BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------------------

PHAN THỊ ANH

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA KÍCH THƯỚC DĂM VÀ
CHẤT LƯỢNG VÁN DĂM HỖN HỢP RƠM – DĂM GỖ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2010


i

LỜI CẢM ƠN

Nhân dịp hoàn thành luận văn thạc sỹ, tôi xin chân thành bày tỏ lòng
biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn Thiết người đã tận tình hướng dẫn
tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, các nhà khoa học
thuộc Trường đại học Lâm nghiệp đã tận tình giúp đỡ tôi về phương pháp
nghiên cứu, tài liệu chuyên môn liên quan đến luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo và tập thể công nhân viên Trung
tâm nghiên cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghiệp rừng, Trung tâm thí
nghiệm khoa chế biến lâm sản, cùng toàn thể bạn bè đồng nghiệp và người
thân đã hết lòng giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.

1.6.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ..... Error! Bookmark not
defined.
1.6.3. Phương pháp kiểm tra các tính chất của ván .............................. 5
1.6.3.1. Kiểm tra khối lượng thể tích .................................................... 5
1.6.3.2. Kiểm tra độ trương nở chiều dày ............................................ 6
1.6.3.3. Kiểm tra mô đun đàn hồi khi uốn tĩnh và độ bền uốn tĩnh ...... 7
1.6.3.4. Kiểm tra độ bền kéo vuông góc ................................................ 9
1.6.4. Phương pháp xử lý số liệu ........................................................... 11


iii

1.7. Ý nghĩa của đề tài ............................................................................... 11
1.7.1. Ý nghĩa về mặt khoa học .............................................................. 11
1.7.2. Ý nghĩa về mặt thực tiễn .............................................................. 11
Chương 2 ........................................................................................................ 21
CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 21
2.1. Đặc điểm của gỗ Keo lai .................................................................... 21
2.2. Đặc điểm về rơm, rạ ........................................................................... 25
2.2.1. Đặc điểm cấu tạo và tính chất của cây lúa ................................. 25
2.2.2. Đặc điểm cấu tạo và tính chất của rơm, rạ ................................. 26
2.3. Nguyên lý hình thành ván dăm ......................................................... 31
2.4. Yêu cầu nguyên liệu trong sản xuất ván dăm ................................. 32
2.4.1. Nguyên liệu dăm........................................................................... 32
2.4.2. Chất kết dính ................................................................................ 33
2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm ............................ 34
2.5.1. Ảnh hưởng của nguyên liệu ........................................................ 34
2.5.1.1. Ảnh hưởng của nguyên liệu gỗ .............................................. 34
2.5.1.2. Ảnh hưởng của nguyên liệu rơm, rạ ...................................... 37
2.5.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp dăm ......................................... 38

3.5.4. Ảnh hưởng của cường độ uốn tĩnh ............................................. 63
3.5.5. Ảnh hưởng của mô đun đàn hồi uốn tĩnh .................................. 65
3.5.6. Ảnh hưởng của độ bền kéo vuông góc ....................................... 67
3.6. Phân tích đánh giá kết quả nghiên cứu ............................................ 70
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 73
1. Kết luận .................................................................................................. 73
2. Kiến nghị ................................................................................................ 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

TT

Ký hiệu

Tên gọi
Chiều rộng mẫu thử

Đơn vị

1.

b

2.


7.

MOR, σu

Độ bền uốn tĩnh

MPa

8.

m

Khối lượng

g

9.

F

Tải trọng

N

10.

L

Chiều dài


Hệ số biến động

%

15.

S

16.

TCVN

17.

T

18.

Sai số cực đại của ước lượng

mm
%

Keo Methylen Diphenyl Isocyanate

Sai số của trung bình mẫu
Tiêu chuẩn Việt Nam
Nhiệt độ

0


g/cm3

23.

τ

Thời gian

phút

C

cm3


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT

Tên bảng

Trang

1.1 : Kích thước các loại dăm ....................................................................... 12
2.1 : Các thành phần hoá học chính của gỗ Keo lai ...................................... 23
2.2 : Đặc điểm gỗ Keo lai Suối Hai làm ván dăm......................................... 24
2.3 : Khối lượng thể tích của các dạng rơm khác nhau................................. 26

