyên liệu .................................................................................... 53
3.2.1.1. Dăm .......................................................................................... 53

vi

3.2.1.2. Keo dán .................................................................................... 57
3.2.2. Trộn keo ......................................................................................... 58
3.2.3. Lên khn ....................................................................................... 59
3.2.4. Ép nhiệt........................................................................................... 60
3.2.5. Hồn thiện sản phẩm ...................................................................... 61
3.3. Kết quả thí nghiệm................................................................................ 62
3.3.1. Tỷ lệ dãn nở chiều dày của ván dăm .............................................. 62
3.3.2. Độ bền uốn tĩnh của ván dăm ......................................................... 66
3.3.3. Độ bền kéo vng góc bề mặt của ván dăm .................................. 69
3.3.4. Xác định các thông số của hàm đa mục tiêu .................................. 73
3.4. Sản xuất ván dăm hỗn hợp với các thông số tối ưu .............................. 74
3.5. Đề xuất công nghệ tạo ván dăm hỗn hợp ............................................. 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 76
Kết luận ........................................................................................................ 76
Kiến nghị...................................................................................................... 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 78
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 80

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Ý nghĩa

C (%)

Hàm lượng keo

∆D(%)

Độ dãn nở

Max

Trị số quan sát lớn nhất

MDI

Methylene diphenyl Diisocyanate

Min

Trị số quan sát bé nhất

MOE

Mô đun đàn hồi

MOEtb

Mơ đun đàn hồi trung bình

MOR

Độ bền uốn tĩnh

MORtb

Độ bền uốn tĩnh trung bình

MTTN

Ma trận thí nghiệm

m

Khối lượng

N (0C)

Nhiệt độ ép

T (Phút)

Thời gian

TN0

Thí nghiệm

Pmax

Áp suất max

P%

Hệ số chính xác

PF

Keo phenol-fomandehyde

pMDI

Polymeric Methylene diphenyl Diisocyanate

K (%)

