Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế biến gỗ và sản xuất ván nhân tạo đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa nguồn nguyên liệu gỗ rừng trồng, đặc biệt khi diện tích rừng tự nhiên ngày càng thu hẹp và trữ lượng gỗ lớn suy giảm. Ván dán (plywood) là loại vật liệu gỗ nhân tạo có nhiều đặc tính cơ lý ưu việt như kích thước tấm lớn, khả năng chịu lực đồng đều theo các chiều, hạn chế co rút và chống tách chẻ tốt hơn gỗ tự nhiên nguyên khối. Trên thế giới, sản lượng ván dán đạt khoảng 55 triệu m³/năm với tốc độ tăng trưởng bình quân 2%/năm, tập trung tại các quốc gia như Hoa Kỳ, Canada, Indonesia và Nhật Bản. Tại Việt Nam, công nghệ sản xuất ván dán từ các loại gỗ mọc nhanh rừng trồng có nhiều tiềm năng nhưng việc ứng dụng công nghệ và quản lý quy trình sản xuất thực tế tại các doanh nghiệp còn bộc lộ nhiều điểm cần hoàn thiện. Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Văn Mười (ngành Chế biến lâm sản, Viện Công nghệ Gỗ & Nội thất, Trường Đại học Lâm nghiệp) thực hiện khảo sát toàn diện thực trạng công nghệ và quy trình sản xuất tại Công ty TNHH Dịch vụ Tổng hợp Hoa Linh.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

  1. Đánh giá thực trạng quy trình công nghệ và dây chuyền sản xuất ván dán tại Công ty TNHH Dịch vụ Tổng hợp Hoa Linh.
  2. Tìm hiểu đặc điểm chung về cơ cấu tổ chức, quy mô sản xuất và danh mục sản phẩm ván dán của doanh nghiệp.
  3. Khảo sát, phân tích các thông số kỹ thuật thực tế từ khâu nguyên liệu đầu vào, keo dán, may ghép, tráng keo, ép nguội đến ép nóng.
  4. Đánh giá ưu điểm, hạn chế của dây chuyền và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ và quy trình sản xuất ván dán tại Công ty TNHH Dịch vụ Tổng hợp Hoa Linh.
  • Phạm vi không gian: Nhà máy sản xuất của Công ty TNHH Dịch vụ Tổng hợp Hoa Linh tại Khu 9, xã Võ Lao, huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ.
  • Phạm vi thời gian: Số liệu và thực nghiệm khảo sát được thu thập từ tháng 02/2021 đến tháng 05/2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết chuyên ngành về công nghệ sản xuất ván nhân tạo, bao gồm nguyên lý hình thành và 4 nguyên tắc cấu tạo cơ bản của ván dán:

  • Nguyên tắc số lớp lẻ (NT1): Số lớp ván mỏng cấu thành luôn là số lẻ (3, 5, 7 lớp...) nhằm rút ngắn thời gian truyền nhiệt tới lớp keo trung tâm trong quá trình ép nóng và tránh hiện tượng trượt màng keo lớp lõi khi ván chịu uốn.
  • Nguyên tắc đối xứng (NT2): Các lớp ván mỏng đối xứng nhau qua mặt phẳng trung tâm phải đồng nhất về chiều dày, loại gỗ, độ ẩm và hướng thớ nhằm đảm bảo độ ổn định kích thước, hạn chế cong vênh, biến dạng.
  • Nguyên tắc thớ vuông góc (NT3): Hai lớp ván mỏng liền kề có chiều thớ vuông góc nhau, giúp triệt tiêu độ co rút bất đẳng hướng theo phương tiếp tuyến và tăng cường độ cơ lý đồng đều theo cả hai chiều dài và rộng.
  • Nguyên tắc chiều dày tăng dần vào trong (NT4): Lớp ván mỏng phía ngoài mỏng hơn lớp lõi giữa, giúp màng keo mặt ngoài nhận nhiệt nhanh và hạn chế ứng suất kéo nén cục bộ trên bề mặt tấm ván.

