Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ uốn gỗ Keo Lai làm chi tiết cong cho đồ mộc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN ĐỨC THÀNH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ UỐN GỖ
KEO LAI LÀM CHI TIẾT CONG CHO ĐỒ MỘC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nô ̣i, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN ĐỨC THÀNH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ UỐN GỖ
KEO LAI LÀM CHI TIẾT CONG CHO ĐỒ MỘC

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy
Mã số: 60 52 24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Vũ Huy Đại

Hà Nô ̣i, 2010


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Sản phẩm mộc là vật dụng gần gũi quen thuộc trong mọi gia đình.
Ngồi tính năng sử dụng, tính thẩm mỹ là yếu tố khơng thể thiếu của mỗi sản
phẩm.
Trong sản phẩm mộc, sự phối trộn kết hợp khéo léo, hài hịa của các chi
tiết cong khơng chỉ làm tăng thêm giá trị thẩm mỹ cho đồ vật, mà còn làm
tăng cường độ cũng như chất lượng sản phẩm.
Trước đây, để tạo ra các chi tiết cong, người ta phải vạch đường cong
bằng mực trên ván, sau đó xẻ gỗ theo các đường cong, điều này làm giảm
cường độ của chi tiết, giảm chất lượng gia công bề mặt và làm gia tăng lượng
gỗ phế thải. Ngày nay, uốn gỗ là phương pháp tạo chi tiết cong hiện đại đem
lại hiệu quả cao và được áp dụng rộng rãi.
Hóa dẻo gỗ là một trong những cơng đoạn quan trọng nhất quyết định
chất lượng của sản phẩm gỗ uốn. Để hóa dẻo gỗ, người ta có thể dùng phương
pháp hóa học hoặc phương pháp vật lý. Trên thế giới, do vấn đề mơi trường,
người ta thường hóa dẻo gỗ bằng sóng cao tần hoặc sóng viba. Ở Việt Nam,
do điều kiện kỹ thuật cịn hạn chế, phương pháp hóa dẻo gỗ dùng phổ biến
nhất là phương pháp thủy nhiệt, tức là luộc hoặc hấp gỗ.
Keo lai (Acacia Mangium Willd & Acacia auriculiformis A. Cunn. ex
Benth.) là một trong số các cây trồng chính hiện nay. Gỗ Keo lai đang được
sử dụng rộng rãi để sản xuất đồ mộc. Nhìn trên quan điểm của cơng nghệ uốn

gỗ, Keo lai có thân tương đối thẳng, tròn đều, độ cong, độ thon nhỏ, rất thích
hợp để uốn. Tuy nhiên, đến nay chưa có cơng trình nào nghiên cứu tạo chi tiết
cong từ gỗ Keo lai.
Từ những lý do nêu trên, được sự cho phép của trường Đại học Lâm
nghiệp, khoa Đào tạo sau Đại học và sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Vũ Huy


2

Đại, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ
uốn gỗ Keo lai làm chi tiết cong cho đồ mộc”.


3

Chương 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng gỗ Keo lai
Cây Keo lai được Hepbuon và Shim phát hiện năm 1972 tại Sook,
Sabah, Malaysia. Năm 1976 đã được chứng minh là sản phẩm của sự lai tạo
chéo giữa hai loại Keo thuộc chi thực vật họ đậu (Leguminose); Họ phụ trinh
nữ (Mimosoideae) là Keo tai tượng (Acacia mangium Willd) và Keo lá tràm
(Acacia auriculiformis A. Cunn. ex Benth.). Trong quá trình sinh trưởng và
phát triển giữa hai dòng Keo (Acacia) này xảy ra hiện tượng lai tự nhiên, kết
quả tạo ra cây con lai có nhiều đặc tính và khả năng phát triển hơn hẳn bố mẹ.
Hiện nay cây Keo lai phân bố ở một số nước như: Malaysia, Thái Lan, Quảng
Châu - Trung Quốc, Canada…
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Năm 1990, Pinyapysarerk đã nghiên cứu về sự phát triển của cây Keo
lai cho thấy: cây Keo lai có đỉnh ngọn phát triển tốt, thân cây đơn trục và có

khả năng tỉa cành tốt.
Từ năm 1990 đến nay: nghiên cứu sinh trưởng của cây Keo lai và
nghiên cứu ứng dụng gỗ Keo lai trong công nghiệp chế biến gỗ. Năm 1991,
Cyril Pinso và Robert Nasi đã nghiên cứu về sự phát triển của cây Keo lai và
đưa ra nhận xét: Gỗ của cây Keo lai là trung gian giữa gỗ của cây Keo tai
tượng và Keo lá tràm, có phần tốt hơn Keo tai tượng nhưng khơng có sự biến
động lớn.
Koichi YAMAMOTO (2003) đã nghiên cứu về sự phân bố độ ẩm trong
thân cây của 3 loài keo: Keo lai, Keo tai tượng, Keo lá tràm ở 3 quốc gia bao
gồm Việt Nam, Malaysia, Nhật. Kết quả nghiên cứu cho thấy: Độ ẩm thân gỗ
Keo tai tượng và Keo lai rất cao không chỉ ở phần gỗ giác mà còn ở cả phần


