Nghiên cứu ảnh hưởng áp suất ép đến chất lượng ván ghép thanh Glulam từ gỗ Keo

Chuyên khảo phân tích Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất ép đến chất lượng ván ghép thanh dạng glulam glue laminated timber, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên

Trường đại học

Đại học Lâm nghiệp

Chuyên ngành

Chế biến lâm sản

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Khóa luận tốt nghiệp

2009

66
2
0

Phí lưu trữ

30 Point

Tóm tắt

I. Ván glulam là gì Tổng quan từ gỗ keo tai tượng

Ván ghép thanh dạng Glulam (Glue Laminated Timber) là một sản phẩm kỹ thuật cao, được tạo ra bằng cách ghép các thanh gỗ xẻ song thớ lại với nhau bằng chất kết dính chuyên dụng. Quy trình sản xuất glulam đòi hỏi các thông số công nghệ ép chính xác để tạo ra những kết cấu gỗ dán có độ bền vượt trội, khả năng chịu lực cao và ổn định về kích thước. Không giống gỗ tự nhiên, glulam khắc phục được các nhược điểm như cong vênh, biến dạng và cho phép tạo ra các chi tiết kết cấu có chiều dài và hình dạng linh hoạt, kể cả các chi tiết uốn cong phức tạp. Nguyên liệu chính cho nghiên cứu này là gỗ keo tai tượng (Acacia mangium), một loài cây sinh trưởng nhanh được trồng rộng rãi tại Việt Nam. Gỗ keo tai tượng có các đặc tính cơ lý của gỗ phù hợp cho sản xuất ván nhân tạo, với khối lượng thể tích trung bình và thớ gỗ tương đối thẳng, thuận lợi cho quá trình gia công. Việc sử dụng gỗ rừng trồng như keo tai tượng không chỉ giải quyết bài toán về nguồn cung nguyên liệu khi rừng tự nhiên cạn kiệt mà còn nâng cao giá trị kinh tế cho ngành lâm nghiệp. Chất lượng của ván glulam phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chất kết dính và áp suất ép là hai nhân tố quyết định. Nghiên cứu sử dụng keo dán gỗ EPI (Emulsion Polymer Isocyanate), một loại keo hai thành phần có khả năng đóng rắn nguội hoặc nóng, mang lại cường độ liên kết keo cao và an toàn cho người sử dụng do không chứa formaldehyde tự do. Việc tìm ra áp suất ép tối ưu sẽ giúp đảm bảo màng keo mỏng, liên tục, tăng cường độ bám dính và cuối cùng là nâng cao chất lượng toàn diện của sản phẩm, đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng ván gỗ khắt khe trong xây dựng và sản xuất đồ mộc cao cấp.

1.1. Khái niệm và cấu trúc đặc trưng của kết cấu gỗ dán

Ván ghép thanh dạng Glulam là một sản phẩm gỗ kỹ thuật được sản xuất bằng cách dán nhiều lớp thanh gỗ xẻ (lamellas) lại với nhau, với chiều thớ gỗ của các lớp song song với chiều dài của cấu kiện. Cấu trúc này giúp phân tán các khuyết tật tự nhiên của gỗ như mắt gỗ hay thớ xoắn, tạo ra một sản phẩm đồng nhất và có đặc tính cơ lý của gỗ tốt hơn so với gỗ nguyên khối cùng kích thước. Có hai dạng cấu trúc chính là glulam ghép ngang (Horizontally glulam) và glulam ghép dọc (Vertically glulam), cho phép ứng dụng linh hoạt trong các công trình từ vì kèo, dầm, cột cho đến các chi tiết trang trí nội thất. Ưu điểm nổi bật của kết cấu gỗ dán là khả năng tạo hình đa dạng, không giới hạn về chiều dài và có thể uốn cong, mở ra không gian sáng tạo cho kiến trúc sư. Sản phẩm này có độ bền cơ học cao, ổn định kích thước khi độ ẩm của gỗ thay đổi và trọng lượng nhẹ hơn thép, giúp giảm tải trọng cho công trình.

