Tổng quan nghiên cứu
Việt Nam hiện có diện tích trồng dừa khoảng 175.000 ha, trong đó vùng Đồng bằng sông Cửu Long chiếm gần 80% với khoảng 130.000 ha, tập trung chủ yếu tại các tỉnh Bến Tre, Trà Vinh, Tiền Giang và Vĩnh Long. Cây dừa không chỉ là nguồn thu nhập chính của nhiều hộ dân mà còn là nguyên liệu tiềm năng cho ngành công nghiệp chế biến gỗ kỹ thuật. Tuy nhiên, nguồn cung gỗ tự nhiên tại các địa phương như Bến Tre gần như không đáp ứng đủ nhu cầu xây dựng và sản xuất nội thất, trong khi đó diện tích dừa lớn với tổng sinh khối ước tính khoảng 5,3 triệu m³ tạo điều kiện thuận lợi để phát triển gỗ kỹ thuật từ thân cây dừa.
Luận văn tập trung nghiên cứu các thông số công nghệ chủ yếu trong chế tạo gỗ kỹ thuật LVL (Laminated Veneer Lumber) từ thân cây dừa sử dụng trong xây dựng, bao gồm lượng keo, áp lực ép và chiều dày phôi. Thời gian nghiên cứu từ tháng 5/2021 đến 7/2022 tại Công ty TNHH Thành Thái, Bình Dương. Mục tiêu nhằm xây dựng quy trình công nghệ sản xuất gỗ LVL từ gỗ dừa, tạo ra sản phẩm có tính chất cơ lý tương đương gỗ tự nhiên, đáp ứng tiêu chuẩn ISO 2426-2:2000 và FOCT 962472, góp phần nâng cao giá trị sử dụng nguyên liệu dừa và thay thế nguồn gỗ tự nhiên khan hiếm.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Gỗ kỹ thuật LVL là vật liệu được tạo thành từ các lớp ván mỏng xếp chồng và dán keo theo chiều dọc thớ, giúp loại bỏ các khuyết tật tự nhiên của gỗ nguyên liệu như vết nứt, mục, xoắn thớ. LVL có độ bền cơ học vượt trội, gấp 1,3 lần glulam và gấp 2 lần gỗ xẻ truyền thống, đồng thời có tính ổn định về kích thước, không cong vênh, co ngót thấp. Các lý thuyết về cơ học vật liệu và công nghệ chế biến gỗ được áp dụng để phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến tính chất cơ lý của gỗ LVL.
Ba khái niệm chính được nghiên cứu gồm: lượng keo dán, áp lực ép và chiều dày phôi. Lượng keo ảnh hưởng đến khả năng thấm và độ bám dính của màng keo; áp lực ép quyết định độ liên kết giữa các lớp ván mỏng; chiều dày phôi ảnh hưởng đến thời gian đóng rắn keo và khả năng thoát ẩm trong quá trình ép.
Phương pháp nghiên cứu
Nguồn dữ liệu chính là các mẫu gỗ dừa khoảng 30 tuổi, trồng tại Bến Tre, được bóc ván mỏng dày 3 mm bằng máy bóc không chấu kẹp. Keo sử dụng là keo Urea Formaldehyde (UF 515) với hàm lượng khô 50±1% và lượng formaldehyde tự do dưới 0,5%. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tổ chức theo kế hoạch trung tâm hợp thành trực giao với ba biến số đầu vào: lượng keo (X₁), áp lực ép (X₂), chiều dày phôi (X₃). Các chỉ tiêu đầu ra gồm độ bền uốn tĩnh (Y₁), khối lượng thể tích (Y₂) và độ bền kéo trượt màng keo (Y₃).
Tổng số 15 thí nghiệm được thực hiện ngẫu nhiên, mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần để đảm bảo độ tin cậy. Kết quả được xử lý bằng phần mềm Statgraphics, xây dựng mô hình hồi quy đa thức bậc hai, kiểm tra độ phù hợp mô hình qua phân tích phương sai ANOVA với mức ý nghĩa 95%. Các chỉ tiêu cơ lý được xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 12446:2018 (độ bền uốn tĩnh), TCVN 10572:2014 (độ bền kéo trượt màng keo) và TCVN 5694:2014 (khối lượng thể tích).