4

gỗ lõi. Độ ẩm cao nhất xác định được là 253% cho cả hai loài Keo tai tượng
và Keo lai. Thân gỗ Keo lá tràm có độ ẩm thấp hơn so với Keo tai tượng và
Keo lai. Độ ẩm cao nhất xác định được trong gỗ Keo lá tràm là 146%. Phần
lớn, nước chứa trong thân cây gỗ, đặc biệt là ở gỗ lõi của các loài cây keo,
điều này gây cản trở cho quá trình sản xuất gỗ xẻ, chế biến các sản phẩm
gỗ.[21]
Kazuya ITO (2009) đã tiến hành thực hiện: “Dự án trồng nguyên liệu
cung cấp cho ngành công nghiệp giấy ở Lào”. Dự án đã khảo nghiệm và xác
định được 2 loài cây trồng làm nguyên liệu cho công nghiệp giấy là Bạch đàn
và Keo lai. Trong đó Keo lai được ưu tiên trồng nhiều hơn do sinh trưởng
phát triển nhanh hơn, ít gây hại cho đất và là nguồn nguyên liệu tốt cho ngành
công nghiệp giấy.[18]
Gần đây, ở Nhật Bản các nhà nghiên cứu công bố một số cơng trình
nghiên cứu như: Motoki Okuma và Hiroshi Tanaka (1999) đã xác định tỷ
trọng gỗ, lực cắt và mô đun uốn cho các mẫu gỗ dán 13 lớp của Keo lai và

thấy rằng gỗ dán Keo lai là một loại vật liệu tốt dùng trong xây dựng. Trước
tình hình phát triển rộng rãi của cây Keo lai, chúng ta cần đẩy mạnh hơn nữa
việc nghiên cứu và sử dụng gỗ Keo lai để đưa vào sản xuất.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở nước ta Keo lai được Trung tâm nghiên cứu cây rừng phát hiện và
nghiên cứu từ năm 1992 tại Ba Vì và Đơng Nam Bộ. Các nghiên cứu cho thấy
Keo lai xuất xứ từ Keo lá tràm và Keo tai tượng của Australia.
Hiện nay, đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu về cây Keo lai ở Việt
Nam, các hướng nghiên cứu gồm có: nhân giống Keo lai, xác định cấu tạo
tính chất của gỗ Keo lai, nghiên cứu xử lý bảo quản, biến tính cho gỗ Keo lai,
nghiên cứu sử dụng gỗ Keo lai để sản xuất ván nhân tạo, đồ mộc,…


5

- Đoàn Thị Mai (2001) đã nghiên cứu nhân giống Keo lai bằng phương
pháp ni cấy mơ cho 3 dịng keo lai BV71, BV73, BV75 mới chọn tạo được
áp dụng như các dịng keo lai khác. Hố chất để khử trùng thích hợp là HgCl 2
nồng độ 0,1%. Thời gian khử trùng là 8 phút. Môi trường nhân chồi : MS*
(cải tiến) + BAP 1,5 mg/l cho cả 3 dòng, hệ số nhân đạt 75 đến 8,2 chồi/
cụm.Môi truờng ra rễ : 1/2 MS* (cải tiến)+ IBA 1,5 mg/l tỷ lệ ra rễ đạt từ
89,45% đến 92,27%. Trong giai đoạn nhân chồi có thể phối hợp giữa IBA 1,5
mg/l +NAA 0,5mg/l để nâng cao chất lượng chồi. Tỷ lệ sống của cây đạt trên
90% cho cả 3 dịng. [5]
Bùi Đình Toàn (2002) khi nghiên cứu về đặc điểm cấu tạo, tính chất cơ
học, vật lý và hố học chủ yếu về gỗ Keo lai 8-9 tuổi định hướng sử dụng ván
ghép thanh, kết quả đề tài đã khẳng định Keo lai có khả năng sử dụng trong
sản xuất ván ghép thanh và có tính chất cơ học ở độ trung bình. Ngồi ra có
nhiều cơng trình đã nghiên cứu khác sử dụng loại gỗ này trong các lĩnh vực
khác nhau như:

- Phan Duy Hưng (2004) đã nghiên cứu khả năng sử dụng gỗ Keo lai
trong sản xuất ván LVL. Kết quả của đề tài cho thấy: gỗ Keo lai hoàn tồn có
thể sử dụng làm ngun liệu sản xuất ván LVL có chất lượng đảm bảo tiêu
chuẩn làm các chi tiết chịu lực. Khi sử dụng phương pháp ép nhiệt nhiều công
đoạn “step by step” để sản xuất ván LVL (11 lớp, dày 33mm, khối lượng thể
tích 0,65g/cm3 , với chất kết dính P-F) thì các thơng số chế độ ép nhiệt (nhiệt
độ và thời gian ép) ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất của ván. Khi nhiệt độ
và thời gian ép tăng lên thì tính chất của ván giảm xuống. Chế độ ép nhiệt hợp
lý (trong khoảng giá trị khảo sát) để tạo ván LVL bằng phương pháp ép nhiệt
nhiều công đoạn từ gỗ Keo lai và chất kết dính P-F là: +Nhiệt độ ép: 130  3
0

C; +Thời gian ép: 0,2 phút/mm chiều dày sản phẩm. Các tính chất cần thiết

đối với vất liệu chịu lực cảu ván LVL đếu tốt hơn so với gỗ Keo lai dùng làm


6

nguyên liệu (môđun đàn hồi, trương nở chiều dày, khả năng chống chịu môi
trường).
- Nguyễn Năm Phong (2008), đã nghiên cứu cấu tạo ván ghép thanh
(dạng Glue Laminated Timber) từ gỗ Keo lai. Kết quả nghiên cứu cho thấy gỗ
Keo lai bước đầu nghiên cứu tạo Glulam đáp ứng được loại GL13 (theo tiêu
chuẩn kiểm tra AS/NZS 1328:2.1998)
1.1.3. Lĩnh vực sử dụng gỗ Keo lai
+ Trong công nghiệp chế biến lâm sản và bột giấy
Cây Keo lai được liệt kê vào danh sách những loài cây trồng rừng chiến
lược với đặc điểm chung của cây bố mẹ: Keo tai tượng và Keo lá tràm. Có
cường độ và khối lượng thể tích trung bình, tốc độ phát triển tương đối nhanh,