1.2. Đặc điểm nổi bật của gỗ keo tai tượng Acacia mangium

Gỗ keo tai tượng (Acacia mangium) là loại nguyên liệu được lựa chọn nhờ các đặc tính phù hợp với công nghệ sản xuất ván ghép. Đây là loài cây mọc nhanh, được trồng phổ biến tại Việt Nam, đảm bảo nguồn cung ổn định. Gỗ có giác lõi phân biệt, thớ tương đối thẳng, cấu tạo không có ống dẫn nhựa, không gây cản trở quá trình đóng rắn của keo. Theo các nghiên cứu, đặc tính cơ lý của gỗ keo tai tượng ở độ tuổi 8-10 năm là tốt nhất cho sản xuất. Các chỉ số như ứng suất uốn tĩnh (khoảng 871-946 kgf/cm²), modul đàn hồi (82.47x10³ - 93.58x10³ kgf/cm²) và khối lượng thể tích trung bình (0.42-0.47 g/cm³) cho thấy đây là vật liệu có khả năng chịu lực tốt. Tuy nhiên, vùng tủy cây có thể mềm xốp, ảnh hưởng đến tỷ lệ lợi dụng gỗ nếu không được xử lý đúng cách trong quy trình sản xuất glulam.

1.3. Vai trò của keo dán gỗ EPI trong liên kết glulam

Chất kết dính là yếu tố sống còn quyết định độ bền đường keo của ván glulam. Nghiên cứu này sử dụng keo dán gỗ EPI (SYNTEKO 1980 và HARDENER 1993), một hệ keo hai thành phần tiên tiến. Keo EPI có nhiều ưu điểm vượt trội như không chứa formaldehyde tự do, an toàn cho sức khỏe và môi trường. Màng keo sau khi đóng rắn có độ bền cao, chịu được thời tiết và bền khi gia công cắt gọt. Keo dán gỗ EPI có thể đóng rắn ở nhiệt độ thường (ép nguội) hoặc gia nhiệt, linh hoạt cho nhiều điều kiện sản xuất. Khả năng tạo ra cường độ liên kết keo mạnh mẽ giữa các thanh gỗ keo tai tượng giúp sản phẩm cuối cùng đạt được các chỉ tiêu về độ bền chịu cắt và uốn, đáp ứng yêu cầu của các tiêu chuẩn chất lượng ván gỗ quốc tế như AS/NZS 1328.

II. Thách thức trong tối ưu hóa quá trình sản xuất ván glulam

Việc tối ưu hóa quá trình sản xuất ván ghép thanh dạng glulam từ gỗ keo tai tượng đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật. Một trong những vấn đề lớn nhất là kiểm soát và hạn chế các khuyết tật ván ghép. Các khuyết tật này có thể xuất phát từ nguyên liệu đầu vào như mắt gỗ, nứt nẻ, hoặc từ các sai sót trong quá trình công nghệ như sấy không đều, gia công bề mặt không đạt chuẩn. Đặc biệt, các yếu tố liên quan đến quá trình dán ép như loại keo, lượng keo tráng, thời gian chờ và áp suất ép đóng vai trò quyết định đến chất lượng cuối cùng. Áp suất ép không phù hợp là nguyên nhân chính gây ra nhiều vấn đề. Nếu áp suất quá thấp, bề mặt tiếp xúc giữa các thanh gỗ không đủ chặt, màng keo không liên tục, dẫn đến độ bền đường keo kém và nguy cơ bong tách cao. Ngược lại, nếu áp suất quá cao, keo có thể bị đẩy ra khỏi mối dán hoặc thấm quá sâu vào thớ gỗ, gây lãng phí và làm giảm cường độ liên kết keo. Thách thức đặt ra là phải xác định được một khoảng thông số công nghệ ép tối ưu, cụ thể là áp suất ép hợp lý, để đảm bảo ván glulam đạt được các đặc tính cơ lý của gỗ tốt nhất như cường độ uốn tĩnhmodul đàn hồi, đồng thời tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn chất lượng ván gỗ đã đề ra. Việc này đòi hỏi các thí nghiệm độ bền gỗ được thiết kế và thực hiện một cách khoa học và chính xác.

2.1. Các khuyết tật ván ghép thường gặp và nguyên nhân

Các khuyết tật ván ghép là yếu tố chính làm suy giảm chất lượng và giá trị của sản phẩm glulam. Các lỗi phổ biến bao gồm: khe hở giữa các thanh ghép, cong vênh, nứt bề mặt và bong tách đường keo. Nguyên nhân có thể do độ ẩm của gỗ không đồng đều giữa các thanh tại thời điểm ghép, gây ra ứng suất nội khi gỗ co dãn. Chất lượng bề mặt ván sau khi bào không đủ phẳng và nhẵn cũng làm giảm diện tích tiếp xúc, ảnh hưởng đến sự liên kết. Ngoài ra, việc lựa chọn loại keo không phù hợp hoặc thời gian ép ván không đủ cũng là nguyên nhân dẫn đến độ bền đường keo không đảm bảo. Việc nhận diện và kiểm soát các nguyên nhân này là bước đầu tiên trong việc tối ưu hóa quá trình sản xuất.