Tỷ lệ phối trộn

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

UF

Keo ure-fomandehyd

X

Giá trị trung bình mẫu

α

Trọng số

Ft

Giá trị tính theo tiêu chuẩn Fisher

Fb

Giá trị bảng theo tiêu chuẩn Fissher

σUSUT

Ứng suất uốn tĩnh

viii

STT

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1

Mức, bước thay đổi của các thơng số thí nghiệm

14

Bảng 1.2

Ma trận bố trí thí nghiệm

15

Bảng 2.1

Độ cong của ván dăm

38

Bảng 2.2

Các chỉ tiêu trung bình về tính chất của ván

41

Bảng 2.3

Thành phần hóa học của bèo lục bình

46

Bảng 3.1

Trọng lượng dăm bèo qua các ngày phơi

55

Bảng 3.2

Kết quả thực nghiệm tỷ lệ dãn nở chiều dày ván

62

dăm
Bảng 3.3

Kết quả độ bền uốn tĩnh của ván

66

Bảng 3.4

Độ bền kéo vng góc bề mặt của ván dăm

70

Bảng 3.5

Kết quả một số tính chất của ván dăm hỗn hợp

74

sản xuất thử

ix

STT

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1

Bèo lục bình phát triển nhanh trên mặt nước

6

Hình 1.2

Rừng Keo lai

6

Hình 1.3

Mơ hình bài tốn hộp đen

13

Hình 1.4

Vị trí kiểm tra chiều dày mẫu thử

17

Hình 1.5

Dụng cụ kiểm tra khối lượng thể tích

18

Hình 1.6

Sơ đồ bố trí mẫu thử độ bền uốn tĩnh

19

Hình 1.7

Thiết bị đo độ bền uốn tĩnh

20

Hình 1.8

Mẫu thử độ bền kéo vng góc

21

Hình 1.9

Thiết bị đo cường độ kéo vng góc

22

Hình 2.1

Hình ảnh về gỗ Keo lai

42

Hình 2.2

Cây bèo lục bình

43

Hình 2.3

Thân cây bèo tây

45

Hình 2.4

Sản phẩm kết hợp từ bèo tây và cói, tre

45

Hình 3.1

Sơ đồ cơng nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp

52

Hình 3.2

Máy nghiền dăm kiểu búa

53

Hình 3.3

Máy nghiền dăm bèo

54

Hình 3.4

Phơi dăm bèo lục bình

54

Hình 3.5

Tủ sấy dăm

55

Hình 3.6

Máy sàng dăm

56

Hình 3.7

Dụng cụ sàng phân loại dăm Bèo lục bình

56

Hình 3.8

Máy trộn keo

59

x

Hình 3.9

Ép sơ bộ

60

Hình 3.10

Ép ván dăm hỗn hợp

61

Hình 3.11

Biểu đồ ép ván

61

Hình 3.12

Sản phẩm ván dăm hỗn hợp

61

Hình 3.13

Ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đối với hàm dãn nở

64

Hình 3.14

Biểu đồ so sánh giữa thực nghiệm và lý thuyết hàm

64

dãn nở
Hình 3.15

Ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đối với hàm ứng

67

suất uốn tĩnh
Hình 3.16

Biểu đồ so sánh thực nghiệm và lý thuyết hàm ứng suất

68

uốn tĩnh
Hình 3.17

Ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến hàm độ bền kéo

71

vng góc
Hình 3.18

Biểu đồ so sánh giữa thực nghiệm và lý thuyết hàm độ

72

bền uốn tĩnh

Hình 3.19

Quy trình cơng nghệ ép ván dăm hỗn hợp

75

1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, trồng rừng đã và đang là một vấn đề mà Nhà nước ta rất
quan tâm. Diện tích đất rừng tự nhiên ngày càng giảm thay vào đó là những
khu đất trống đồi trọc ngày càng gia tăng do con người đã khai thác rừng
bừa bãi, thiếu khoa học. Theo thống kê của Cục Kiểm Lâm thuộc bộ Nông
nghiệp và phát triển nông thôn năm 2007 độ che phủ của rừng trên toàn quốc
đạt 38,2%, tăng 0,52% so với năm 2006 là 37,7%. Tuy nhiên, mức độ gia
tăng diện tích rừng này vẫn khơng đủ đáp ứng nhu cầu sử dụng gỗ của con
người. Vì vậy, nguyên liệu vẫn luôn là vấn đề được các nhà doanh nghiệp đề
cập đến hàng ngày. Hiện nay, ván nhân tạo đang là một nguồn nguyên liệu
khá phổ biến để thay thế cho nguyên liệu gỗ tự nhiên trong đó ván dăm được
các doanh nghiệp sử dụng rất nhiều trong sản xuất đồ nội thất. Song ngày
nay, nguồn nguyên liệu để làm ra những loại ván dăm đang được tận dụng
triệt để từ nguồn phế thải trong nông – lâm nghiệp. Do đó có thể thấy sản
xuất ván dăm là một hướng phát triển hiệu quả, vì q trình cơng nghệ đã
tận dụng phế liệu trong khai thác, chế biến gỗ và các loại thực vật khác làm
nguyên liệu. Hiện nay, công nghiệp ván nhân tạo là một nhánh quan trọng
của ngành sản xuất vật liệu ở nhiều nước phát triển và cả ở nước ta. Trong
đó ván dăm ngày càng tăng tỷ trọng sản lượng so với những loại ván nhân
tạo khác. Vì vậy, cần đầu tư thích hợp cho quá trình sản xuất ván dăm để
tăng sản lượng và nâng cao hiệu quả đầu tư nhưng quan trọng hơn là tìm

nguồn nguyên liệu ổn định lâu dài cho quá trình sản xuất.
Như chúng ta đã biết, Việt Nam là nước sản xuất nơng nghiệp chiếm
70%. Do đó, phế liệu trong ngành nông nghiệp thải rất lớn, một trong những
loại phế liệu này có cây Bèo lục bình thuộc dạng cây thân thảo. Ở nước ta, sử
dụng cây thân thảo và phế liệu nông nghiệp đưa vào sản xuất ván nhân tạo
còn chưa được chú ý đúng mức. Điều này, một mặt do tập quán sản xuất và sử