thân gỗ thẳng, gỗ tương đối sáng màu nên có thể làm nguyên liệu cho công
nghiệp chế biến lâm sản, nhất là trong công nghiệp sản xuất ván nhân tạo.
Cây Keo lai là một trong những nguồn nguyên liệu chính để sản xuất ván
dăm, ván LVL, ván ghép thanh, bột giấy. Hiện nay, các sản phẩm đồ mộc
xuất khẩu sử dụng nguyên liệu gỗ Keo lai đang được ưa chuộng trên thị
trường.
+ Trong xây dựng và khai khoáng:
Tùy theo độ tuổi và đường kính mà gỗ Keo lai được sử dụng trong xây
dựng như cột chống, ván xẻ cốp pha hoặc sử dụng làm nhà ở đối với đồng bào
miền núi, nơi mà điều kiện kinh tế và mức sống còn thấp. Trong cơng nghiệp
khai thác khống sản, gỗ Keo lai cũng được sử dụng làm gỗ trụ mỏ.
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu, sản xuất chi tiết cong
1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Cơng nghệ sản xuất các chi tiết cong của gỗ đã được nhiều nước trên
thế giới quan tâm nghiên cứu và triển khai vào sản xuất từ lâu. Các chi tiết


7

cong như chân ghế, tựa ghế, khung bàn, tay vịn cầu thang và các sản phẩm
mỹ nghệ làm tăng giá trị thẩm mỹ của sản phẩm, đáp ứng tốt mục đích sử
dụng trên quan điểm nhân trắc học.
Từ những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 19, ở Australia đã chế tạo vành
xe ngựa bằng gỗ Bạch đàn nhờ công nghệ luộn gỗ rồi đem uốn định hình trên
khn. Một chiếc vành xe ngựa được nối bởi 2 nửa cong của hình trịn có
đường kính từ 800-1200mm. Chiều dày của thanh gỗ uốn là 40mm. Ngày
nay, tại Echuka (Úc) vẫn giữ những mẫu vật truyền thống này và cả những
thiết bị thơ sơ để chế tạo nó. [8]
Tại Nga, Viện công nghệ chế biến gỗ đã nghiên cứu và ứng dụng vào
sản xuất công nghệ sản xuất các chi tiết cong từ gỗ bằng phương pháp uốn ép

với 10 loại gỗ thơng dụng như gỗ Thơng, Sồi, Tần bì, Vân sam, … và xác
định tỷ số h/R cụ thể với từng loại gỗ. Phương pháp uốn ép đó có thể uốn ép
nguội và uốn ép nóng. [27, 28]
Cơng nghệ uốn ép gỗ để sản xuất các chi tiết cong cho các sản phẩm
mộc nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu gỗ là
một trong những loại hình cơng nghệ gỗ được nghiên cứu và ứng dụng vào
sản xuất ở nhiều nước trên thế giới như Nhật, Nga, Mỹ, Trung Quốc từ những
năm 1950 và ngày càng hồn thiện về cơng nghệ và thiết bị. Hầu hết đã xác
định được khả năng uốn của nhiều loại gỗ và thiết lập quy trình uốn ép gỗ cho
nhiều loại sản phẩm gỗ uốn có hình dạng C, U, Z, O,… dùng cho đồ mộc nội
thất và xây dựng.
Hiện nay, trong công nghệ sản xuất các chi tiết cong từ gỗ bằng phương
pháp uốn ép, hoá dẻo gỗ theo xu hướng chủ yếu là làm nóng gỗ bằng sóng
cao tần hoặc năng lượng vi sóng. Tại Úc, Nhật bản, Đan mạch, Phần Lan đã
ứng dụng công nghệ vi sóng nhằm hố dẻo gỗ trong cơng nghệ uốn ép, nhiều
nhà nghiên cứu đã uốn các chi tiết gỗ mỏng để tạo ra các sản phẩm mỹ thuật.


8

Như vậy, hầu hết ở các nước phát triển, bằng phương pháp uốn ép đã
tạo ra các chi tiết cong có kích thước khác nhau dùng trong xây dựng, đồ mộc
nội thất và đã ứng dụng trong thực tế sản xuất. Các chi tiết cong được sản
xuất theo phương pháp uốn ép giữ được cường độ như gỗ nguyên hoặc có thể
được nâng cao. Mặt khác, tỷ lệ lợi dụng gỗ được tăng lên, chất lượng bề mặt
gỗ được cải thiện. Nhìn chung, các chi tiết cong của gỗ có thể được sản xuất
bằng các phương pháp sau:
- Xẻ gỗ thành các chi tiết cong theo phương pháp truyền thống: phương
pháp này đơn giản, khơng địi hỏi thiết bị chun dùng. Tuy nhiên, khi xẻ gỗ
tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu không cao, chất lượng gia công bề mặt gỗ bị giảm

do cắt đứt thớ gỗ, làm cho cường độ của chi tiết giảm xuống, trang sức tương
đối khó. Chi tiết có độ cong lớn và cụm chi tiết hình trịn cịn phải ghép, gia
cơng phức tạp, tỷ lệ lợi dụng gỗ thấp. [2, 6, 26, 27]
- Uốn gỗ bằng phương pháp xẻ rãnh: Một mặt của thanh gỗ được cưa
các rãnh (phần mặt phía trong của gỗ uốn). Chiều sâu mạch cưa h 0, thông
thường là 2/3 - 3/4 chiều dày h của phôi liệu, để lại chiều dày vật liệu lớp mặt
(S = h – h0), S càng nhỏ thì khoảng cách giữa các mạch cưa cũng cần giảm, số
lượng mạch cưa tăng lên, có thể tránh bề mặt lộ ra nhiều góc. Mạch cưa có
thể hình chữ nhật hoặc hình chêm, mạch cưa hình chêm sau uốn cong sẽ
không để lại khe hở. Để tăng mỹ quan, có thể dán 1 lớp ván bóc hoặc ván lạng
bên trong cụm chi tiết uốn cong. [6, 16]
- Uốn, uốn ép gỗ nguyên và ván mỏng thành các chi tiết cong. Công
nghệ uốn ép gỗ bao gồm một số xu hướng sau:
+ Công nghệ uốn gỗ nguyên: các chi tiết gỗ thẳng sau khi được hoá dẻo
bằng các phương pháp khác nhau như xử lý nhiệt ẩm (luộc, hấp), sóng cao
tần, vi sóng được uốn theo bán kính đã được xác định trên các thiết bị uốn thủ
công hay các máy uốn chuyên dụng. Căn cứ vào đặc tính của cấu tạo gỗ và