2.2. Áp suất ép Yếu tố then chốt ảnh hưởng đến chất lượng

Áp suất ép là một trong những thông số công nghệ ép quan trọng nhất. Vai trò của nó là tạo ra sự tiếp xúc mật thiết giữa các bề mặt cần dán, giúp keo thấm ướt và dàn trải đều, loại bỏ bọt khí và tạo ra một màng keo mỏng, liên tục. Giá trị áp suất ép tối ưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại gỗ, khối lượng thể tích, độ ẩm của gỗ, chất lượng gia công bề mặt và đặc tính của loại keo sử dụng. Đối với gỗ keo tai tượng, việc xác định áp suất ép phù hợp càng quan trọng do gỗ có khả năng bị biến dạng nếu lực ép vượt quá giới hạn ứng suất ép ngang. Một áp suất không phù hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu quan trọng như cường độ uốn tĩnhđộ bền chịu cắt của sản phẩm.

2.3. Tầm quan trọng của việc tuân thủ tiêu chuẩn chất lượng

Sản phẩm ván glulam, đặc biệt khi sử dụng trong các kết cấu chịu lực của công trình xây dựng, bắt buộc phải tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng ván gỗ nghiêm ngặt. Nghiên cứu này tham chiếu tiêu chuẩn AS/NZS 1328 của Úc và New Zealand, một trong những bộ tiêu chuẩn uy tín cho sản phẩm glulam. Tiêu chuẩn này quy định rõ ràng về các chỉ tiêu chất lượng cần kiểm tra, bao gồm: modul đàn hồi (MOE), độ bền uốn tĩnh (MOR), độ bền nén, độ bền chịu cắt (trượt), và đặc biệt là khả năng bám dính của màng keo thông qua thử nghiệm bong tách. Việc sản xuất không đạt tiêu chuẩn không chỉ làm giảm giá trị thương mại của sản phẩm mà còn tiềm ẩn rủi ro mất an toàn cho công trình. Do đó, mọi nỗ lực tối ưu hóa quá trình sản xuất đều phải hướng đến mục tiêu cuối cùng là đáp ứng và vượt qua các tiêu chuẩn này.

III. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất ép lên glulam

Để xác định ảnh hưởng của áp suất ép đến chất lượng ván glulam từ gỗ keo tai tượng, một nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành một cách bài bản. Quy trình sản xuất glulam được thực hiện theo các công đoạn tiêu chuẩn, bắt đầu từ việc xẻ gỗ tròn, sấy gỗ về độ ẩm của gỗ yêu cầu (8-13%), gia công các thanh gỗ, ghép ngang và cuối cùng là ép lớp để tạo thành ván glulam. Điểm mấu chốt của nghiên cứu là việc thay đổi một thông số công nghệ ép duy nhất là áp suất ép, trong khi giữ cố định các yếu tố khác như loại keo, lượng keo, nhiệt độ và thời gian ép ván. Cụ thể, nghiên cứu đã khảo sát 5 mức áp suất ép khác nhau: 1.2, 1.4, 1.6, 1.8 và 2.0 MPa. Sau khi các mẫu ván glulam được sản xuất ở từng mức áp suất, chúng được đưa đi kiểm tra chất lượng theo tiêu chuẩn chất lượng ván gỗ AS/NZS 1328. Các thí nghiệm độ bền gỗ được thực hiện để đánh giá các đặc tính cơ lý của gỗ quan trọng. Các chỉ tiêu chính bao gồm khối lượng thể tích, độ ẩm, khả năng bám dính của màng keo (thử nghiệm bong tách), cường độ uốn tĩnh (MOR)modul đàn hồi (MOE). Dữ liệu thu thập được từ các thí nghiệm sau đó được xử lý bằng phương pháp thống kê toán học để xác định mối tương quan giữa áp suất ép và các chỉ tiêu chất lượng, từ đó tìm ra giá trị áp suất tối ưu.

3.1. Chi tiết quy trình sản xuất glulam từ gỗ keo tai tượng

Quy trình sản xuất glulam được tiến hành tại Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm của Trường Đại học Lâm nghiệp. Gỗ keo tai tượng sau khi xẻ được sấy trong lò sấy hơi nước để đạt độ ẩm của gỗ mục tiêu. Các thanh gỗ sau đó được bào phẳng bốn mặt để đảm bảo chất lượng bề mặt ván tốt nhất cho việc dán keo. Keo dán gỗ EPI được pha chế theo đúng tỷ lệ nhà sản xuất khuyến nghị (100 phần keo : 15 phần chất đóng rắn). Keo được tráng đều lên bề mặt các thanh trước khi xếp phôi và đưa vào máy ép. Quá trình ép lớp được thực hiện bằng phương pháp ép nguội, sử dụng máy ép thủy lực, nơi áp suất được kiểm soát chính xác theo từng mức thí nghiệm. Thời gian ép ván được duy trì đủ lâu để keo đóng rắn hoàn toàn trước khi gia công hoàn thiện sản phẩm.