2

dụng vật liệu của người Việt nam. Mặt khác do chưa có những nghiên cứu
hồn chỉnh và chuyển giao cơng nghệ của cơ quan nghiên cứu cho nhà sản
xuất, nên việc sử dụng thực vật thân thảo sản xuất sản phẩm ván nhân tạo vẫn
chưa được triển khai nhiều trong thực tế.
Ngồi những cơng dụng hữu ích như làm thuốc chữa bệnh, làm đồ thủ
cơng mỹ nghệ… thì bèo lục bình cịn gây ra nhiều bất lợi cho đời sống xã hội.
Vì vậy, cần sử dụng triệt để nguồn thực vật này vào sản xuất những sản phẩm
có ích. Một trong những sản phẩm có thể sản xuất quy mơ cơng nghiệp từ
ngun liệu bèo lục bình đó là việc kết hợp giữa bèo lục bình với gỗ để tạo ra
sản phẩm ván dăm đảm bảo được những tính chất chủ yếu của ván dăm, điều
này vừa góp phần giải quyết bài toán thiếu hụt nguồn nguyên liệu cho ngành
chế biến gỗ lại vừa giải quyết được những bất cập mà bèo lục bình gây ra.
Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên
cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến chất lượng ván dăm hỗn
hợp từ gỗ Keo lai và Bèo lục bình”.

3

Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tình hình nghiên cứu
1.1.1. Tình hình nghiên cứu về ván dăm hỗn hợp trên thế giới
Ván dăm hỗn hợp là sản phẩm sử dụng dăm gỗ kết hợp với vật liệu
ngoài gỗ trộn với chất kết dính phù hợp, dưới tác động của các yếu tố vật lý
tạo thành.
Trên thế giới đã có nhiều nước nghiên cứu sản xuất ván nhân tạo từ
vật liệu ngoài gỗ. Do chủng loại và đặc điểm của nguyên liệu ở mỗi nước
khác nhau nên xử lý kỹ thuật ở mỗi cơng đoạn sản xuất cũng có những sự
khác biệt. Vì vậy, với mỗi loại nguyên liệu khác nhau cần có những nghiên
cứu cụ thể để đảm bảo ứng dụng vào sản xuất phù hợp.
Một số loại ván dăm hỗn hợp được sản xuất từ các nguyên liệu thực vật
khác nhau của các nước như :
Tại Hàn quốc, Han Seung Yang và các cộng sự (2003) đã 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 4,836,21 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 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 mạch, lúa gạo, lúa mạch đen) có thể là một
loại nguyên liệu mới cho ngành xây dựng như tạo các vách tường trong các
ngôi nhà.
Ở Trung Quốc ngành công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nơng
nghiệp đã hình thành từ đầu những năm 50 của thế kỷ 20, thông qua hàng

4

chục năm nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm để phát triển về kỹ thuật, công

nghệ, quy mô sản xuất, chủng loại sản phẩm, chất lượng sản phẩm,...đến nay
có thể nói về kỹ thuật và cơng nghệ sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông
nghiệp của Trung Quốc đã đạt tới mức độ thành thục. Tính đến nay Trung
Quốcđã có 210 nhà máy sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp, năng
suất hàng năm đạt trên 500.000 m3 sản phẩm. Về máy móc thiết bị, hiện nay
Trung Quốc có thể tự sản xuất được các loại dây chuyền sản xuất ván nhân
tạo từ phế liệu nông nghiệp có cơng suất 5.000 đến 30.000 m3/năm.
Ván dăm bã mía (Trung quốc, Brazil, Malaysia, Thái lan...): Công nghệ
sản xuất ván dăm bã mía của các nước hầu hết đều giống nhau, nhưng so với
công nghệ ản xuất ván dăm gỗ có một số cơng đoạn khác biệt: Ván dăm bã
mía sử dụng bã mía sau khi ép lấy nước tại các nhà máy sản xuất đường nên
có chiều dài đều nhau (khoảng 5 – 7 cm). Do đó, khơng cần công đoạn cắt
ngắn và xử lý nguyên liệu thô. Tuy nhiên , sản xuất ván dăm bã mía lại thêm
cơng đoạn khử tủy và ủ cho cho đường còn trong bã tự phân hủy. Thời gian
ủ nguyên liệu khoảng 3 tháng. Thơng thường sau giai đoạn ủ, bã mía biến
màu hơi sẫm, chất lượng sợi nhìn chung có giảm, nhưng lượng đường dư
trong bã khơng cịn nữa nên thuận lợi cho quá trình ép ván.
Ván vỏ lạc (Trung quốc, Bắc Mỹ, Nhật...) : Vỏ lạc được tách thành sợi
và xe lại thành sợi dài, đan lưới làm thành lớp lõi sản xuất vật liệu composit.
Trong trường hợp sản xuất ván dăm thông dụng, công nghệ tiến hành giống
như sản xuất ván dăm gỗ nhưng không cần công đoạn băm dăm.
Ván vỏ hạt hướng dương: Công nghệ sản xuất giống như sản xuất ván
dăm gỗ nhưng khơng có cơng đoạn băm nghiền. Tuy nhiên độ ẩm nguyên
liệu cần giữ thích hợp để vỏ khơng bị q giịn. Tỷ lệ keo tương đương sản
xuất ván dăm gỗ.