9

mục đích sử dụng sản phẩm, người ta uốn gỗ với các cấp bán kính khác nhau
được xác định bằng tỷ số h/R (chiều dày/bán kính uốn). B.I. Ugolev (1990) đã
xác định được khả năng uốn của 21 loại gỗ châu Mỹ, B.S. Trudinov (1985) đã
xác định khả năng uốn của 15 loại gỗ. Sản phẩm gỗ uốn thường là các chi tiết
cong cho bàn, ghế nội thất, gỗ uốn dùng để trang trí.
Cơng nghệ uốn gỗ ngun có thể thực hiện mà khơng cần qua bước hóa
dẻo mà dựa vào tính chất vật lý của gỗ, điển hình là phương pháp uốn nguội
(không sử dụng nhiệt độ). Phương pháp uốn nguội lợi dụng nước có sẵn trong
gỗ, nước sẽ làm gỗ mềm hơn trước gỗ được đưa vào khuôn và uốn cong. Đây

là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi ở Nhật Bản. Vật liệu
gỗ sẽ mềm khi nó chứa nhiều nước (gỗ tươi), vì vậy gỗ có thể uốn với bán
kính cong lớn như lưng tựa ghế, nan ghế. Phương pháp này không phù hợp
cho uốn chi tiết gỗ có bán kính cong nhỏ. Hơn nữa, phương pháp này cần phải
sử dụng gỗ có yêu cầu chất lượng cao như: thẳng thớ, khơng có khuyết tật
như nứt, mắt,… Sau khi gỗ được uốn cong, tiến hành xử lý nhiệt cho mẫu gỗ
đã uốn nhằm ổn định mẫu gỗ uốn. [13, 14]
+ Công nghệ uốn, ép gỗ nguyên: Quá trình uốn gỗ được tiến hành song
song với quá trình ép gỗ được thực hiện trên các máy ép chuyên dụng.
Phương pháp này không những tạo ra các chi tiết cong, đồng thời nâng cao
được khối lượng thể tích của gỗ từ 5-50% so với khối lượng thể tích ban đầu.
+ Cơng nghệ uốn ép ván mỏng: Kỹ thuật uốn ép ván mỏng được bắt
đầu tiến hành từ năm 1929, do A. Alto của Phần Lan phát minh ra, ông đã sử
dụng loại ván mỏng từ gỗ Sồi rừng và gỗ Song được sử dụng trong sản xuất
đồ gia dụng (như ghế ngồi, salon,…).Về sau, năm 1940 Mathasom của Thụy
Điển đã tiến hành thiết kế và chế tạo ra rất nhiều các loại hình sản phẩm đồ
gia dụng mà có các chi tiết uốn cong được tạo ra từ phương pháp uốn ép ván
mỏng. Từ những năm 50 của thế kỷ 20 trở đi, Đan Mạch, Thụy Điển, Phần


10

Lan, Na Uy, Nga, Nhật Bản, Đài Loan của Trung Quốc,... đã có được tốc độ
phát triển rất nhanh về kỹ thuật sản xuất các chi tiết cong bằng phương pháp
uốn ép ván mỏng, đồng thời cũng tiến hành sản xuất với số lượng lớn những
sản phẩm có sử dụng các chi tiết cong này.
Uốn ép ván mỏng: các lớp ván mỏng được tráng keo, sau đó xếp thành
phơi ván có chiều dày nhất định và tiến hành uốn ép theo khuôn mẫu đã định.
Sản phẩm của công nghệ uốn ép ván mỏng được sử dụng trong nội thất như:
ghế, sô pha, giá đỡ của bàn, cửa cong tủ,…; trong xây dựng như: khn vịm

cửa, khung cửa,… sử dụng làm dụng cụ thể thao như: nắp dương cầm, vợt cầu
lông, tennis, bàn trượt tuyết,…[6]
Hiện nay, các chi tiết cong được sản xuất bằng phương pháp uốn, ép
ván mỏng vẫn đang được thế giới sử dụng rộng rãi vì có những đặc điểm sau:
- Có thể tạo ra được những chi tiết có hình dạng phức tạp, bán kính
cong nhỏ, các chi tiết cong tạo ra rất đa dạng, có được những nét tạo hình
nghệ thuật độc đáo.
- Có thể tiết kiệm được nguyên liệu gỗ, mở rộng phạm vi về chủng loại
gỗ có thể sử dụng được trong việc sản xuất ra các chi tiết cong, so với công
nghệ sản xuất các chi tiết cong từ gỗ tự nhiên thì nó có thể nâng cao được tỷ
lệ lợi dụng nguyên liệu khoảng 30%, hầu hết những loại gỗ dùng được trong
cơng nghiệp sản xuất ván dán thì đều có thể dùng để sản xuất ra các chi tiết
cong bằng phương pháp dán ghép.
- Làm đơn giản hố q trình gia công cho sản phẩm, nâng cao được
năng suất lao động.
- Có được cường độ đủ lớn, tính ổn định về hình dạng và kích thước
tốt.