1 : Người dân đốt rơm, rạ trên đồng ruộng và đường đi .............................. 12
1.1: Sơ đồ kiểm tra độ bền uốn tĩnh: ............................................................... 16
2.1: Cấu tạo chung của cây lúa ...................................................................... 25
2.2: So sánh đường cong hút-nhả ẩm của rơm rạ (Thompson 1974) và gỗ lá
kim (Beall 2000) ở điều kiện môi trường 250C .................................. 28
2.3: Qui trình công nghệ sản xuất ván dăm 3 lớp .......................................... 31
2.4. Quan hệ giữa độ bền uốn tĩnh của ván dăm và chiều dài dăm ................ 39
2.5. Quan hệ giữa độ bền uốn tĩnh của ván dăm và chiều rộng dăm .............. 40
2.6. Quan hệ giữa độ bền uốn tĩnh của ván dăm và chiều dày dăm................ 40
3.1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ tạo ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ ........ 50
3.2: Các loại dăm............................................................................................ 54
3.3: Sơ đồ phối trộn hỗn hợp dăm đối với ván dăm 3 lớp ............................. 55
3.4: Biểu đồ ép nhiệt ...................................................................................... 57
3.5: Ảnh hưởng của kích thước dăm tới khối lượng thể tích dạng ván dăm
hỗn hợp 1 lớp................................................................................................... 59
3.6: Ảnh hưởng của kích thước dăm tới khối lượng thể tích dạng ván dăm hỗn
hợp 3 lớp.......................................................................................................... 60
3.7 : Ảnh hưởng của kích thước dăm tới độ trương nở chiều dày dạng ván
dăm hỗn hợp 1 lớp........................................................................................... 61
3.8 : Ảnh hưởng của kích thước dăm tới độ trương nở chiều dày dạng ván
dăm hỗn hợp 3 lớp........................................................................................... 62
3.9 : Ảnh hưởng của kích thước dăm tới cường độ uốn tĩnh dạng ván dăm hỗn
hợp 1 lớp.......................................................................................................... 63
3.10: Ảnh hưởng của kích thước dăm tới cường độ uốn tĩnh dạng ván dăm
hỗn hợp 3 lớp................................................................................................... 64


viii

3.11. Ảnh hưởng của kích thước dăm tới mo đun đàn hồi uốn tĩnh dạng ván

nông thôn không quá căng thẳng, đã có điện và khí gas thay thế. Trong nông
nghiệp hầu hết đã cơ giới hóa, trâu bò cũng không nuôi nhiều, rơm trở thành
gánh nặng cho người dân. Vì vậy cách xử lý thuận tiện nhất hiện nay là đốt
rơm ngay trên đồng ruộng, thậm chí trên cả đường đi sau mỗi mùa vụ.
Theo các nhà y học, khói bụi khi đốt rơm, rạ làm ô nhiễm không khí,
gây tác hại lớn đối với sức khỏe con người. Trẻ em, người già và người có
bệnh hô hấp, bệnh mãn tính. Các nhà khoa học cho biết thành phần các chất
gây ô nhiễm không khí do đốt rơm, rạ, tác động đến sức khỏe con người là


2

hydrocacbon thơm đa vòng, dibenzo-p-dioxin clo hóa và dibenzofuran clo hóa
là các dẫn xuất của dioxin rất độc hại, có thể là tiềm ẩn gây ung thư.46

Hình 1: Người dân đốt rơm, rạ trên đồng ruộng và đường đi
Một số nghiên cứu sử dụng rơm, rạ để làm phân vi sinh, trồng nấm sinh
học, ethanol, xử lý Crom trong nước thải, xử lý hóa chất làm bìa cattong, bao
bì45. Nghiên cứu rơm, rạ vào sản xuất ván dăm ở Việt Nam hiện rất ít và
chưa được công bố rộng rãi. Rơm, rạ là nguyên liệu phi gỗ, là sản phẩm phụ
của ngành nông nghiệp nếu tận dụng để đưa vào sản xuất ván dăm có ý nghĩa
rất lớn đối với ngành ván nhân tạo. So với gỗ rơm, rạ có những đặc điểm khác
biệt 37:
- Hàm lượng tro cao tới 17%, thành phần của tro chủ yếu là SiO2.
- Hàm lượng lignin và xellulo trong rơm rạ khá thấp.


3

- Hàm lượng chất chiết suất trong cồn-benzen tới 7%, thành phần chủ


+ Chất kết dính là keo U-F của hãng DYNEA, tỷ lệ keo dùng là 12%
so với lượng dăm khô kiệt.
+ Chất đóng rắn là NH4Cl, tỷ lệ dùng 1%.
- Sản phẩm: Tạo hai loại ván mẫu là ván dăm 1 lớp và 3 lớp (tỷ lệ kết
cấu 1:3:1) từ hỗn hợp 25% rơm và 75% dăm gỗ, kích thước ván 650 x 650 x
12 (mm), khối lượng thể tích 0,75g/cm3, độ ẩm cuối cùng của ván là 10%.
- Máy và thiết bị: Sử dụng các máy, thiết bị của Trung tâm nghiên cứu
khoa học và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng và Trung tâm khoa học
thực nghiệm khoa Chế biến lâm sản - ĐH Lâm Nghiệp.
- Chế độ ép: áp suất ép lớn nhất Pmax = 2,5MPa; nhiệt độ ép T =
160oC; thời gian ép 0,6 phút/mm chiều dày.
- Yếu tố nghiên cứu: kích thước dăm ảnh hưởng đến chất lượng ván
dăm, qua tìm hiểu một số tài liệu tham khảo 16 543, dựa vào kết quả
khảo sát thực nghiệm tôi lựa chọn 3 cấp kích thước dăm để nghiên cứu là:
Bảng 1.1. Kích thước các loại dăm
Chủng
loại
nguyên
liệu

