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 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 ĐẶT VẤN ĐỀ Sản phẩm mộc vật dụng gần gũi quen thuộc gia đình Ngồi tính sử dụng, tính thẩm mỹ yếu tố thiếu sản phẩm Trong sản phẩm mộc, phối trộn kết hợp khéo léo, hài hịa chi tiết cong khơng làm tăng thêm giá trị thẩm mỹ cho đồ vật, mà làm tăng cường độ chất lượng sản phẩm Trước đây, để tạo chi tiết cong, người ta phải vạch đường cong mực ván, sau xẻ gỗ theo đường cong, điều làm giảm cường độ chi tiết, giảm chất lượng gia công bề mặt làm gia tăng lượng gỗ phế thải Ngày nay, uốn gỗ phương pháp tạo chi tiết cong đại đem lại hiệu cao áp dụng rộng rãi Hóa dẻo gỗ công đoạn quan trọng định chất lượng sản phẩm gỗ uốn Để hóa dẻo gỗ, người ta dùng phương pháp hóa học phương pháp vật lý Trên giới, vấn đề mơi trường, người ta thường hóa dẻo gỗ sóng cao tần sóng viba Ở Việt Nam, điều kiện kỹ thuật cịn hạn chế, phương pháp hóa dẻo gỗ dùng phổ biến phương pháp thủy nhiệt, tức luộc hấp gỗ Keo lai (Acacia Mangium Willd & Acacia auriculiformis A Cunn ex Benth.) số trồng Gỗ Keo lai sử dụng rộng rãi để sản xuất đồ mộc Nhìn quan điểm cơng nghệ uốn gỗ, Keo lai có thân tương đối thẳng, trịn đều, độ cong, độ thon nhỏ, thích hợp để uốn Tuy nhiên, đến chưa có cơng trình nghiên cứu tạo chi tiết cong từ gỗ Keo lai Từ lý nêu trên, cho phép trường Đại học Lâm nghiệp, khoa Đào tạo sau Đại học hướng dẫn thầy giáo TS Vũ Huy Đại, tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu số yếu tố công nghệ uốn gỗ Keo lai làm chi tiết cong cho đồ mộc” Chương TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng gỗ Keo lai Cây Keo lai Hepbuon Shim phát năm 1972 Sook, Sabah, Malaysia Năm 1976 chứng minh sản phẩm lai tạo chéo hai loại Keo thuộc chi thực vật họ đậu (Leguminose); Họ phụ trinh nữ (Mimosoideae) Keo tai tượng (Acacia mangium Willd) Keo tràm (Acacia auriculiformis A Cunn ex Benth.) Trong trình sinh trưởng phát triển hai dòng Keo (Acacia) xảy tượng lai tự nhiên, kết tạo lai có nhiều đặc tính khả phát triển hẳn bố mẹ Hiện Keo lai phân bố số nước như: Malaysia, Thái Lan, Quảng Châu - Trung Quốc, Canada… 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Năm 1990, Pinyapysarerk nghiên cứu phát triển Keo lai cho thấy: Keo lai có đỉnh phát triển tốt, thân đơn trục có khả tỉa cành tốt Từ năm 1990 đến nay: nghiên cứu sinh trưởng Keo lai nghiên cứu ứng dụng gỗ Keo lai công nghiệp chế biến gỗ Năm 1991, Cyril Pinso Robert Nasi nghiên cứu phát triển Keo lai đưa nhận xét: Gỗ Keo lai trung gian gỗ Keo tai tượng Keo tràm, có phần tốt Keo tai tượng khơng có biến động lớn Koichi YAMAMOTO (2003) nghiên cứu phân bố độ ẩm thân loài keo: Keo lai, Keo tai tượng, Keo tràm quốc gia bao gồm Việt Nam, Malaysia, Nhật Kết nghiên cứu cho thấy: Độ ẩm thân gỗ Keo tai tượng Keo lai cao không phần gỗ giác mà phần gỗ lõi Độ ẩm cao xác định 253% cho hai loài Keo tai tượng Keo lai Thân gỗ Keo tràm có độ ẩm thấp so với Keo tai tượng Keo lai Độ ẩm cao xác định gỗ Keo tràm 146% Phần lớn, nước chứa thân gỗ, đặc biệt gỗ lõi loài keo, điều gây cản trở cho trình sản xuất gỗ xẻ, chế biến sản phẩm gỗ.