5

Ván dăm từ trấu: Được các nước Hàn quốc, Ấnđộ, Thái lan, Trung

quốc nghiên cứu.
Thực vật có sợi và phế liệu nông nghiệp thường là cây một lá mầm
hoặc thân thảo, dây leo…Trong đó, một số lồi có vỏ cứng, trơn bóng, khả
năng liên kết keo thấp (tre, mía…). Nhiều lồi chứa tủy hoặc ruột bấc, khơng
có tính chất cơ học, khó trộn keo (mía, lau, thân cây ngơ, thân cây sắn…).
Ngồi ra, đa số lồi có thân hình ống, quả hoặc vỏ có sợi rất khó cắt ngắn và
nghiền thành dăm mảnh (rơm rạ, cỏ, sợi đay, sợi bông, thân chuối, xơ dừa,
…). Tạo dăm công nghệ trên các máy và thiết bị sản xuất dăm gỗ thường
không thực hiện được hoặc gặp nhiều khó khăn. Đặc biệt, rất khó trộn đều
keo với nguyên liệu dạng sợi mềm trong sản xuất ván dăm. Vì vậy, đa số các
nước sử dụng phế liệu nơng nghiệp và thực vật ngồi gỗ làm nguyên liệu sản
xuất ván sợi, nhưng vẫn có những nước sản xuất cả ván sợi và ván dăm như:
ván dăm bã mía, tre (Trung Quốc), ván dăm trấu (Hàn Quốc, Malaysia), ván
dăm rơm (Ấn Độ)…
Bèo Lục bình có nguồn gốc từ Nam Mỹ và đã lan rộng ra hơn 50 nước
trên thế giới. Tác dụng lớn nhất của lục bình là góp phần làm sạch nguồn
nước, phân giải các chất độc. Là một trong những cây sinh trưởng nhanh nhất
được biết trên thế giới, bèo lục bình sinh sản chính bằng thân bị lan. Chúng
cũng có thể sinh sơi bằng hạt. Bèo lục bình thơng dụng nhất (Eichhornia
crassipes) là lồi sinh trưởng mạnh mẽ, chúng có thể nhân đơi số lượng chỉ
sau hai tuần. Ở nơi giàu dinh dưỡng, trong hai tháng một cây lục bình có thể
đẻ tới 1.000 cá thể. Sinh khối phát triển đạt 150 tấn chất khô/ha/năm.

6

Hình 1.1. Bèo lục bình phát triển nhanh trên mặt nước
Gỗ Keo lai mọc trên đất sét pha cát hoặc đất pha cát, Keo lai cũng có thể
sinh trưởng mạnh trên đất laterit. Keo lai thường phân bố ở những nơi có biên
độ nhiệt thay đổi từ 12 ÷ 350C, lượng mưa hàng năm từ 1200 ÷ 1800mm và

độ cao 50 ÷ 350m so với mặt nước biển. Lồi cây này là cây mọc nhanh, thích
sáng và khả năng sinh trưởng nhanh nhất ở vùng khí hậu ẩm.

Hình 1.2. Rừng Keo lai
Bèo lục bình ở các nước chủ yếu được sử dụng làm các đồ mỹ nghệ,
thuốc, thức ăn gia súc. Gỗ Keo lai thường được sử dụng làm đồ mộc, phần
phế liệu thường được đưa vào sản xuất ván dăm. Riêng trong sản xuất ván
dăm hỗn hợp giữa gỗ và bèo thì hầu như chưa có cơng trình nào nghiên cứu.