3.2. Thiết lập thí nghiệm với các mức áp suất ép khác nhau

Thí nghiệm được thiết kế để khảo sát sự ảnh hưởng của áp suất ép lên chất lượng ván. Năm mức áp suất được lựa chọn là 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, và 2.0 MPa. Khoảng áp suất này được chọn dựa trên khuyến nghị của nhà sản xuất keo dán gỗ EPI (0.1 - 1.0 MPa, phụ thuộc KLTT gỗ) và tính toán dựa trên ứng suất ép ngang giới hạn của gỗ keo tai tượng (không nên vượt quá 1.5 MPa theo lý thuyết). Việc lựa chọn các mức áp suất này cho phép xây dựng một mô hình hồi quy để tìm ra điểm tối ưu. Đối với mỗi mức áp suất, một số lượng mẫu ván glulam được sản xuất để đảm bảo tính tin cậy của kết quả thống kê. Quá trình ép được giám sát chặt chẽ để đảm bảo áp suất được duy trì ổn định trong suốt thời gian ép ván.

3.3. Các chỉ tiêu đánh giá đặc tính cơ lý của gỗ thành phẩm

Chất lượng ván glulam được đánh giá thông qua một loạt các bài kiểm tra đặc tính cơ lý của gỗ. Các chỉ tiêu quan trọng nhất bao gồm: Cường độ uốn tĩnh (MOR), thể hiện khả năng chịu uốn của ván trước khi bị phá hủy; Modul đàn hồi (MOE), đo lường độ cứng và khả năng chống lại biến dạng của vật liệu. Ngoài ra, độ bền đường keo được đánh giá gián tiếp qua thử nghiệm bong tách, trong đó mẫu thử được ngâm trong nước nóng và sấy khô theo chu kỳ để mô phỏng điều kiện khắc nghiệt, sau đó đo lường tỷ lệ phần trăm đường keo bị nứt vỡ. Tất cả các phương pháp thử nghiệm đều tuân thủ nghiêm ngặt theo quy định của tiêu chuẩn AS/NZS 1328, sử dụng các thiết bị chuyên dụng như máy vạn năng để đảm bảo độ chính xác.

IV. Phân tích kết quả Áp suất ép tối ưu cho ván gỗ keo

Kết quả từ các thí nghiệm độ bền gỗ cho thấy áp suất ép có ảnh hưởng rõ rệt và phi tuyến tính đến các đặc tính cơ lý của gỗ của ván glulam từ gỗ keo tai tượng. Phân tích dữ liệu chỉ ra rằng việc tăng áp suất ép không phải lúc nào cũng mang lại kết quả tốt hơn. Cụ thể, khi tăng áp suất từ 1.2 MPa lên đến khoảng 1.6 - 1.8 MPa, các chỉ số chất lượng quan trọng như cường độ uốn tĩnh (MOR)modul đàn hồi (MOE) đều có xu hướng tăng lên. Điều này là do áp suất cao hơn giúp tạo ra sự tiếp xúc tốt hơn giữa các bề mặt gỗ, làm cho màng keo dán gỗ EPI được dàn trải mỏng và đều hơn, từ đó nâng cao cường độ liên kết keo. Tuy nhiên, khi áp suất ép vượt qua ngưỡng tối ưu này và tiến đến 2.0 MPa, các chỉ số chất lượng lại có dấu hiệu suy giảm. Nguyên nhân được cho là do áp suất quá lớn đã đẩy một lượng keo đáng kể ra khỏi mối dán, tạo ra hiện tượng "thiếu keo", làm màng keo không còn liên tục và làm giảm độ bền đường keo. Dựa trên việc phân tích các đồ thị tương quan và hàm hồi quy, nghiên cứu đã xác định được khoảng áp suất ép hiệu quả nhất để tối ưu hóa quá trình sản xuất, mang lại sản phẩm ván glulam có chất lượng cao nhất.