Loại dăm nhỏ
Dài,
mm

Rộng, Dày,
mm
mm

Dăm rơm 3-10 0,5-1,0

5

- Các tính chất cơ học, vật lý được kiểm tra là: khối lượng thể tích; độ
trương nở chiều dày; cường độ uốn tĩnh; mô đun đàn hồi uốn tĩnh; cường độ
kéo vuông góc bề mặt.
4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
TT

Nội dung nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu chung về đặc

Kế thừa các kết quả nghiên cứu

điểm, tính chất của nguyên trong và ngoài nước (sách chuyên

1

liệu rơm, rạ, gỗ

môn, tạp chí, mạng Internet, báo cáo
khoa học,…)

Tiến hành tạo ván dăm
phối trộn từ rơm, rạ

2



khoảng kích thước dăm
phù hợp

Xử lý số liệu bằng phương pháp
thống kê toán học.

5. Phương pháp kiểm tra các tính chất của ván
Sử dụng tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7756-2007 để kiểm tra chất lượng
sản phẩm.
5.1. Kiểm tra khối lượng thể tích


6

Khối lượng thể tích của mẫu thử là tỷ số giữa khối lượng và thể tích
của mẫu đã được ổn định theo TCVN 7756-1 : 2007.
Phương pháp kiểm tra khối lượng thể tích của sản phẩm mẫu được thực
hiện theo tiêu chuẩn TCVN 7756-4 : 2007.
- Kích thước mẫu: 50 x 50 x 12, mm
- Dung lượng mẫu: 06 mẫu
- Phương pháp xác định: cân – đo
- Dụng cụ:

+ Thước cặp, có độ chính xác đến 0,05mm;
+ Thước thẳng, có độ chính xác đến 0,1mm;
+ Cân phân tích, có độ chính xác đến 0,01g.

Phương pháp kiểm tra: Mẫu được lấy và chuẩn bị theo tiêu chuẩn
TCVN 7756-1 : 2007; cân khối lượng mỗi mẫu thử được khối lượng m; đo

+ Thùng chứa nước có thể duy trì được nhiệt độ ổn định

ở (27  2)oC, có kích thước phù hợp để ngâm mẫu thử.
- Phương pháp kiểm tra:
+ Đo chiều dày của mẫu thử trước khi ngâm nước bằng thước cặp có độ
chính xác đến 0,05mm, tại điểm giao nhau của hai đường chéo.
+ Tiến hành ngâm mẫu thử ngập trong nước, cạnh trên cách mặt nước
(25  5) mm. Nước dùng để ngâm mẫu thử là nước sạch, có nhiệt độ (27 
2)oC, pH = (7  1). Thời gian ngâm 24 giờ.
- Sau khi ngâm đủ thời gian theo yêu cầu, lấy mẫu thử ra, dùng vải
mềm thấm khô trên bề mặt và đo chiều dày mẫu. Sau đó các giá trị đo được
áp dụng công thức sau để xác định độ trương nở (TS) của từng mẫu.
Công thức tính: Dn 
Trong đó:

d 2  d1
x100 , %
d1

Dn - Độ trương nở chiều dày, %
d1 - Chiều dày mẫu thử trước khi ngâm, mm
d2 - Chiều dày mẫu thử sau khi ngâm, mm

Độ trương nở của mỗi tấm ván mẫu là giá trị trung bình cộng độ trương
nở của các mẫu thử lấy từ tấm ván đó, thể hiện bằng phần trăm, lấy chính xác
đến 0,1%.
5.3. Kiểm tra mô đun đàn hồi khi uốn tĩnh và độ bền uốn tĩnh
Mô đun đàn hồi khi uốn tĩnh và độ bền uốn tĩnh được xác định bằng
cách đặt tải trọng lên tấm mẫu thử khi hai đầu cuối của mẫu tựa trên hai gối
đỡ. Mô đun đàn hồi khi uốn tĩnh được tính dựa vào độ dốc của đường cong



9

Độ bền uốn tĩnh (MOR) được tính theo công thức sau:

u 

3Fmaxl1
, Mpa
2bd 2

Trong đó: Fmax - Tải trọng cực đại, N
l1 - Khoảng cách giữa tâm của các gối tựa, mm;
b - Chiều rộng mẫu thử, mm;
d - Chiều dày mẫu thử, mm.
Độ bền uốn tĩnh của tấm ván mẫu là giá trị trung bình cộng độ bền uốn
tĩnh của tất cả các mẫu thử lấy từ tấm mẫu thử đó, lấy chính xác đến ba chữ số
sau dấu phẩy.
Mô đun đàn hồi (MOE) khi uốn tĩnh được tính theo công thức sau:
Em 