7

1.1.2. Tình hình nghiên cứu về ván dăm hỗn hợp ở Việt Nam
Công nghệ sản xuất ván dăm của Việt Nam phát triển mạnh từ những
năm 1970 trở lại đây. Đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu về ván dăm và
nhiều nhà máy, xí nghiệp sản xuất ván dăm ra đời.
Theo định hướng nghiên cứu tìm nguồn nguyên liệu mới thay thế gỗ
trong sản xuất ván dăm, đặc biệt sử dụng thứ, phế liệu nông, lâm nghiệp, các
nhà khoa học đã ứng dụng những thành quả khoa học trên thế giới vào điều
kiện Việt Nam. Các nghiên cứu tập trung vào nguyên liệu: tre, xơ dừa, bã
mía, thây cây, bèo,…
Song song với việc tìm nguồn nguyên liệu mới thay thế gỗ trong sản
xuất ván dăm thì việc nghiên cứu tạo ra loại ván dăm hỗn hợp đảm bảo được
các chỉ tiêu, tính chất của ván dăm cũng là hướng đi được nhiều nhà nghiên
cứu hướng tới. Tuy nhiên, công nghệ sản xuất ván dăm kết hợp gỗ với phế
liệu nơng nghiệp thực sự cịn chưa phát triển và vẫn cần phải nghiên cứu sâu
hơn.
Ván sản xuất từ phế liệu nông nghiệp gồm thân cây mỳ (sắn); thân cây
ngô; cọng dừa nước, vỏ lạc, vỏ cà phê, thân chuối cũng đã được một số nhà
khoa học nghiên cứu. Kết quả ban đầu cho thấy các hướng nghiên cứu rất

khả quan. Ngoài ra, ván dăm sản xuất từ rơm rạ kết hợp với trấu, mụn chỉ xơ
dừa kết hợp với trấu được Phạm Ngọc Nam, Lâm Trần Vũ nghiên cứu và
báo cáo trong các đề tài cấp bộ.
Năm 1999, Nguyễn Trọng Nhân nghiên cứu sử dụng cọng dừa nước
làm nguyên liệu sản xuất ván dăm. Cọng dừa nước có thể đập thành sợi hoặc
chẻ thành dăm mảnh. Trộn đều dăm với 12% keo U-F.
Ván dăm sản xuất từ xơ dừa (công ty Chỉ Xơ dừa 25/8 – Bến tre):
nguồn nguyên liệu xơ dừa tái sinh đều đặn, chu kỳ ngắn (8 – 12) tháng. Độ
bền kéo của sợi rất cao (1550 KG/cm2). Nhược điểm của xơ dừa là cong

8

quăn, dễ rối. Khi trộn keo, hỗn hợp dăm xơ dừa – keo cuốn lại như tổ kén
bên trong chứa keo. Lúc nén ép tạo ván, lượng keo này tràn ra đóng rắn
thành cục rất cứng, rải rác trên tồn bộ diện tích bề mặt ván. Trong khi đó
những vị trí cịn lại khơng có keo khơng liên kết các sợi với nhau. Vì vậy,
sản xuất ván dăm xơ dừa cần lưu ý công đoạn trộn đều dăm với keo. Thông
số sản xuất ván dăm xơ dừa như sau: tỷ lệ keo là 11– 12%, nhiệt độ bàn ép
160 – 1700C, thời gian ép 50 giây/1mm chiều dày, áp lực 17KG/cm2, ván
dày 18mm.
Nghiên cứu tạo ván dăm hỗn hợp từ gỗ và bã mía đã được tác giả Lâm
Thị Biên Thùy thực hiện vào năm 2010 với các thông số ván dăm như: ván
dày 18mm, áp lực ép 15kG/cm2, tỷ lệ keo 11-12%.
Nhìn chung, cơng nghệ sản xuất ván nhân tạo từ thực vật có sợi và phế
liệu nơng nghiệp dựa trên cơ sở công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ nguyên
liệu gỗ. Nhưng xử lý kỹ thuật ở từng công đoạn và thông số công nghệ tạo
ván đối với mỗi loại nguyên liệu cụ thể đều có sự khác biệt. Đối với những
nguyên liệu dạng sợi mềm, máy và thiết bị phải có cấu tạo và đặc tính kỹ
thuật phù hợp. Khi phối hợp những nguyên liệu có đặc tính cơng nghệ khơng