4.1. Ảnh hưởng đến cường độ uốn tĩnh MOR và modul đàn hồi MOE

Kết quả cho thấy cả cường độ uốn tĩnhmodul đàn hồi đều đạt giá trị cao nhất ở mức áp suất ép 1.6 MPa. Tại mức áp suất này, MOR đạt giá trị trung bình khoảng 46.09 MPa và MOE đạt khoảng 13,151 MPa. Khi áp suất tăng từ 1.2 MPa lên 1.6 MPa, cả hai chỉ số đều tăng đều. Tuy nhiên, khi áp suất tiếp tục tăng lên 1.8 MPa và 2.0 MPa, giá trị MOR và MOE bắt đầu giảm xuống. Điều này khẳng định sự tồn tại của một điểm áp suất tối ưu, nơi mà sự cân bằng giữa việc tạo ra tiếp xúc bề mặt tốt và việc tránh làm keo bị thất thoát được đảm bảo. Các giá trị MOR và MOE thu được đều đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn chất lượng ván gỗ cấp GL10 và GL12 theo AS/NZS 1328.

4.2. Tác động lên độ bền đường keo và khả năng bong tách

Khả năng chống bong tách của màng keo là một chỉ số quan trọng phản ánh độ bền đường keo trong điều kiện sử dụng thực tế. Kết quả thử nghiệm cho thấy, tỷ lệ bong tách màng keo là thấp nhất (chất lượng bám dính tốt nhất) ở mức áp suất ép 1.8 MPa. Đồ thị tương quan cho thấy khi áp suất tăng từ 1.2 MPa đến 1.8 MPa, tỷ lệ bong tách giảm dần, chứng tỏ cường độ liên kết keo tăng lên. Tuy nhiên, ở mức 2.0 MPa, tỷ lệ bong tách lại tăng nhẹ. Mặc dù điểm tối ưu cho khả năng chống bong tách (1.8 MPa) hơi khác so với điểm tối ưu cho MOR/MOE (1.6 MPa), nhưng sự khác biệt không lớn. Điều này cho thấy khoảng áp suất từ 1.6 đến 1.8 MPa là vùng làm việc hiệu quả nhất.

4.3. Đề xuất thông số công nghệ ép hiệu quả nhất cho sản xuất

Tổng hợp các kết quả phân tích, nghiên cứu đề xuất thông số công nghệ ép tối ưu cho việc sản xuất ván glulam từ gỗ keo tai tượng sử dụng keo dán gỗ EPI là một mức áp suất ép trong khoảng từ 1.6 đến 1.8 MPa. Cụ thể, áp suất 1.6 MPa được khuyến nghị để đạt được cường độ uốn tĩnhmodul đàn hồi cao nhất, trong khi áp suất 1.8 MPa sẽ tối ưu hóa độ bền đường keo và khả năng chống bong tách. Việc lựa chọn giá trị cụ thể trong khoảng này có thể phụ thuộc vào yêu cầu ưu tiên của sản phẩm cuối cùng. Áp dụng thông số này trong thực tế sản xuất sẽ giúp doanh nghiệp tạo ra sản phẩm kết cấu gỗ dán chất lượng cao, ổn định và đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe, đồng thời tối ưu hóa quá trình sản xuất và sử dụng vật liệu.

V. Ứng dụng thực tiễn của ván glulam từ gỗ keo tai tượng

Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của áp suất ép không chỉ có ý nghĩa học thuật mà còn mở ra những ứng dụng thực tiễn to lớn. Việc xác định được thông số công nghệ ép tối ưu cho phép sản xuất hàng loạt ván glulam từ gỗ keo tai tượng với chất lượng được kiểm soát và đồng đều. Sản phẩm kết cấu gỗ dán này có tiềm năng trở thành vật liệu thay thế hiệu quả cho gỗ tự nhiên, thép và bê tông trong nhiều lĩnh vực. Trong ngành xây dựng, ván glulam từ gỗ keo có thể được sử dụng làm dầm, cột, vì kèo cho các công trình nhà ở, nhà công cộng, khu thể thao, và thậm chí là cầu đường. Nhờ cường độ uốn tĩnhmodul đàn hồi cao, nó đáp ứng được các yêu cầu chịu lực khắt khe. Trong sản xuất đồ mộc, ván glulam là vật liệu lý tưởng cho mặt bàn, cầu thang, khung cửa và các chi tiết nội thất cao cấp khác nhờ chất lượng bề mặt ván tốt và tính ổn định kích thước. Việc phát triển sản phẩm này còn là một giải pháp vật liệu bền vững, tận dụng hiệu quả nguồn gỗ rừng trồng, giảm áp lực lên rừng tự nhiên và phù hợp với xu hướng kiến trúc xanh trên toàn thế giới. Hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc cải tiến công nghệ, sử dụng các loại keo mới như keo MUF (Melamine Urea Formaldehyde) hoặc nghiên cứu trên các loại gỗ rừng trồng khác để đa dạng hóa sản phẩm.