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Ảnh hưởng của lượng keo: Lượng keo tráng 200 g/m² cho kết quả độ bền uốn tĩnh cao nhất, đạt 56,48 MPa, tăng khoảng 20% so với lượng keo thấp hơn (160 g/m²). Lượng keo thấp làm giảm khả năng bám dính, ảnh hưởng đến độ bền kéo trượt màng keo.
Ảnh hưởng của áp lực ép: Áp lực ép 1,8 MPa là mức tối ưu, giúp tăng độ bền uốn tĩnh và độ bền kéo trượt màng keo lên lần lượt 56,48 MPa và 0,24 kG/cm², cao hơn khoảng 15% so với áp lực ép 1,2 MPa. Áp lực ép quá lớn có thể làm phá hủy cấu trúc ván mỏng.
Ảnh hưởng của chiều dày phôi: Chiều dày phôi 11,7 mm cho kết quả khối lượng thể tích trung bình 0,23 g/cm³, đảm bảo độ đồng đều và khả năng chịu lực của gỗ LVL. Chiều dày quá lớn làm tăng thời gian ép và giảm hiệu suất sản xuất.
Tối ưu hóa đa mục tiêu: Kết quả tối ưu hóa hàm đa mục tiêu cho thấy tổ hợp lượng keo 200 g/m², áp lực ép 1,8 MPa và chiều dày phôi 11,7 mm đạt được các chỉ tiêu cơ lý tốt nhất, phù hợp tiêu chuẩn ISO 2426-2:2000.
Thảo luận kết quả
Các kết quả cho thấy sự tương quan rõ rệt giữa các thông số công nghệ và tính chất cơ lý của gỗ LVL từ thân dừa. Lượng keo và áp lực ép là hai yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất đến độ bền uốn tĩnh và độ bền kéo trượt màng keo, phù hợp với các nghiên cứu trong nước và quốc tế về sản xuất gỗ kỹ thuật từ các loại gỗ mềm và gỗ công nghiệp. Chiều dày phôi ảnh hưởng đến khả năng thấm keo và thời gian đóng rắn, cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
So với gỗ nguyên liệu, gỗ LVL chế tạo từ thân dừa có tính chất cơ lý tương đương, đồng thời khắc phục được nhược điểm về tính đồng đều và khuyết tật tự nhiên của gỗ dừa. Quy trình công nghệ ép nguội kết hợp keo UF 515 đã chứng minh hiệu quả trong việc tạo ra sản phẩm gỗ kỹ thuật có độ bền cao, ổn định kích thước và phù hợp với các ứng dụng xây dựng và nội thất.
Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tương quan hồi quy giữa các biến số đầu vào và chỉ tiêu đầu ra, bảng phân tích phương sai ANOVA thể hiện mức ý nghĩa của từng yếu tố, cũng như biểu đồ tối ưu hóa đa mục tiêu minh họa tổ hợp thông số công nghệ tối ưu.
Đề xuất và khuyến nghị
Áp dụng quy trình sản xuất LVL từ gỗ dừa: Các doanh nghiệp chế biến gỗ nên áp dụng quy trình với lượng keo 200 g/m², áp lực ép 1,8 MPa và chiều dày phôi 11,7 mm để đảm bảo chất lượng sản phẩm, nâng cao giá trị nguyên liệu dừa trong vòng 12 tháng tới.
Đầu tư máy móc và thiết bị phù hợp: Khuyến nghị đầu tư máy bóc ván mỏng không chấu kẹp và hệ thống ép thủy lực có khả năng kiểm soát chính xác áp lực ép, giúp giảm sai số chiều dày và tăng tỷ lệ thành phẩm, thực hiện trong 6-9 tháng.
Đào tạo kỹ thuật viên và công nhân: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật bóc ván mỏng, tráng keo và ép phôi cho đội ngũ công nhân nhằm nâng cao tay nghề, giảm khuyết tật sản phẩm, tiến hành liên tục trong năm đầu tiên.