[21] Kazuya ITO (2009) tiến hành thực hiện: “Dự án trồng nguyên liệu cung cấp cho ngành công nghiệp giấy Lào” Dự án khảo nghiệm xác định loài trồng làm nguyên liệu cho công nghiệp giấy Bạch đàn Keo lai Trong Keo lai ưu tiên trồng nhiều sinh trưởng phát triển nhanh hơn, gây hại cho đất nguồn nguyên liệu tốt cho ngành công nghiệp giấy.[18] Gần đây, Nhật Bản nhà nghiên cứu công bố số công trình nghiên cứu như: Motoki Okuma Hiroshi Tanaka (1999) xác định tỷ trọng gỗ, lực cắt mô đun uốn cho mẫu gỗ dán 13 lớp Keo lai thấy gỗ dán Keo lai loại vật liệu tốt dùng xây dựng Trước tình hình phát triển rộng rãi Keo lai, cần đẩy mạnh việc nghiên cứu sử dụng gỗ Keo lai để đưa vào sản xuất 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước Ở nước ta Keo lai Trung tâm nghiên cứu rừng phát nghiên cứu từ năm 1992 Ba Vì Đơng Nam Bộ Các nghiên cứu cho thấy Keo lai xuất xứ từ Keo tràm Keo tai tượng Australia Hiện nay, có nhiều cơng trình nghiên cứu Keo lai Việt Nam, hướng nghiên cứu gồm có: nhân giống Keo lai, xác định cấu tạo tính chất 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,… - Đoàn Thị Mai (2001) nghiên cứu nhân giống Keo lai phương pháp ni cấy mơ cho dịng keo lai BV71, BV73, BV75 chọn tạo áp dụng dịng keo lai khác Hố chất để khử trùng thích hợp HgCl nồng độ 0,1% Thời gian khử trùng phút Môi trường nhân chồi : MS* (cải tiến) + BAP 1,5 mg/l cho dòng, hệ số nhân đạt 75 đến 8,2 chồi/ cụm.Môi truờng rễ : 1/2 MS* (cải tiến)+ IBA 1,5 mg/l tỷ lệ rễ đạt từ 89,45% đến 92,27% Trong giai đoạn nhân chồi phối hợp IBA 1,5 mg/l +NAA 0,5mg/l để nâng cao chất lượng chồi Tỷ lệ sống đạt 90% cho dịng [5] Bùi Đình Tồn (2002) nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính chất học, vật lý hoá học chủ yếu gỗ Keo lai 8-9 tuổi định hướng sử dụng ván ghép thanh, kết đề tài khẳng định Keo lai có khả sử dụng sản xuất ván ghép có tính chất học độ trung bình Ngồi có nhiều cơng trình nghiên cứu khác sử dụng loại gỗ lĩnh vực khác như: - Phan Duy Hưng (2004) nghiên cứu khả sử dụng gỗ Keo lai sản xuất ván LVL Kết đề tài cho thấy: gỗ Keo lai hồn tồn sử dụng làm nguyên liệu sản xuất ván LVL có chất lượng đảm bảo tiêu chuẩn làm 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) thơng số chế độ ép nhiệt (nhiệt độ thời gian ép) ảnh hưởng đáng kể đến tính chất ván Khi nhiệt độ thời gian ép tăng lên tính chất ván giảm xuống Chế độ ép nhiệt hợp lý (trong khoảng giá trị khảo sát) để tạo ván LVL phương pháp ép nhiệt nhiều công đoạn từ gỗ Keo lai chất kết dính P-F là: +Nhiệt độ ép: 130  C; +Thời gian ép: 0,2 phút/mm chiều dày sản phẩm Các tính chất cần thiết vất liệu chịu lực cảu ván LVL đếu tốt so với gỗ Keo lai dùng làm nguyên liệu (môđun đàn hồi, trương nở chiều dày, khả chống chịu môi trường) - Nguyễn Năm Phong (2008), nghiên cứu cấu tạo ván ghép (dạng Glue Laminated Timber) từ gỗ Keo lai Kết nghiên cứu cho thấy gỗ Keo lai bước đầu nghiên cứu tạo Glulam đáp ứng 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 bột giấy Cây Keo lai liệt kê vào danh sách loài trồng rừng chiến