5.1. Tiềm năng trong kết cấu gỗ dán cho xây dựng Việt Nam

Tại Việt Nam, ngành xây dựng đang phát triển mạnh mẽ và có nhu cầu lớn về các vật liệu mới, bền vững và có tính thẩm mỹ cao. Ván glulam từ gỗ keo tai tượng hoàn toàn đáp ứng các tiêu chí này. Với khả năng sản xuất trong nước, sản phẩm này có lợi thế cạnh tranh về giá so với các vật liệu nhập khẩu. Việc áp dụng kết cấu gỗ dán vào các công trình không chỉ mang lại vẻ đẹp tự nhiên, ấm cúng của gỗ mà còn giúp giảm trọng lượng công trình, thi công nhanh chóng và linh hoạt. Đây là một hướng đi đầy hứa hẹn, góp phần hiện đại hóa ngành công nghiệp chế biến gỗ và xây dựng của quốc gia.

5.2. Giải pháp vật liệu bền vững từ nguồn gỗ rừng trồng

Việc sử dụng gỗ keo tai tượng – một loài cây được trồng rộng rãi và có chu kỳ khai thác ngắn – để sản xuất glulam là một ví dụ điển hình của kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững. Quá trình này giúp nâng cao giá trị của gỗ rừng trồng, tạo thêm thu nhập cho người trồng rừng và giảm thiểu việc khai thác gỗ từ rừng tự nhiên. Sản phẩm glulam có tuổi thọ cao và khi hết vòng đời sử dụng, chúng có thể được tái chế hoặc phân hủy sinh học, ít gây tác động tiêu cực đến môi trường so với các vật liệu xây dựng truyền thống như bê tông hay thép.

5.3. Hướng nghiên cứu tương lai Mở rộng và cải tiến công nghệ

Mặc dù nghiên cứu đã xác định được áp suất ép tối ưu, vẫn còn nhiều tiềm năng để cải tiến và phát triển. Các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể bao gồm việc tối ưu hóa quá trình sản xuất bằng cách khảo sát các yếu tố khác như nhiệt độ và thời gian ép ván khi sử dụng máy ép gia nhiệt. Thử nghiệm các loại chất kết dính khác nhau, chẳng hạn như keo MUF hoặc keo Phenol Resorcinol Formaldehyde (PRF), để tạo ra các sản phẩm glulam có khả năng chịu ẩm và chịu thời tiết tốt hơn cho các ứng dụng ngoài trời. Ngoài ra, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ này trên các loại gỗ rừng trồng khác của Việt Nam cũng là một hướng đi cần thiết để đa dạng hóa sản phẩm và tận dụng tối đa nguồn tài nguyên lâm nghiệp của đất nước.

04/10/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Đứng trước nhu cầu rừng tự nhiên ngày càng cạn kiệt, trong khi đó nhu cầu về gỗ của xã hội ngày càng gia tăng về số lượng và chất lượng ,một trong những nhu cầu cấp bách cho ngành Chế biến lâm sản của nước ta hiện nay là tìm kiếm nguồn nguyên liệu, đa dạng loại hình sản phẩm, nâng cao chất lượng và đổi mới công nghệ. Một trong những giải pháp đó là sử dụng gỗ rừng trồng sinh trưởng nhanh để sản xuất ván nhân tạo, hiệu quả là vừa nâng cao tỉ lệ lợi dụng vừa khắc phục được nhược điểm của gỗ. Hiện nay,các loại hình ván nhân tạo phổ biến như ván dăm, ván dán… Các ván này dùng chủ yếu cho đồ mộc. Để đáp ứng những sản phẩm dùng trong kiến trúc và xây dựng, ván ghép thanh dạng Glulam là sự lựa chọn.

Ván ghép thanh dạng Glulam là loại ván ghép thanh đặc biệt, với nhiều ưu điểm như: không cong vênh, không biến dạng,với chiều dài tuỳ ý và làm các chi tiết cong. Nó càng càng được sử dụng và sản xuất rộng rãi. Quá trình sản xuất ván ghép thanh dạng glulam có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng (nguyện liệu ,áp suất ép, nhiệt độ,thời gian ép…) và một trong những yếu tố quan trọng là áp suất ép. Trong quá trình dán dính lực ép để làm bề mặt dán dính tiếp xúc chặt chẽ, thuận lợi cho dung dịch keo thấm ướt triệt để, loại bỏ chất bay hơi phân tử thấp tạo ra trong quá trình đóng rắn và tạo ra màng keo mỏng đều và liên tục ngoài ra áp suất ép còn để khống chế chiều dày sản phẩm và tạo khối lượng thể tích của sản phẩm.