11

- Có thể sử dụng được trong sản xuất các loại sản phẩm có khả năng
tháo lắp, thuận tiện cho việc sản xuất và dự trữ, cũng như đóng gói và vận
chuyển.
- Hình dạng của các chi tiết cong được sản xuất bằng phương pháp dán
ghép có thể được căn cứ vào u cầu về hình dáng cũng như cơng dụng của
nó mà tiến hành thiết kế ra được rất nhiều chủng loại khác nhau, các hình
dạng chủ yếu của nó có: C, L, U, S, Z, O, H, h, X,... mặt khác nó cịn có thể
tạo ra được các chi tiết cong dạng khơng gian 3 chiều.
Tóm lại, các chi tiết cong từ gỗ được sản xuất theo xu hướng trên có

chất lượng tốt và áp dụng vào sản xuất cho hiệu quả kinh tế cao.
Một số sản phẩm gỗ uốn trên thế giới

Hình 1.1. Đồ mộc dân dụng


12

Hình 1.2. Sản phẩm mỹ nghệ

Hình 1.3. Sử dụng gỗ uốn trong cơng trình xây dựng
1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
Hiện nay ở nước ta, các chi tiết cong từ gỗ chủ yếu được sản xuất bằng
phương pháp truyền thống: vạch các đường cong trên gỗ xẻ, sau đó xẻ gỗ theo
mẫu đã vạch; uốn ván mỏng: các tấm gỗ mỏng như cánh tủ trong các sản
phẩm mộc được xử lý bằng cách hơ lửa, phun nước sau đó tiến hành uốn, hiệu
quả kinh tế của phương pháp này rất thấp do bán kính cong có thể đạt rất nhỏ,
khơng đáp ứng được tính đa dạng của các chi tiết đồ mộc và không thể áp
dụng vào sản xuất mang tính cơng nghiệp.


13

Vũ Huy Đại cùng các cộng sự (2005) đã tiến hành đề tài KHCN cấp Bộ
“Nghiên cứu cải tiến công nghệ sản xuất chi tiết cong từ gỗ bằng phương
pháp uốn ép nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sử dụng
nguyên liệu”, kết quả cho thấy phôi liệu gỗ Giổi lơng có chiều dày 15 mm sau
khi xử lý hố dẻo bằng hố chất amoniac có thể uốn với bán kính R=415 mm,
đồng thời đề tài cũng đã phân tích và đề xuất các loại hình cơng nghệ uốn gỗ
sản xuất chi tiết cong cho sản phẩm ghế ngồi để có thể triển khai vào sản xuất

trong điều kiện ở nước ta để tạo ra các chi tiết cong cho sản xuất đồ mộc, xây
dựng, thể thao.
Vũ Huy Đại (2006) đã thực hiện đề tài KHCN cấp bộ “Nghiên cứu
công nghệ uốn ép gỗ để sản xuất các chi tiết cong cho sản phẩm mộc phục vụ
chế biến và xuất khẩu”. Đề tài đã xác định được tỷ số h/R của gỗ Keo tai
tượng có kích thước dài x rộng x dày = 500 x 20 x 10 mm là 1/7, xử lý hóa
dẻo bằng phương pháp luộc trong thời gian 45 phút. Đề tài cũng đã xây dựng
được quy trình cơng nghệ uốn gỗ Keo tai tượng làm chi tiết cong cho đồ mộc
với kích thước thanh là LxBxH (chiều dài x chiều rộng x chiều dày), trong đó
B=30 mm; H=25 mm, chiều dài L tuỳ thuộc vào kiểu dáng của ghế ngồi mà
nhận các giá trị khác nhau; bán kính uốn lần lượt là: R= 500mm, 230 mm,
200 mm và 190 mm.
Nguyễn Thị Phúc (2009), đã thực hiện đề tài: “nghiên cứu một số yếu
tố công nghệ để sản xuất một số sản phẩm từ tre nứa đan và ván bóc bằng
phương pháp ép định hình gia nhiệt điện cao tần”. Đề tài đã xác định được
một số yếu tố cơng nghệ chính của quy trình ép mặt ghế cong hai chiều từ cót
đan và ván bóc gỗ Trám hồng trên máy ép định hình gia nhiệt bằng dòng điện
cao tần. Đồng thời, đề tài cũng đã xác định được quy trình cơng nghệ sản xuất
ghế cong hai chiều hoặc các sản phẩm tương tự từ cót đan và ván bóc với thịi


14

gian giảm nhiều so với phương pháp ép nhiệt, tuy nhiên cơng nghệ phức tạp,
địi hỏi độ chính xác và trình độ kỹ thuật cao.
Như vậy, các chi tiết cong của gỗ được sản xuất bằng phương pháp uốn
ép chưa được nghiên cứu đầy đủ và áp dụng vào sản xuất.
1.3. Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu
Trong những năm gần đây, công nghiệp chế biến gỗ ở nước ta phát
triển mạnh mẽ, các sản phẩm mộc và hàng thủ công mỹ nghệ đã được xuất

khẩu đi nhiều nước trên thế giới như EU, Mỹ, Nhật… Cụ thể trong năm 2009,
doanh thu từ các sản phẩm gỗ xuất khẩu chủ yếu là các loại bàn, ghế nội thất
và đồ mộc ngồi thất đã chiếm gần 3 tỷ đơ la, đây là con số rất đáng khích lệ
cho các nhà quản lý, các doanh nghiệp chế biến gỗ trong cả nước. Tuy nhiên,
chúng ta đã phải nhập đến gần 80% gỗ nguyên liệu cho ngành chế biến. Do
vậy việc nâng cao chất lượng và tỷ lệ lợi dụng gỗ rừng trồng để đáp ứng nhu
cầu về nguyên liệu cho sản xuất đồ mộc là mục tiêu chiến lược của nhà nước
ta trong những năm tới. Một trong những xu hướng chính trong việc nâng cao
chất lượng và tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu gỗ được ứng dụng vào sản xuất ở
nhiều nước trên thế giới là công nghệ uốn gỗ để tạo ra các chi tiết cong cho
các sản phẩm mộc có giá trị mỹ thuật và kinh tế cao.
Trong hầu hết sản phẩm mộc: các loại bàn, ghế nội thất đều có chi tiết
cong, chúng khơng chỉ đóng vai trị cơng năng trong sản phẩm mộc mà cịn
mang giá trị thẩm mỹ, thuận tiện và thoải mái trong quá trình sử dụng. Kiểu
dáng của sản phẩm mộc phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của các chi
tiết cong. Chính vì vậy, các chi tiết cong trong các sản phẩm mộc có giá trị
thẩm mỹ và kinh tế rất lớn, chúng quyết định phần nào đến giá thành của sản
phẩm.
Mặc dù công nghệ uốn gỗ đã được thực hiện ở một số doanh nghiệp,
nhưng vẫn còn rất nhiều nhược điểm, cụ thể là:


15

- Phương pháp uốn dập trên khuôn theo một chiều nhất định đã làm nảy
sinh ra nhiều khuyết tật gỗ uốn, hình dạng chi tiết cong rất đơn điệu và bán
kính uốn thường rất lớn (>800 mm) tỷ lệ thành công rất thấp thường chỉ đạt
30%-40%.
- Chất lượng gỗ uốn: do sự thiếu hiểu biết về công nghệ uốn gỗ nên
chất lượng gỗ uốn không cao, tỷ lệ gỗ bị khuyết tật cao và tỷ lệ đàn hồi cao.

Nhiều đơn hàng xuất khẩu sản phẩm đã bị trả lại, do các chi tiết cong bị đàn
hồi trở lại
Hiện nay rất nhiều doanh nghiệp, làng nghề sản xuất đồ gỗ nội thất như
bàn, ghế có rất nhiều chi tiết cong trong các sản phẩm mộc như tụa lưng ghế,
chân ghế, tay vịn, chân bàn..., được sản xuất bằng phương pháp cắt theo mẫu
đã vạch sẵn trên tấm gỗ xẻ. Phương pháp này đơn giản nhưng ảnh hưởng đến
cấu trúc của gỗ, làm cho cường độ gỗ bị giảm và tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu
thấp (lãng phí đến 30-40%), chất lượng bề mặt gỗ bị giảm và không thể tạo ra
các chi tiết cong có bán kính nhỏ.
Keo lai (Acacia Mangium Willd & Acacia auriculiformis A. Cunn. ex
Benth.) là giống lai tự nhiên giữa Keo tai tượng và Keo lá tràm. Đặc điểm nổi
bật của Keo lai là sinh trưởng nhanh, vượt trội lên rõ rệt trên tầng rừng Keo
tai tượng. Nguyên liệu gỗ Keo lai đã và đang được sử dụng rộng rãi để sản
xuất đồ mộc. Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ uốn gỗ Keo lai sản
xuất các chi tiết cong cho sản phẩm mộc có ý nghĩa thực tiễn hết sức lớn
trong việc tiết kiệm nguyên liệu, đồng thời giảm áp lực nhập khẩu gỗ từ nước
ngoài, tạo sự ổn định trong sử dụng nguồn nguyên liệu gỗ rừng trồng cho
công nghiệp chế biến gỗ.


16

1.4. Mục tiêu, phạm vi, nội dung, phương pháp nghiên cứu
1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
+ Mục tiêu tổng qt
Hồn thiện cơng nghệ uốn gỗ tạo các chi tiết cong của đồ mộc gia dụng
và trang trí nội thất, góp phần đa dạng hóa sản phẩm và nâng cao hiệu quả sử
dụng gỗ rừng trồng
+ Mục tiêu cụ thể
- Xác định được giới hạn uốn, đặc trưng bởi tỷ số h/R (chiều dày/bán

kính) cho gỗ Keo lai.
- Đề xuất các bước công nghệ uốn gỗ Keo lai.
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
+ Các yếu tố cố định:
- Nguyên liệu: Nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu là gỗ Keo lai
(Acacia mangium Willd & Acacia auriculiformis A. Cunn. ex Benth.) 9 tuổi
được chặt hạ tại khu vực thị trấn Lương Sơn - Hồ Bình.
- Phương pháp xử lý hóa dẻo là phương pháp hấp.
- Nhiệt độ xử lý: 1000C.
+ Các yếu tố thay đổi:
Đề tài sử dụng phương pháp hóa dẻo cho gỗ bằng hơi nước nóng với
cấp thời gian thay đổi theo thực nghiệm 1 là: 30, 45, 60, 75, 90 phút và thay
đổi cấp bán kính uốn theo thực nghiệm 2 là: R = 30, 60, 90, 120, 150, 180,
210 mm.
1.4.3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu xác định thời gian xử lý hóa dẻo gỗ Keo lai để tạo chi tiết
cong.
- Nghiên cứu xác định giới hạn uốn h/R cho gỗ Keo lai.


17

- Nghiên cứu đề xuất các bước công nghệ uốn gỗ Keo lai tạo chi tiết
cong cho đồ mộc dân dụng
1.4.4. Phương pháp nghiên cứu
+ Phương pháp thực nghiệm:
Sử dụng phương pháp bố trí thực nghiệm đơn yếu tố để xác định chế độ
hoá dẻo hợp lý cho gỗ và xác định tỷ số h/R (chi tiết quá trình thực nghiệm sẽ
được trình bày ở chương 3)
+ Phương pháp kế thừa:

- Kế thừa các kết quả nghiên cứu về gỗ Keo lai trong nước và trên thế
giới.
- Kế thừa các kết quả nghiên cứu về công nghệ sản xuất các chi tiết
cong của gỗ trên thế giới và các phương pháp đánh giá khả năng uốn của gỗ:
Xác định khả năng uốn gỗ theo L.M. Perưligin và B. I. Ugolev (1990).
Đánh giá khuyết tật gỗ uốn theo phương pháp cho điểm được trình bày
ở mục 3.1.4.
+ Phương pháp xử lý số liệu:
Áp dụng phương pháp xử lý số liệu thống kê thơng thường phân tích
các kết quả đạt được trên phần mềm Excel.
1.4.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Kết quả của đề tài có ý nghĩa lớn trong việc nâng cao chất lượng sản
phẩm, tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu gỗ, giá trị thẩm mỹ và giá trị kinh tế của sản
phẩm mộc.
- Xác định được giới hạn uốn của gỗ Keo lai là cơ sở khoa học cho việc
sản xuất chi tiết cong của gỗ bằng phương pháp uốn.
- Kết quả của đề tài hồn tồn có thể áp dụng vào thực tiễn sản xuất ở
quy mô vừa và nhỏ.


18

Chương 2
CƠ SỞ LÝ LUẬN
2.1. Cấu tạo và tính chất gỗ liên quan đến công nghệ uốn gỗ
2.1.1. Cấu tạo gỗ
- Chiều thớ gỗ
Chiều thớ gỗ có ảnh hưởng lớn đến công nghệ uốn gỗ. Nếu phôi thanh
thanh gỗ uốn có thớ nhiêng, xoắn hoặc trong q trình xẻ phơi gỗ uốn làm cắt
đứt thớ gỗ thì trong quá trình uốn gỗ sẽ dễ nảy sinh khuyết tật như: gãy, xé gỗ

uốn. Do đó, yêu cầu nguyên liệu gỗ cho cơng nghệ uốn phải là gỗ thắng thớ, ít
nghiêng và xoắn thớ.
- Mắt gỗ
Mắt gỗ là do dấu vết của cành để lại trên thân cây. Theo thống kê mắt
gỗ chiếm tới 70 – 80% tổng số khuyết tật tự nhiên của gỗ, nó là hiện tượng tự
nhiên và việc dùng gỗ có mắt là khơng thể tránh khỏi.
Về mặt cấu tạo mắt gỗ làm kết cấu gỗ khơng bình thường. Gỗ xung
quanh mắt thường bị nghiêng và xoắn thớ, mắt gỗ càng lớn thì mức độ
nghiêng thớ của gỗ xung quang càng lớn, nó ảnh hưởng trực tiếp và rất lớn
đến khả năng chịu lực, sức chịu kéo, sức chịu uốn, lực nén dọc, nén ngang
thớ.
Trong công nghệ uốn gỗ, u cầu gỗ uốn khơng có mắt, để nâng cao
giới hạn phôi uốn cong, ở mặt kéo và ở gần lớp trung hồ có thể cho phép mắt
nhỏ. [6, 26]
- Khối lượng thể tích
Khối lượng thể tích đặc trưng cho độ rỗng xốp của vật liệu. Khối lượng
thể tích cao, tức là mật độ tế bào nhiều, khoảng không gian trong gỗ ít, cường


19

độ gỗ sẽ cao. Nếu chỉ xét về khối lượng thể tích, gỗ có khối lượng thể tích cao
sẽ khó uốn hơn gỗ có khối lượng thể tích thấp hơn.
- Độ ẩm gỗ
Độ ẩm của phôi thô liên quan mật thiết đến chất lượng uốn cong, độ ẩm
quá thấp, tính năng uốn cong kém, dễ bị phá hủy. Độ ẩm quá cao, sẽ hình
thành áp lực tĩnh, làm cho gỗ trương nứt, tạo ra phế phẩm. Hơn nữa cũng kéo
dài thời gian sấy định hình. Độ ẩm của gỗ phải tiến hành luộc hấp xử lý mềm
hoá nên từ 25 - 30%, độ ẩm của phôi thô xử lý mềm hoá bằng cao tần từ 10 12%. [6]
- Tế bào gỗ

Tế bào gỗ có ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của gỗ. Cấu tạo, hình
dạng tế bào ảnh hưởng nhiều đến các tính chất cơng nghệ của gỗ.
Hình 2.1. biểu thị cấu tạo tế bào gỗ ở các loại gỗ. Nhìn vào hình ta
thấy: ở hình a) là cấu tạo tế bào gỗ ở gỗ trưởng thành, các mixel sắp xếp ổn
định từ lớp ngoài vào lớp trong, các mixel ở lớp giữa S2 (lớp dày nhất của
vách thứ sinh) sắp xếp dọc theo trục tế bào gỗ. Còn ở hình b) và c) các mixel
ở lớp giữa này xếp nghiêng góc so với trục dọc tế bào, chính điều này làm cho
gỗ có độ co rút, giãn nở lớn, tính chất gỗ khơng ổn định. Do đó, trong công
nghệ uốn gỗ, nhất thiết phải chọn nguyên liệu gỗ ở tuổi thành thục, không
chọn gỗ non, gỗ lệch tâm làm nguyên liệu gỗ uốn.


20

Hình 2.1. Cấu tạo siêu hiển vi vách tế bào gỗ
a) Tế bào gỗ trưởng thành; b) Tế bào gỗ non; c) Tế bào gỗ lệch tâm

2.1.2. Thành phần hóa học gỗ
Gỗ là vật liệu rỗng, xốp, mao dẫn, được cấu tạo từ các tế bào xếp dọc
thân cây (mạch gỗ, sợi gỗ, tế bào mô mềm, quản bào, ống dẫn nhựa) và xếp
ngang thân cây (tia gỗ, ống dẫn nhựa ngang). Trong mỗi vịng năm, ở phần gỗ
muộn có tế bào vách dày, ở phần gỗ sớm có các tế bào vách mỏng.