giống nhau cần có sự nghiên cứu đầy đủ các yếu tố công nghệ, cũng như
máy và thiết bị đáp ứng những yêu cầu xử lý kỹ thuật và cơng nghệ tạo sản
phẩm từ nhóm ngun liệu cụ thể.
1.1.3. Nhận xét chung
Qua điều tra về các nghiên cứu của các nhà khoa học của các nước,
chúng tôi thấy: các nhà khoa học của Liên Xô cũ (Liên Bang Nga bây giờ),
Mỹ, Đức, Phần Lan, Thuỵ Điển, Nhật Bản, Trung Quốc…, đã có những
nghiên cứu về ván dăm rất kỹ lưỡng. Bèo lục bình cũng đã có một số cơng
trình nghiên cứu để sản xuất các mặt hàng. Tuy nhiên, các cơng bố đó chỉ có
giá trị tham khảo và chỉ dừng lại ở những thông tin khoa học hết sức chung

9

chung. Chúng ta không thể áp dụng những kết quả đó vào sản xuất ván dăm
của nước ta.
Nguyên liệu gỗ cho sản xuất ván dăm có rất nhiều. Trên thế giới, cũng
có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng ngun liệu cho ván dăm. Tuy
nhiên, chưa có cơng trình nào nghiên cứu về sử dụng bèo lu ̣c bình làm
nguyên liệu cho sản xuất ván dăm thông dụng.
Ở Việt Nam, Bèo lục bình đã được dùng làm nguyên liệu cho sản xuất
các mặt hàng mỹ nghệ, đệm. Tuy nhiên, việc tạo ra ván dăm hỗn hợp từ gỗ
Keo lai và Bèo lu ̣c bình thì chưa có cơng trình nào nghiên cứu.
Do đó, hướng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu, tạo ra loại ván
dăm hỗn hợp từ gỗ Keo lai và Bèo lu ̣c bình có các tính chất cơ học, vật lý
đáp ứng yêu cầu. Quy trình sản xuất ván dăm không xáo trộn (hoặc thay đổi
rất ít) so với quy trình sản xuất ván dăm thơng dụng.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
1.2.1. Mục tiêu lý thuyết
Nghiên cứu, tạo ra loại ván dăm hỗn hợp giữa gỗ Keo lai và Bèo lục

bình đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật của ván dăm dùng trong xây
dựng, hàng mộc, trong điều kiện công nghệ sản xuất của Việt Nam và đóng
góp những cơ sở khoa học cho việc sản xuất đó.
1.2.2. Mục tiêu thực tiễn
- Tìm ra các thơng số công nghệ (nhiệt độ ép, thời gian ép, tỷ lệ phối
trộn) hợp lý, các giải pháp công nghệ tạo ván dăm phù hợp khi sản xuất ván
dăm hỗn hợp dăm gỗ Keo lai và dăm từ bèo lục bình.
- Xây dựng và đề xuất được quy trình cơng nghệ sản xuất ván dăm hỗn
hợp từ gỗ Keo lai và Bèo lục bình.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
- Cây Bèo lục bình và cây gỗ Keo Lai.

10

- Công nghệ sản xuất ván dăm hỗn hợp.
- Các thông số công nghệ tạo ván dăm hỗn hợp từ gỗ Keo lai với bèo
lục bình và keo U-F (nhiệt độ ép, thời gian ép, tỷ lệ phối trộn).
1.4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép đến chất lượng ván dăm hỗn
hợp từ gỗ Keo lai và Bèo lục bình.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ép đến chất lượng ván dăm hỗn
hợp từ gỗ Keo lai và Bèo lục bình.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến chất lượng ván dăm
hỗn hợp từ gỗ Keo lai và Bèo lục bình.
- Xây dựng quy trình cơng nghệ tạo ván dăm hỗn hợp trong điều kiện
công nghệ của Việt Nam.
1.5. Phạm vi nghiên cứu
1.5.1. Các yếu tố cố định
- Dăm từ bèo lục bình và dăm từ gỗ Keo lai. Ván dăm 3 lớp có tỷ lệ kết