Ván ghép thanh dạng glulam với nhiều ưu điểm của nó, chắc chắn trong tương lai sẽ được sử dụng nhiều để đáp ứng nhu cầu xã hội. Chính vì vậy tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất ép đến chất lượng ván ghép thanh dạng Glulam (Glue laminated timber) từ gỗ Keo tai tượng” nhằm tạo ra loại vật liệu mới phục vụ cho sản xuất hàng mộc thông dụng và phục vụ trong xây dựng. 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Khái niệm ván ghép thanh dạng Glulam (Glue laminated timber)[3] Ván ghép thanh dạng Glulam là sản phẩm được ra bằng cách dán ghép các thanh gỗ xẻ lại với nhau nhờ chất kết dính, trong một điều kiện công nghệ nhất định.

Hầu hết sản phẩm Glulam có chiều thớ gỗ song song với chiều dài sản phẩm. Hiện nay, glulam được chia thành hai loại chính (theo cấu trúc) là Horizontally glulam và Vertically glulam. Horizontal glulam Hình 1.2 Vertical glulam Glulam là được dùng chủ yếu trong các công trình xây dựng, trong sản xuất mặt hàng mộc thông dụng, trong các công trình giao thông, trường học, khu thể dục thể thao. Glulam với khả năng ổn định kích thước khi thay đổi độ ẩm, hình dạng và kích thước có thể linh động điều chỉnh, có khối lượng thể tích trung bình, độ bền cơ học cao và liên kết dễ dàng.

Và đặc biệt là các chi tiết cong. Chính vì vậy mà Glulam được sử dụng nhiều trong công trình xây dựng lớn như: cầu đường, vì kèo nhà, trụ cột, dầm xà. 2 Dưới đây là một số sản phẩm được làm từ Ván ghép thanh dạng Glulam: Hình 1. Ván ghép thanh dạng Glulam được sử dụng trong xây dựng Hình 1.

Ván ghép thanh dạng Glulam được sử dụng trong đồ mộc 3 1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu 1. Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài Glulam là loại vật liệu được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1893 nó được đưa vào để xây dựng phòng Hòa nhạc ở Basel thuộc Phần lan. Ở Châu Âu ,lần đầu tiên bằng sáng chế ra Glulam ở Đức năm 1906 bởi Hetzet Binder.

Ở Mỹ lần đầu tiên vào năm 1934 tại phòng thí nghiệm lâm sản_ Viện Hàn lâm khoa học Glulam mới được sản xuất thử và khoảng chừng năm 1961 việc ghép ngón giữa các thanh với nhau mới ra đời và được áp dụng rộng rãi từ năm 1970 cho đến nay. Một trong những nước sản xuất ván ghép thanh dạng Glulam có sản lượng lớn là Phần Lan, vào năm 2006 có 11 Công ty sản xuất ván ghép thanh dạng Glulam. Hàng năm sản xuất ra khoảng 206.000 m3 tiêu thụ trong nước, 27.000 m3 xuất khẩu sang các nước EU, 140.000 m3 được xuất sang Nhật Bản.[3] 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 World Japan Europe Russia North America UNECE TIMBER COMMITTEE Fifty-ninth session 2-5 October 2001 Hình 1. Biểu đồ sản lượng ván ghép thanh dạng glulam trên thế giới 4 1.

Tình hình nghiên cứu trong nƣớc Ở nước ta, tình hình sản xuất ván ghép thanh mới được chú trọng phát triển vài năm trở lại đây, về sản phẩm ván ghép thanh dạng Glulam vẫn còn rất mới mẻ, chủ yếu chỉ mang tính nghiên cứu, thử nghiệm ở một vài loại gỗ nên chưa có nhà máy sản xuất. Năm 2007 với đề tài tốt nghiệp Đại học Lâm nghiệp của Hoàng Đức Thận là “ Nghiên cứu tạo ván ghép thanh (dạng Glue laminated timber) từ gỗ Dừa” và năm 2008 của Nguyễn Năng Phong là “Nghiên cứu tạo ván ghép thanh dạng Glulam (Glue laminated timber) từ gỗ Keo lai”. Các đề tài chỉ bước đầu nghiên cứu và đánh giá sơ bộ về hai loại gỗ để có thể ứng dụng trong ván glulam mà chưa có các thông số công nghệ cụ thể để sản xuất. Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất ép (ép phẳng) tới chất lượng ván ghép thanh dạng Glulam được sản xuất từ gỗ keo tai tượng.