Phương pháp nghiên cứu được triển khai kết hợp 4 phương pháp thực tế:

  • Phương pháp kế thừa tài liệu: Thu thập, hệ thống hóa giáo trình, tài liệu chuyên khảo về khoa học gỗ, công nghệ ván nhân tạo và các tiêu chuẩn kiểm nghiệm cơ lý như ASTM D1037-91 (độ bền liên kết nội), ASTM D5582-00 (nồng độ phát thải Formaldehyde).
  • Phương pháp khảo sát thực tế: Khảo sát trực tiếp mặt bằng nhà máy, thiết bị máy móc, sơ đồ dây chuyền, cơ cấu nhân sự và phương thức vận hành tại các tổ sản xuất.
  • Phương pháp thực nghiệm: Trực tiếp tham gia thao tác sản xuất ở từng công đoạn (đo độ ẩm, kiểm tra độ dày bằng thước kẹp cơ học, thử nghiệm độ nhớt, kiểm tra độ bám dính màng keo, điều chỉnh thông số áp lực và thời gian ép).
  • Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến tư vấn từ cán bộ kỹ thuật, quản lý phân xưởng và giảng viên hướng dẫn chuyên ngành.

Nguồn dữ liệu: Dữ liệu sơ cấp được đo đạc, ghi chép trực tiếp tại xưởng sản xuất trong thời gian thực tập (tháng 02/2021 – 05/2021), kết hợp hồ sơ pháp lý, thông số kỹ thuật thiết bị do Công ty TNHH Dịch vụ Tổng hợp Hoa Linh cung cấp.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Mục tiêu, nội dung, phương pháp thực hiện

Chương này tổng quan về lịch sử phát triển ngành sản xuất ván dán trên thế giới và tại Việt Nam. Tác giả chỉ rõ ván dán công nghiệp ra đời từ năm 1905 và phát triển mạnh từ năm 1930 với sự xuất hiện của máy ép nhiệt cùng keo dán tổng hợp. Để sản xuất 1 m³ ván dán tiêu chuẩn cần tiêu hao khoảng 2,2 m³ đến 3,0 m³ gỗ tròn. Tác giả xác định rõ 4 nội dung nghiên cứu trọng tâm và hệ thống phương pháp luận bao gồm phương pháp kế thừa, khảo sát thực tế, thực nghiệm tại chỗ và lấy ý kiến chuyên gia.

Chương II: Cơ sở lý thuyết

Chương II phân tích toàn diện các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng ván dán:

  • Yêu cầu nguyên liệu gỗ: Khối lượng riêng phù hợp từ 0,4 – 0,6 g/cm³, độ cong khúc gỗ không quá 2%, độ tròn đều đạt từ 0,7 trở lên, khuyết tật mắt sống/chết và độ mục ruột nằm trong giới hạn kiểm soát.
  • Các phương pháp tráng keo: So sánh 3 công nghệ tráng keo gồm phương pháp tiếp xúc (tráng 2 mặt bằng rulo, tiêu hao 150 – 240 g/m²), phương pháp rót không áp lực (vận tốc đưa ván 2,5 – 3,5 m/s) và phương pháp rót có áp lực (áp suất nén keo 0,13 – 0,24 MPa, lượng keo tiêu hao thấp 55 – 65 g/m²).
  • Các thông số công nghệ dán ép: Ảnh hưởng của nồng độ chất khô của keo (keo Urea-Formaldehyde: 40 – 60%, keo Phenol-Formaldehyde: 35 – 50%), độ nhớt ở 20°C (UF: 400 – 600 mPas, PF: 300 – 450 mPas). Áp suất ép nguội đạt 0,7 – 1,2 MPa; áp suất ép nhiệt đạt 1,4 – 2,2 MPa và cần duy trì áp suất cực đại trong khoảng 0,5 – 0,65 tổng thời gian ép trước khi giảm áp từ từ.
Loại keo Nồng độ chất khô (%) Độ nhớt ở 20°C (mPas) Nhiệt độ ép thích hợp (°C) Độ ẩm ván mỏng yêu cầu (%)
Urea-Formaldehyde (UF) 40 – 60 400 – 600 105 – 140 10 – 12
Phenol-Formaldehyde (PF) 35 – 50 300 – 450 130 – 160 7 – 14