Nghiên cứu mở rộng nguyên liệu: Khuyến khích nghiên cứu áp dụng công nghệ LVL cho các loại gỗ công nghiệp khác và phối trộn với gỗ dừa để đa dạng hóa sản phẩm, tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường, triển khai trong 2 năm tiếp theo.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Doanh nghiệp chế biến gỗ và vật liệu xây dựng: Có thể ứng dụng quy trình công nghệ để sản xuất gỗ kỹ thuật LVL từ thân dừa, nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu và mở rộng thị trường sản phẩm.
Các viện nghiên cứu và trường đại học: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình hồi quy và quy hoạch thực nghiệm để phát triển các đề tài liên quan đến công nghệ chế biến gỗ kỹ thuật.
Nhà quản lý và hoạch định chính sách: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách phát triển ngành công nghiệp chế biến gỗ bền vững, tận dụng nguồn nguyên liệu dừa phong phú tại các vùng nông thôn.
Nhà thiết kế và kỹ sư xây dựng: Áp dụng sản phẩm gỗ LVL từ dừa trong thiết kế công trình xây dựng và nội thất, tận dụng tính chất cơ lý ưu việt và thân thiện môi trường của vật liệu.
Câu hỏi thường gặp
Gỗ LVL từ thân dừa có độ bền như thế nào so với gỗ tự nhiên?
Gỗ LVL từ thân dừa đạt độ bền uốn tĩnh khoảng 56,48 MPa, tương đương với gỗ nguyên liệu và vượt trội hơn nhiều so với gỗ xẻ truyền thống, nhờ cấu trúc đồng nhất và loại bỏ khuyết tật tự nhiên.Lượng keo và áp lực ép ảnh hưởng ra sao đến chất lượng gỗ LVL?
Lượng keo 200 g/m² và áp lực ép 1,8 MPa là mức tối ưu giúp tăng độ bền kéo trượt màng keo và độ bền uốn tĩnh, đảm bảo liên kết chắc chắn giữa các lớp ván mỏng.Quy trình ép nguội có ưu điểm gì trong sản xuất gỗ LVL?
Ép nguội giúp giảm tiêu hao năng lượng, hạn chế biến dạng do nhiệt, đồng thời giữ nguyên tính chất cơ lý của gỗ, phù hợp với keo UF có thời gian đóng rắn nhanh.Có thể sử dụng gỗ LVL từ dừa trong các công trình xây dựng lớn không?
Gỗ LVL từ dừa có tính ổn định cao, chịu lực tốt, phù hợp cho các cấu kiện chịu lực như dầm, xà, khung cửa, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trong xây dựng dân dụng và công nghiệp.Làm thế nào để giảm khuyết tật ván mỏng khi bóc từ thân dừa?
Sử dụng máy bóc không chấu kẹp với thông số dao và tỷ suất nén phù hợp, kiểm soát sai số chiều dày trong phạm vi ±0,6 mm, đồng thời loại bỏ các tấm ván không đạt tiêu chuẩn trước khi ép.
Kết luận
- Đã xác định được thông số công nghệ tối ưu cho sản xuất gỗ kỹ thuật LVL từ thân cây dừa: lượng keo 200 g/m², áp lực ép 1,8 MPa, chiều dày phôi 11,7 mm.
- Quy trình sản xuất đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế ISO 2426-2:2000 và tiêu chuẩn Việt Nam, tạo ra sản phẩm có tính chất cơ lý tương đương gỗ tự nhiên.
- Gỗ LVL từ dừa có tiềm năng thay thế nguồn gỗ tự nhiên khan hiếm, góp phần phát triển ngành công nghiệp chế biến gỗ bền vững tại các vùng trồng dừa.
- Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc ứng dụng công nghệ chế tạo gỗ kỹ thuật từ nguyên liệu dừa.
- Đề xuất triển khai áp dụng quy trình sản xuất trong vòng 12 tháng tới, đồng thời mở rộng nghiên cứu và đào tạo kỹ thuật để nâng cao năng lực sản xuất.
Quý độc giả và các đơn vị quan tâm được khuyến khích áp dụng và phát triển công nghệ này nhằm tận dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu dừa phong phú, góp phần thúc đẩy nền kinh tế xanh và bền vững.