lược với đặc điểm chung bố mẹ: Keo tai tượng Keo tràm Có cường độ khối lượng thể tích trung bình, tốc độ phát triển tương đối nhanh, thân gỗ thẳng, gỗ tương đối sáng màu nên làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến lâm sản, công nghiệp sản xuất ván nhân tạo Cây Keo lai nguồn nguyên liệu để sản xuất ván dăm, ván LVL, ván ghép thanh, bột giấy Hiện nay, sản phẩm đồ mộc xuất sử dụng nguyên liệu gỗ Keo lai ưa chuộng thị trường + Trong xây dựng khai khống: Tùy theo độ tuổi đường kính mà gỗ Keo lai sử dụng xây dựng cột chống, ván xẻ cốp pha sử dụng làm nhà đồng bào miền núi, nơi mà điều kiện kinh tế mức sống thấp Trong cơng nghiệp khai thác khống sản, gỗ Keo lai sử dụng làm gỗ trụ mỏ 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu, sản xuất chi tiết cong 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Cơng nghệ sản xuất chi tiết cong gỗ nhiều nước giới quan tâm nghiên cứu triển khai vào sản xuất từ lâu Các chi tiết cong chân ghế, tựa ghế, khung bàn, tay vịn cầu thang sản phẩm mỹ nghệ làm tăng giá trị thẩm mỹ sản phẩm, đáp ứng tốt mục đích sử dụng quan điểm nhân trắc học Từ thập kỷ kỷ 19, Australia chế tạo vành xe ngựa gỗ Bạch đàn nhờ công nghệ luộn gỗ đem uốn định hình khn Một vành xe ngựa nối nửa cong hình trịn có đường kính từ 800-1200mm Chiều dày gỗ uốn 40mm Ngày nay, Echuka (Úc) giữ mẫu vật truyền thống thiết bị thơ sơ để chế tạo [8] Tại Nga, Viện công nghệ chế biến gỗ nghiên cứu ứng dụng vào sản xuất công nghệ sản xuất chi tiết cong từ gỗ phương pháp uốn ép với 10 loại gỗ thông dụng gỗ Thông, Sồi, Tần bì, Vân sam, … xác định tỷ số h/R cụ thể với loại gỗ Phương pháp uốn ép uốn ép nguội uốn ép nóng [27, 28] Công nghệ uốn ép gỗ để sản xuất chi tiết cong cho sản phẩm mộc nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu gỗ loại hình công nghệ gỗ nghiên cứu ứng dụng vào sản xuất nhiều nước giới Nhật, Nga, Mỹ, Trung Quốc từ năm 1950 ngày hồn thiện cơng nghệ thiết bị Hầu hết xác định khả uốn nhiều loại gỗ 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 xây dựng Hiện nay, công nghệ sản xuất chi tiết cong từ gỗ phương pháp uốn ép, hoá dẻo gỗ theo xu hướng chủ yếu làm nóng gỗ sóng cao tần lượng vi sóng Tại Úc, Nhật bản, Đan mạch, Phần Lan ứng dụng cơng nghệ vi sóng nhằm hố dẻo gỗ công nghệ uốn ép, nhiều nhà nghiên cứu uốn chi tiết gỗ mỏng để tạo sản phẩm mỹ thuật Như vậy, hầu hết nước phát triển, phương pháp uốn ép tạo chi tiết cong có kích thước khác dùng xây dựng, đồ mộc nội thất ứng dụng thực tế sản xuất Các chi tiết cong sản xuất theo phương pháp uốn ép giữ cường độ gỗ nguyên nâng cao Mặt khác, tỷ lệ lợi dụng gỗ tăng lên, chất lượng bề mặt gỗ cải thiện Nhìn chung, chi tiết cong gỗ sản xuất phương pháp sau: - Xẻ gỗ thành chi tiết cong theo phương pháp truyền thống: phương pháp đơn giản, không đòi hỏi thiết bị chuyên dùng Tuy nhiên, xẻ gỗ tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu không cao, chất lượng gia công bề mặt gỗ bị giảm cắt đứt thớ gỗ, làm cho cường độ chi tiết giảm xuống, trang sức tương đối khó Chi tiết có độ cong lớn cụm chi tiết hình trịn