Chương III: Kết quả nghiên cứu

Chương III trình bày chi tiết thực trạng sản xuất tại Công ty TNHH Dịch vụ Tổng hợp Hoa Linh (thành lập theo Giấy chứng nhận ĐKKD số 2600997622 ngày 03/04/2018 tại huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ):

  • Cơ cấu nhân sự và quy mô: Tổng số 120 lao động, trong đó bộ phận sản xuất trực tiếp gồm 109 công nhân được phân vào 4 tổ (Tổ bóc ván; Tổ lăn keo và xếp ván; Tổ ép ván; Tổ chà nhám và hoàn thiện). Nhà máy hoạt động 300 ngày/năm, 2 ca/ngày, 8 giờ/ca.
  • Danh mục và tiêu chuẩn sản phẩm: Công ty chuyên sản xuất 2 dòng ván dán chính là ván dán Poplar (gỗ Bạch dương, độ dày 9 mm, 11 mm) và ván dán Birch (gỗ Phong, độ dày 9 mm, 11 mm, 18 mm). Sản phẩm xuất xưởng tuân thủ tiêu chuẩn: độ ẩm 12 ± 2%, độ liên kết nội (IB) ≥ 0,7 N/mm² (ASTM D1037-91), phát thải Formaldehyde ≤ 0,05 ppm (ASTM D5582-00), độ cong ≤ 3 mm/1m dài, cấp độ nhám bề mặt hoàn thiện đạt P240 – P320.
  • Thực trạng nguyên liệu:
    • Gỗ tròn tự bóc: 100% gỗ Mỡ, cắt khúc 1270 mm, bóc thành ván mỏng kích thước 1,7 x 640 x 1270 mm bằng máy bóc vô tâm (năng suất bóc 20 m³ gỗ tròn/ca). Ván được hong phơi tự nhiên đến độ ẩm 18 – 20% (dùng làm mặt cốt) và 16 – 18% (dùng làm ruột cốt).
    • Ván mỏng mua ngoài: Ván keo, bạch đàn, ván tạp (độ ẩm 17 – 20%, quy cách 1,5/1,7 x 640/500 x 1270/1290 mm) nhằm bù đắp công suất sản xuất của nhà máy (40 – 50 m³ ván thành phẩm/ca).
    • Ván mặt tự nhiên nhập khẩu: Poplar (2500 x 1250 x 0,28 mm), Birch (2500 x 1270 x 0,24 mm), Thông, Pitago, Okame (2500 x 1270 x 0,25 mm).
  • Chất kết dính và pha chế: Sử dụng keo Urea-Formaldehyde (UF) tiêu chuẩn phát thải E0 do hãng Keo nhựa Quang Minh cung cấp (độ nhớt 90 cPs, pH 8,4, tỷ trọng 1,25 g/cm³, thời gian keo tụ 380 giây, Formaldehyde tự do 0,045%, hàm lượng rắn 54,1%). Công thức phối trộn: 100 kg keo UF + 40 kg bột mì, thời gian khuấy tối thiểu 30 phút trên máy khuấy động cơ 3 kW.
  • Thực trạng quy trình công nghệ và thiết bị:
    • Phân loại ván mỏng: 4 công nhân phân loại thành cấp A1 (tăng mặt cốt), A2 (mặt cốt) và A3 (lõi cốt).
    • May ván: Sử dụng máy may ván tự động điều khiển qua PLC Taida DVP60ESZ và màn hình BO7S410 để ghép thành tấm kích thước 1,7 x 1270 x 2540 mm.
    • Tráng keo: 3 máy tráng keo tiếp xúc (rulo 220 x 1450 mm, tốc độ 30 m/phút), lượng keo trải thực tế đạt 220 g/m².
    • Xếp chuyền: Chuyền băng tải tự động cắt định hình (kích thước 34.500 x 1300 x 1100 mm, tổng công suất 15 kW, biến tần Mitsubishi), bố trí 15 người/chuyền (1 pha keo, 1 tiếp ván, 12 xếp ván, 1 quản lý). Độ chồng mí ván độn ≤ 1 cm, vá khuyết tật kiểu vảy cá.
    • Ép nguội: Máy ép nguội khung đơn lực ép 400 tấn (bơm 25 MPa, động cơ 18,5 kW, trọng lượng máy ~12 tấn). Áp lực ép duy trì 1,5 – 1,8 MPa trong thời gian 1 – 2 giờ.
    • Sửa nguội cốt: Kiểm tra 2 mặt, dùng ván mềm có keo và băng dính để vá các vị trí thiếu cốt, cắt bỏ phần ván bị chồng mí.
    • Ép nóng cốt: Máy ép nhiệt 18 khe khung đơn (bàn ép 2700 x 1370 x ~52 mm, lực ép 800 tấn, động cơ 26 kW). Nhiệt độ ép đạt 95 – 105°C. Áp lực ép theo độ dày tấm cốt: 1,0 – 1,2 MPa (cốt 12 mm), 1,3 – 1,5 MPa (cốt 15 mm), 1,6 – 1,8 MPa (cốt 18 mm). Thời gian ép nóng từ 30 – 60 phút/mẻ, xả áp từ từ về 0 để tránh nổ ván.
Thông số công nghệ Ép nguội cốt Ép nóng cốt
Loại thiết bị Máy ép khung đơn thủy lực (400 tấn) Máy ép nhiệt 18 khe khung đơn (800 tấn)
Áp lực làm việc 1,5 – 1,8 MPa 1,0 – 1,8 MPa (tùy chiều dày cốt 12 – 18 mm)
Nhiệt độ làm việc Nhiệt độ môi trường 95 – 105°C
Thời gian ép 1 – 2 giờ 30 – 60 phút
Mục đích công đoạn Định hình sơ bộ, tạo liên kết ban đầu Đóng rắn keo UF, cố kết cấu trúc ván