Hình 2.2. Cấu tạo hiển vi gỗ lá rộng
1. Vòng năm; 2. Lỗ mạch; 3. Sợi gỗ


21

Vách tế bào được tạo nên bởi thành phần chính là cellulose và các chất

nền - matrix (lignin và hemicellulose). Trong vách tế bào các phần tử
cellulose xếp theo chiều dọc thân cây, gọi là các mixel (microfiber). Giữa các
mixel được lấp đầy, phân cách bởi các chất nền được tạo thành từ
hemicellulose và lignin. Nước và nhiệt độ tạo nên những tác dụng khác nhau
đối với chất nền và các mixel. Tuy nhiên, phần tử nước không thể vào được
các vùng kết tinh của mixel, vì vậy nước kết hợp tồn tại ở giữa các chất nền
và ở các khe hở giữa các chất nền và mixel, nó tạo thành các chất trương nở
và dẻo hoá. [1]
Gỗ là vật liệu polyme được tạo nên bởi các tế bào gồm các thành phần
hoá học 40 - 50% cellulose, 20 - 30% hemicellulose và 20 - 30% lignin.
a. Cellulose
Cellulose có độ dẻo và là thành phần chịu lực chính của vách tế bào,
lignin có tính cứng và có sức chịu nén lớn khi ép ngang thớ.
Theo nhiều tác giả cellulose là một chất hữu cơ cao phân tử thiên nhiên
có cơng thức (C6H10O5)n. Phân tử cellulose là sự liên kết của các phân tử D glucose, chuỗi cellulose chứa từ 200 - 3000 phân tử monome liên kết với
nhau ở vị trí 1 - 4 tạo nên sợi cơ bản. Cấu tạo phân tử cellulose được mơ tả
như hình 2.3. Ở mỗi mắt xích của phân tử cellulose có ba nhóm hydroxyl (OH) ở vị trí 2, 3, 6 (trong đó có một nhóm bậc nhất và hai nhóm bậc hai).

0

H

OH

0H

H H

0

CH20H

H

0

CH 0H0
2

0

H
0H
H

H H
0H

OH

H

0

0H
H

H

CH20H

0

H

0

H

0

CH 0H0
2

Hình 2.3. Phân tử cellulose

H
0H

H

H

0H

H


22

Trong quá trình tạo thành các dẫn xuất của cellulose, khả năng phản
ứng của các nhóm chức hydroxyl đóng vai trị quan trọng
- Q trình trương nở của cellulose
Cellulose là chất cao phân tử có cực, như vậy dung mơi gây trương nở
hay hoà tan cellulose cũng phải là dung mơi có cực. Thực chất q trình
trương cellulose là q trình tác nhân gây trương xâm nhập vào, bứt phá các
liên kết hydro giữa các phân tử cellulose cạnh nhau, làm cho khoảng cách các
cellulose tăng lên, dẫn đến liên kết của chúng (liên kết Vander-van) yếu đi,
các phân tử cellulose dễ bị xê dịch và trở nên lỏng lẻo hơn, đồng thời khi liên
kết cầu hydro bị phá vỡ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các tác động khác làm
thay đổi cấu trúc của phân tử cellulose trong gỗ.
Quá trình trương nở cellulose trong nước là trường hợp điển hình, bản
chất quá trình trương nở cellulose trong nước được mơ tả như hình 2.4.
O

O

OH

H
O

H
O

OH
H

OH

O

H
H

OH

O
H
H
H
O

O
H

O

OH

H
O

(a)

OH

H

H

O
H
O

O

O

O

H
O

H

H
O
H

OH

(b)

Hình 2.4. Q trình trương nở của cellulose trong nước
(a) - Cellulose với liên kết cầu hydro; (b) - sự trương của cellulose trong nước


23

b. Lignin
Lignin là một tập hợp các chất hữu cơ có sự biến động lớn về cấu tạo,
thành phần hố học, do vậy phân tử lượng có lignin sự biến động. Dưới tác
động của nhiệt độ cao, lignin bị mềm hoá.
Lignin là một cao phân tử gồm các đơn vị phenylpropan. Các nhóm
chức cơ bản trong lignin gồm nhóm metoxyl (-OCH3), nhóm hydroxyl
(-OH). Các đơn phân tử trong lignin liên kết với nhau bằng những liên kết ete
và liên kết C - C, tạo ra cấu trúc mạng phức tạp.
c. Hemicellulose
Cũng như cellulose, hemicellulose là những chất polysaccharides cấu
tạo nên vách tế bào, nhưng so với cellulose thì hemicellulose kém ổn định hoá
học hơn, dễ bị phân giải khi ở nhiệt độ cao.
Hemicellulose gồm có pentozan (C5H8O4)n và hexozan (C6H10O5)n.
Trong hemicellulose có một tỷ lệ khá lớn acid uronic, đó là acid của
các loại đường có cơng thức CHO(CHOH)COOH. Khi thủy phân, các nhóm
cacboxyl của acid bị phân giải thành CO2.
Hemicellulose chứa các nhóm acetyl và metoxyl, các nhóm này cũng bị
phân giải khi thủy phân. Như vậy, quá trình thủy phân hemicellulose dẫn tới
sự phân giải các hợp tử của hemicellulose để tạo ra các sản phẩm trung gian
của polysaccharides, các chất này không tan trong nước, làm cho khả năng
hút nước và trương nở của gỗ giảm đi.
2.2. Yêu cầu nguyên liệu trong công nghệ uốn gỗ
Công nghệ uốn gỗ ngun là loại hình cơng nghệ khó, địi hỏi rất khắt
khe về chất lượng nguyên liệu.
Gỗ dùng để uốn phải đáp ứng được các yêu cầu sau: Không có mắt gỗ,
hoặc mắt gỗ có kích thước khơng lớn và các khuyết tật khác. Gỗ có mắt có thể
uốn, tuy nhiên sẽ có các khuyết tật sinh ra trong quá trình uốn gỗ. Khi uốn gỗ