cấu 1:4:1, chiều dày 18mm. Khối lượng thể tích ván 0.65g/cm3.
- Keo Urea - Formaldehyde (U-F) của hãng Dyno. Tỷ lệ keo trộn lớp
trong 11% và lớp mặt 13% (so với lượng dăm khô kiệt). Lượng chất đóng
rắn NH4Cl 1% (so với lượng keo khơ kiệt).
- Phương pháp ép sử dụng là ép phẳng có gia nhiệt bàn ép. Thanh cữ
kim loại 18mm.
- Thông số áp suất ép: 1.5Mpa
1.5.2. Các yếu tố thay đổi
- Nhiệt độ ép: Thay đổi theo các mức nhiệt độ là: 133.2, 140, 150, 160
và 166.80C.
- Thời gian ép: Thay đổi thời gian ép theo các mức là 4.96, 7, 10, 13 và
15.04 phút
- Tỷ lệ phối trộn giữa dăm gỗ Keo lai và dăm Bèo lục bình thay đổi
theo các mức là: 6.4, 20, 40, 60, 73.6 %.

11

1.6. Phương pháp nghiên cứu
1.6.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
* Phương pháp tiếp cận hệ thống
Là phương pháp kế thừa các thành tựu nghiên cứu về ép ván trong và
ngoài nước, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định các thông số công nghệ
tối ưu. Các lý thuyết giúp kế thừa trong quá trình nghiên cứu bao gồm:
- Ứng dụng lý thuyết kỹ thuật và công nghệ sản xuất ván dăm
- Xác định tính chất vật lý và tính chất cơ học của ván dăm theo tiêu
chuẩn ngành 04TCN2 – 1999.
* Phương pháp giải tích tốn học
Phương pháp này được sử dụng để giải các bài toán giải tích trong q
trình nghiên cứu.

1.6.2. Phương pháp thực nghiệm
Căn cứ vào nội dung luận văn, điều kiện tiến hành luận văn, chúng tôi
chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm theo lý thuyết quy hoạch thực
nghiệm. Phương pháp thực nghiệm trong luận văn gồm: kế hoạch thực
nghiệm đơn yếu tố và kế hoạch thực nghiệm đa yếu tố.
Trong kế hoạch thực nghiệm đa yếu tố, các số liệu đo đếm theo mơ
hình bố trí thí nghiệm sẽ được xử lý theo phương trình tốn học bậc nhất
trước. Khi xử lý số liệu, nếu các số liệu tính tốn đảm bảo tính tương thích
của mơ hình tốn học thì mơ hình tốn bậc nhất được chấp nhận. Nếu khơng
tương thích thì phải nâng bậc của mơ hình tốn lên bậc hai.
Q trình kiểm tra theo thống kê toán học nếu đảm bảo độ tin cậy của
các yếu tố và tính tương thích của mơ hình thì các phương trình tương quan sẽ
ở dạng bậc 2.

12

1.6.2.1. Kế hoạch thực nghiệm đơn yếu tố
Chúng tôi tiến hành các thí nghiệm theo kế hoạch thực nghiệm đơn yếu
tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố riêng lẻ: Thời gian ép, nhiệt độ
ép và tỷ lệ phối trộn đến chất lượng ván dăm hỗn hợp.
Thực nghiệm đơn yếu tố được tiến hành theo các bước sau:
- Thực hiện thí nghiệm với thơng số thay đổi với số mức không nhỏ hơn
4, khoảng thay đổi lớn hơn 2 lần sai số bình phương trung bình của phép đo
giá trị thơng số đó. Số thí nghiệm lặp lại n = 3 (theo tính tốn).
- Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởng
của một số yếu tố đến chất lượng ván dăm hỗn hợp.
- Đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong q trình thí nghiệm, để
chứng tỏ ảnh hưởng khác đối với thơng số cần xét là khơng có hoặc khơng
đáng kể.