Chương IV: Kết luận, kiến nghị

Tổng kết các kết quả khảo sát về dây chuyền sản xuất ván dán công nghiệp tại Công ty Hoa Linh, đưa ra các nhận định đánh giá về việc tận dụng nguyên liệu gỗ Mỡ địa phương và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm cải tiến công nghệ sấy, kiểm soát đồng đều độ ẩm và nâng cao độ chính xác gia công.

Kết quả và đóng góp

Kết quả khảo sát kỹ thuật cụ thể tại nhà máy:

  • Xác định đầy đủ chuỗi thông số kỹ thuật thực tế của dây chuyền sản xuất ván dán LVB Poplar và Birch từ khâu nguyên liệu thô đến thành phẩm.
  • Khảo sát các chỉ tiêu chất lượng keo UF tiêu chuẩn E0 dùng trong sản xuất: tỷ trọng 1,25 g/cm³, độ nhớt 90 cPs, hàm lượng formaldehyde tự do 0,045% (thấp hơn ngưỡng tiêu chuẩn <0,06%), hàm lượng chất rắn 54,1%.
  • Ghi nhận định mức tiêu hao keo trải bề mặt thực tế tại công ty là 220 g/m² và tỷ lệ phối trộn keo/bột mì là 100 kg : 40 kg.
  • Tổng hợp bảng thông số cơ lý và sai số hình học của ván dán thành phẩm xuất xưởng: độ ẩm đạt 12 ± 2%, độ bền liên kết nội IB ≥ 0,7 N/mm², độ cong vênh ≤ 3 mm/1m dài, dung sai chiều dày ván thành phẩm ±0,3 mm, dung sai chiều dài và rộng ±1 mm.