cịn phải ghép, gia công phức tạp, tỷ lệ lợi dụng gỗ thấp [2, 6, 26, 27] - Uốn gỗ phương pháp xẻ rãnh: Một mặt gỗ cưa rãnh (phần mặt phía gỗ uốn) Chiều sâu mạch cưa h 0, thông thường 2/3 - 3/4 chiều dày h phôi liệu, để lại chiều dày vật liệu lớp mặt (S = h – h0), S nhỏ khoảng cách mạch cưa cần giảm, số lượng mạch cưa tăng lên, tránh bề mặt lộ nhiều góc Mạch cưa hình chữ nhật hình chêm, mạch cưa hình chêm sau uốn cong khơng để lại khe hở Để tăng mỹ quan, dán lớp ván bóc ván lạng bên cụm chi tiết uốn cong [6, 16] - Uốn, uốn ép gỗ nguyên ván mỏng thành chi tiết cong Công nghệ uốn ép gỗ bao gồm số xu hướng sau: + Công nghệ uốn gỗ nguyên: chi tiết gỗ thẳng sau hoá dẻo phương pháp khác xử lý nhiệt ẩm (luộc, hấp), sóng cao tần, vi sóng uốn theo bán kính xác định thiết bị uốn thủ công hay máy uốn chuyên dụng Căn vào đặc tính cấu tạo gỗ 63 Bảng 3.8 Đặc điểm khuyết tật gỗ uốn uốn với hai cấp bán kính R=40, R=50 mm Bán kính uốn R, mm Thời gian hóa dẻo, phút Khuyết tật Điểm đánh giá R=40 R=50 45 Vết xé, gẫy Vết nứt, xé toác 2.4 4.0 Tỷ lệ mẫu hỏng (%) 100 80 Kết luận Không đạt Không đạt Từ kết bảng 3.6 bảng 3.7 xây dựng đồ thị hình 3.13 Hình 3.13 Tỷ lệ mẫu hỏng gỗ uốn uốn với bán kính khác + Nhận xét: Khi gỗ dẻo hoá cấp thời gian 45 phút, khuyết tật nứt, xước gỗ uốn chủ yếu bán kính uốn gỗ bé đặc điểm cấu tạo gỗ (chiều hướng thớ gỗ), xác gia cơng mẫu Có thể nhận thấy gỗ Keo lai có chiều dày S=10 mm khơng thể uốn với bán kính R 60 mm 64 Giới hạn uốn gỗ lớn xác định bán kính cuối mẫu gỗ uốn hầu hết bị phá huỷ nghĩa không đạt yêu cầu [22] Như khả uốn gỗ xác định với bán kính nhỏ R=60 mm, tương ứng với giới hạn uốn lớn mà gỗ uốn 1/6 (10/60) Thời gian hấp gỗ 45 phút So với loại gỗ khác có tính uốn tốt, giới hạn uốn gỗ Keo lai Hình 3.14 Mẫu gỗ uốn sau tháo định vị mức trung bình Đây sở khoa học để lựa chọn bán kính uốn hợp lý cho gỗ Keo lai sản xuất đồ mộc Sau xác định tỷ số h/R gỗ Keo lai, gỗ uốn sấy đến độ ẩm 12%, sau để ổn định khoảng thời gian 15 ngày, tháo dây thép tiến hành xác định độ đàn hồi trở lại gỗ uốn Tiến hành đo f thời gian sau tháo dây thép buộc ngày, 14 ngày, 21 ngày, 28 ngày ta giá trị f tương ứng f1, f2, f3, f4 Kết xác định độ đàn hồi trở lại gỗ uốn thể phụ biểu 22 đến phụ biểu 27 tổng hợp bảng 3.9 Bảng 3.9 Kết xác định độ đàn hồi trở lại gỗ uốn STT Bán kính uốn, mm 210 180 150 120 90 60 1.00 1.33 1.43 1.63 1.84 2.22 Thời gian, ngày 14 21 1.17 1.51 1.70 1.82 2.11 2.49 1.26 1.59 1.82 1.93 2.22 2.64 28 1.28 1.62 1.84 1.95 2.24 2.66 65 Kết thể hình 3.15 Hình 3.15 Sự thay đổi độ võng gỗ uốn theo thời gian Từ bảng 3.9 hình 3.15 cho thấy, thay đổi độ võng theo thời gian mẫu gỗ uốn không giống nhau, khoảng giá trị thay đổi khơng nhiều Nhìn vào bảng tổng hợp số liệu 3.9 cho thấy, tuần đầu, độ đàn hồi trở lại gỗ uốn nhiều (f lớn), nguyên nhân gỗ uốn chịu ứng lực kéo nén, trình gỗ để mơi trường hút ẩm đàn hồi trở lại Thời gian đầu, ứng suất gỗ lớn, nên độ đàn hồi trở lại gỗ nhiều, sau, ứng suất giảm dần, đồ đàn hồi trở lại giảm dần theo Độ đàn hồi trở lại gỗ uốn f lớn 2.66 mm Giá trị nằm giới hạn cho phép (f