- Kiểm tra độ tương thích của mơ hình theo tiêu chuẩn Fisher.
- Quan hệ giữa các hàm chỉ tiêu Y và các thông số ảnh hưởng xi:
Y = bo + bi xi + bii xi2
Trong đó:

(1.1)

Y - các hàm chỉ tiêu (tỷ lệ co rút, tỷ lệ giãn nở...);
xi - giá trị mã hóa của các biến số;
bo - hệ số tự do;
bi - các hệ số tuyến tính;
bii - các hệ số bậc hai.

13

1.6.2.2. Kế hoạch thực nghiệm đa yếu tố
Mục đích của kế hoạch đa yếu tố là nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt
độ ép, thời gian ép, tỷ lệ phối trộn đến các tính chất vật lý, cơ học của ván
dăm hỗn hợp.
Có rất nhiều yếu tố cơng 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 của các yếu tố, chúng
tôi lựa chọn các yếu tố nghiên cứu như sau:
- Nhiệt độ ép N (0C): ký hiệu (X1)
- Thời gian ép T (phút): ký hiệu (X2)
- Tỷ lệ phối trộn K (%): ký hiệu (X3)
Các trị số của 3 thông số này lựa chọn trên cơ sở các trị số đã được chọn
trong các nghiên cứu về phế liệu nơng nghiệp, thực vật có sợi như: cọng dừa
nước, thân cây chuối, xơ dừa, bã mía, rơm rạ... Trong đó, nhiệt độ có các trị

số trong khoảng 120 – 1800C. Thời gian có các trị số từ 20 giây đến 90
giây/1mm chiều dày, áp suất ép khoảng 1.5 - 1.85MPa.
Các chỉ tiêu chất lượng đầu ra của ván dăm chọn trên cơ sở ván dăm cấp
II dùng cho đồ mộc như sau: Các chỉ tiêu chất lượng ván dăm gồm có: tỷ lệ
trương nở chiều dày ΔD = Y1  12%, độ bền uốn tĩnh u = Y2  140KG/cm2,
độ bền kéo vng góc bề mặt k = Y2  3.5KG/cm2.
Có thể diễn tả mơ hình khối bài tốn tối ưu trong nghiên cứu thực
nghiệm tạo ván dăm theo sơ đồ ở hình sau:
x1 Nhiệt độ ép (0C)

Tỷ lệ trương nở (%)

x2 Thời gian ép (phút)

Độ bền uốn tĩnh (KG/cm2)

Hộp đen

x3 Tỷ lệ phối trộn (%)

Độ bền kéo vng góc (KG/cm2)

Hình 1.3. Mơ hình bài toán hộp đen

14

Như đã chọn và từ kết quả nghiên cứu cho thấy mơ hình bài tốn tối ưu ở
hình 1.3 thuộc dạng bậc hai.
Quan hệ giữa hàm Y và các thông số x1, x2…. xn được mơ tả bằng phương

trình hồi quy đa thức bậc hai:
Y = b0 +b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3
N

b0  
i 1

N X Y
Yi
ij i
b

; j 
N
N
i 1

(1.2)
(1.3)

* Chuyển dạng mã về dạng thực theo công thức:
xi = (Zi – Zi0)/L
Trong đó:

(1.4)

Zi thơng số nghiên cứu (nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ phối trộn)
Zi0 là giá trị tại tâm của các thông số nghiên cứu.
L là khoảng cách biến thiên.

- Các thí nghiệm của luận văn tiến hành theo kế hoạch thực nghiệm các
yếu tố rút gọn.
Với 3 biến số thí nghiệm, số thí nghiệm với 01 lần lặp là 20.
Các mức thí nghiệm và bước thay đổi của các thơng số thí nghiệm được
trình bày ở bảng 1.1.
Bảng 1.1. Mức, bước thay đổi của các thơng số thí nghiệm
Yếu tố tác
động

Ký hiệu

Mức thí nghiệm

Đơn vị
đo

-α

-1

0

+1

+α

Nhiệt độ ép

N

(0C)

133.2

140

150

160

166.8

Thời gian ép

T

(phút)

4.96

7

10

13

15.04

K

%

6.4

20

40

60

73.6

Tỷ lệ phối
trộn

15

Bảng ma trận kế hoạch thí nghiệm được trình bày ở bảng 1.2.
Bảng 1.2. Ma trận bố trí thí nghiệm
N0

X1

X2

X3

1