Giải pháp và kiến nghị rút ra từ thực trạng:

  • Về nguyên liệu: Công ty cần đầu tư hệ thống sấy ván mỏng nhân tạo thay thế phương pháp hong phơi tự nhiên ngoài trời vốn phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết, gây mất cân đối giữa công suất bóc (20 m³/ca) và công suất ép dán (40 – 50 m³/ca).
  • Về công nghệ ép: Kiểm soát nghiêm ngặt thao tác giảm áp lực trên máy ép nhiệt 18 khe để ngăn ngừa hiện tượng nổ ván và bọt khí màng keo; định kỳ kiểm tra độ phẳng bề mặt bàn ép (tiêu chuẩn sai lệch ≤ 0,05 – 0,1 mm) và độ chênh lệch nhiệt độ giữa các tầng ép (≤ 2°C).
  • Về bảo quản: Duy trì độ ẩm kho ván độn, kê pallet cách sàn 15 – 20 cm và che phủ bạt nhằm chống hút ẩm trở lại trước khi đưa vào chuyền tráng keo.

Đóng góp của khóa luận: Cung cấp bức tranh thực tế chi tiết kèm hệ thống thông số thiết bị, định mức vật tư và quy trình thao tác kỹ thuật của một nhà máy sản xuất ván dán quy mô 120 lao động tại vùng trung du Bắc Bộ (Phú Thọ). Đây là dữ liệu thực chứng phản ánh sự chuyển dịch công nghệ bóc không tu (vô tâm) để tận dụng gỗ rừng trồng đường kính nhỏ tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

  • Thời gian thực tập và khảo sát giới hạn trong 4 tháng (tháng 02/2021 đến tháng 05/2021), chưa theo dõi được biến động độ ẩm nguyên liệu phơi tự nhiên qua các mùa mưa ẩm trong năm.
  • Phạm vi nghiên cứu giới hạn trên dây chuyền công nghệ của một nhà máy cụ thể (Công ty TNHH Dịch vụ Tổng hợp Hoa Linh), chưa so sánh đối chứng với các mô hình công nghệ ép ván dán sử dụng keo Phenol-Formaldehyde hoặc dây chuyền ép nhiệt tự động hóa liên tục.

Hướng nghiên cứu mở rộng:

  • Nghiên cứu thực nghiệm tối ưu hóa chế độ sấy nhân tạo cho ván mỏng gỗ Mỡ nhằm ổn định độ ẩm đầu vào từ 10 – 12%.
  • Thử nghiệm các tỷ lệ chất độn bột mì và chất đóng rắn khác nhau nhằm giảm tiêu hao keo UF nhưng vẫn đảm bảo độ bền liên kết nội IB theo ASTM D1037-91.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo thực tế hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành Chế biến lâm sản, Công nghệ gỗ, Kỹ thuật vật liệu gỗ và Nội thất tại các trường đại học khối kỹ thuật, nông lâm nghiệp.
  • Cán bộ kỹ thuật, kỹ sư vận hành, quản đốc phân xưởng tại các doanh nghiệp sản xuất ván dán công nghiệp, ván ép LVB/LVL.
  • Các phần có giá trị tham khảo cao: Bản vẽ thông số kỹ thuật máy ép nóng 18 khe (Bảng 3.7-1), máy ép nguội 400 tấn (Bảng 3.6-1), tiêu chuẩn nghiệm thu chất lượng ván mỏng theo cấp A1, A2, A3 (Bảng 3.2-1) và quy trình kiểm soát ép nhiệt cốt ván dán.

Câu hỏi thường gặp

1. Công ty Hoa Linh sử dụng những nguồn nguyên liệu ván mỏng nào để sản xuất ván dán? Công ty sử dụng 3 nguồn nguyên liệu: (1) Ván bóc tự sản xuất từ 100% gỗ Mỡ tròn cắt khúc 1270 mm, bóc kích thước 1,7 x 640 x 1270 mm; (2) Ván mỏng mua ngoài từ gỗ keo, bạch đàn, ván tạp (độ ẩm 17 – 20%, quy cách 1,5/1,7 x 640/500 x 1270/1290 mm); (3) Ván mặt tự nhiên nhập khẩu gồm Poplar (Bạch dương dày 0,28 mm), Birch (Phong dày 0,24 mm), Thông, Pitago và Okame (dày 0,25 mm).