Trên cơ sở đó đề xuất trị số áp suất ép hợp lý. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu + Nguyên liệu Nguyên liệu để sản xuất ván ghép thanh dạng Glulam là gỗ Keo tai tượng được khai thác tại Xuân Mai – Hà Nội. + Chất kết dính Chất kết dính sử dụng là dòng keo EPI (1980/1993) (Emulsion Polymer Isocyanate), (của hãng CASCO cung cấp) gồm SYNTEKO 1980 AND HARDENER 1993 1. Nội dung nghiên cứu + Tìm hiểu về nguyên liệu, máy móc, thiết bị tại trường ĐH Lâm Nghiệp + Tìm hiểu một số tính chất kỹ thuật, công nghệ keo EPI do hãng Casco sản xuất + Lựa chon khoảng trị số áp suất ép để thực nghiệm khảo sát + Thực nghiệm tạo ván ghép thanh dạng glulam + Kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm 5 1.

Điều tra về nguyên liệu [2] Cây Keo tai tượng (Acacia mangium) là một trong hơn 1300 loài Acacia, được trồng trên một diện rộng thuộc vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Nơi có diện tích và trữ lượng trồng Keo tai tượng lớn là Australia, New Guinca, Malaysia, Indonesia… Tại Việt Nam, cây Keo tai tượng được nhập về từ những năm 1980, và hiện nay đang là một trong những loài cây được trồng nhiều nhằm khôi phục vốn rừng. Keo tai tượng là một loại cây mọc nhanh, tăng trưởng về đường kính có thể đạt 5cm/năm và chiều cao có thể đạt 5m/năm trong thời kỳ từ 1 đến 5 năm tuổi. Keo tai tượng có thể được trồng và phát triển ở nhiều điều kiện địa lý, khí hậu, thủy văn khác nhau kể cả những vùng đất khô, bạc màu… Điều kiện thích hợp nhất đối với loài cây này là ở vùng đất có độ pH từ 4- 6 và lượng mưa trung bình năm từ 1400 – 2000 mm.

Theo các kết quả của các tài liệu đã nghiên cứu, cây Keo tai tượng có thể khai thác làm nguyên liệu phục vụ cho sản xuất ván nhân tạo tốt nhất từ 8-10 năm tuổi. Cấu tạo gỗ Cấu tạo gỗ là nhân tố chủ yếu nhất quyết định đến mọi tính chất của gỗ. Cấu tạo được xem như là biểu hiện bên ngoài của tính chất. Những biểu hiện về cấu tạo là cơ sở khoa học để giải thích các hiện tượng sản sinh trong quá trình gia công chế biến, lựa chọn công nghệ sản xuất phù hợp.

Theo kết quả nghiên cứu của các tác giả Lê Xuân Tình, Đinh Xuân Thành (1993) và Phạm Văn Chương (1997), Keo tai tượng là loài cây có giác lõi phân biệt. Gỗ giác có màu vàng nhạt, gỗ lõi có màu xám đen. Khi cây vừa chặt hạ, chúng ta có thể nhận biết được gỗ giác và gỗ lõi một cách rõ ràng. Ở độ tuổi 5-10 năm, tỷ lệ trung bình phần gỗ lõi khoảng 75%.

Vùng tủy cây (đặc biệt là ở giai đoạn 10 năm tuổi) hình thành một vùng “gỗ già” mềm xốp, màu nâu xám. Vùng gỗ già này là nguyên nhân làm cho gỗ bị rỗng ruột, làm giảm độ bền cơ học cũng như tỷ lệ lợi dụng trong quá trình sử dụng. 6 Keo tai tượng là loài cây mọc nhanh, tăng trưởng đường kính trung bình từ 2,6 – 3,4 cm/năm; trong mỗi vòng năm phần gỗ sớm và gỗ muộn phân biệt không rõ ràng. Trên mặt cắt ngang chúng ta quan sát thấy vòng năm là những đường tương đối tròn đều và đồng tâm vây quanh tủy.

Tăng trưởng chiều cao phụ thuộc rất nhiều vào mật độ trồng và điều kiện lập địa. Quan sát cấu tạo thô đại cho thấy, Keo tai tượng có thớ gỗ tương đối thẳng và thô; mạch gỗ phân tán tụ hợp đơn và kép xen kẽ, số lượng lỗ mạch nhiều, tia gỗ có số lượng nhiều, kích thước trung bình. Tổ chức tế bào mô mềm nối tiếp nhau thành từng dây dọc theo thân cây, hình thức phân bố trên mặt cắt ngang vây quanh mạch theo hình tròn không kín.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