2. Loại chất kết dính và công thức pha chế keo tại nhà máy được quy định như thế nào? Nhà máy sử dụng keo Urea-Formaldehyde (UF) tiêu chuẩn phát thải E0 mua từ hãng Keo nhựa Quang Minh (không có công đoạn tự nấu keo). Công thức pha chế tại xưởng gồm 100 kg keo UF trộn với 40 kg bột mì, khuấy đều bằng máy trong thời gian tối thiểu 30 phút. Keo đạt chuẩn khi có độ nhớt thực tế 90 cPs, hàm lượng rắn 54,1%, hàm lượng Formaldehyde tự do 0,045% và thử nghiệm kéo dãn bằng que đạt độ giãn dài 20 cm không đứt.

3. Chế độ công nghệ ép nguội và ép nóng tấm cốt ván dán tại công ty có thông số ra sao?

  • Ép nguội: Áp lực ép 1,5 – 1,8 MPa, thời gian ép từ 1 đến 2 giờ bằng máy ép thủy lực lực ép 400 tấn.
  • Ép nóng: Tiến hành trên máy ép nhiệt 18 khe (lực ép 800 tấn), nhiệt độ khay ép duy trì 95 – 105°C, thời gian ép 30 – 60 phút/lần. Áp lực ép điều chỉnh theo độ dày cốt: 1,0 – 1,2 MPa (cốt 12 mm), 1,3 – 1,5 MPa (cốt 15 mm), 1,6 – 1,8 MPa (cốt 18 mm).

4. Tiêu chuẩn cơ lý và phát thải của sản phẩm ván dán thành phẩm tại công ty đạt mức nào? Ván dán thành phẩm (Poplar và Birch) phải đáp ứng: Độ ẩm 12 ± 2%; Độ bền liên kết nội (IB) ≥ 0,7 N/mm² thử nghiệm theo phương pháp ASTM D1037-91; Nồng độ phát thải Formaldehyde ≤ 0,05 ppm kiểm tra theo phương pháp ASTM D5582-00; Độ cong vênh chấp nhận tối đa 3 mm trên 1 m chiều dài; Bề mặt được chà nhám tinh đạt cấp độ hạt P240/P320.

5. Tại sao năng suất bóc ván của công ty chưa đáp ứng đủ công suất ép dán hoàn thiện? Năng suất bóc gỗ Mỡ tại chỗ của công ty chỉ đạt 20 m³ gỗ tròn/ca do sử dụng phương pháp hong phơi ván mỏng tự nhiên ngoài trời, chịu ảnh hưởng lớn bởi thời tiết mưa ẩm và diện tích sân phơi. Trong khi đó, công suất chuyền ép hoàn thiện của nhà máy đạt 40 – 50 m³ ván thành phẩm/ca, buộc công ty phải thu mua thêm ván bóc keo, ván tạp từ các cơ sở gia công bên ngoài.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Văn Mười đã phản ánh đầy đủ thực trạng công nghệ sản xuất ván dán tại Công ty TNHH Dịch vụ Tổng hợp Hoa Linh thông qua hệ thống số liệu khảo sát thực tế và thông số thiết bị chi tiết. Công trình làm rõ quy trình chế biến từ khâu bóc ván gỗ Mỡ, phơi, phân loại, may ghép, tráng keo UF tiêu chuẩn E0 đến các chế độ ép nguội và ép nóng nhiều tầng. Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo có giá trị thực tiễn cho công tác đào tạo chuyên ngành Chế biến lâm sản cũng như hoạt động cải tiến kỹ thuật tại các nhà máy sản xuất ván nhân tạo.