Trong đó:

l13 ( F2  F1 )
, Mpa
4bd 3 (a2  a1 )

l1 - Khoảng cách giữa các tâm của gối tựa, mm;
b - Chiều rộng mẫu thử, mm;

+ Mỗi mẫu thử được dán lên tai kéo bằng chất kết dính phù hợp, keo
Epoxy hoặc Phenolic, gạt bỏ keo thừa. Khi dán không dùng lực nén lên mẫu
thử. Mẫu thử đã dán được duy trì ở môi trường có độ ẩm tương đối là (65 ±
5)% và nhiệt độ là (27± 2)oC trong một thời gian đủ để mẫu thử dính chặt với
tai kéo mới đem thử (Theo kinh nghiệm thường duy trì trong thời gian 24 giờ
đối với keo Epoxy và 72 giờ đối với các loại keo khác). Tiến hành thử nghiệm
không quá 1 giờ sau khi lấy mẫu thử ra khỏi môi trường dưỡng hộ như trên.
+ Lắp tai kéo lên bộ gá và đặt tải trọng tăng dần với tốc độ không đổi
cho đến khi mẫu bị đứt. Tốc độ tăng tải được điều chỉnh sao cho đạt mức cực
đại trong thời gian (60 ± 30) giây.
+ Đo tải trọng phá hủy: Ghi tải trọng cực đại, chính xác đến 1%. Loại
bỏ các kết quả từ bất kỳ mẫu thử nào có biểu hiện hư hỏng trên toàn bộ hay


11

một phần mối dán với tai kéo hoặc hư hỏng ở tai kéo. Trong trường hợp này
phép thử phải được làm lại với mẫu thử mới và ghi vào báo cáo thử nghiệm.
Độ bền kéo vuông góc với mặt ván của mỗi mẫu thử, IB, tính bằng
MPa được xác định theo công thức:
Công thức tính: IB 
Trong đó:

Fmax
, Mpa
ab

Fmax - Tải trọng phá huỷ tối đa, N
a, b - Chiều dài, chiều rộng của mẫu thử, mm.


chất lượng ván dăm sẽ giúp các nhà sản xuất có được căn cứ để lựa chọn các
thông số công nghệ phù hợp với mục đích sản xuất của mình. Từ đó, việc ứng
dụng công nghệ được dễ dàng hơn, thuận lợi hơn, góp phần thúc đẩy ứng
dụng công nghệ trong sản xuất thực tiễn.
Tận dụng nguồn phế liệu lớn của ngành nông nghiệp vào sản xuất ván
dăm có ý lớn đối với xã hội. Vì như vậy sẽ giúp nông dân phương án xử lý
rơm, rạ có hiệu quả, đồng thời tăng thu nhập cho người dân, giảm thiểu ô
nhiễm môi trường.


13

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CÚU
1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Ngay từ những thập niên đầu tiên của thế kỷ 20 phế liệu nông nghiệp
đã được các nhà khoa học nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất ván nhân tạo.
Đầu năm 1948 dây chuyền sản xuất ván nhân tạo từ rơm, rạ đầu tiên trên thế
giới được xây dựng ở nước Bỉ, tiếp sau đó là hàng loạt các xưởng sản xuất
ván nhân tạo từ nguyên liệu phi gỗ đã được xây dựng ở các nước Châu Âu và
Mĩ.38
Năm 1970 tổ chức phát triển công nghiệp Liên Hiệp Quốc đã tổ chức
Hội nghị về công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu phi gỗ đầu tiên
trên thế giới. Từ đó về sau trên thế giới đã hình thành rất nhiều xưởng sản
xuất ván dăm, ván sợi cứng, ván MDF, vật liêu composite từ phế liệu nông
nghiệp, đặc biệt từ rơm, rạ và thân cây lúa mạch. 44
Trên thế giới hiện nay rất nhiều các quốc gia đã đầu tư những khoản
kinh phí khổng lồ cho nghiên cứu công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu
sản xuất nông nghiệp, đồng thời cũng xây dựng được những chính sách quan

năm 1998 tại Canada, công suất 180.000 m3 ván, chiều dày ván từ 6-28mm,
hiện nay công ty đang sử dụng dây chuyền sản xuất ván nhân tạo có công
nghệ ép liên tục. Đây cũng là công nghệ có tính tự động hoá cao nhất trên thế
giới hiện nay. Công ty Compak được thành lập cuối những năm 80 của thế kỷ
20 tại nước Anh, cũng là một trong số những công ty có quy mô sản xuất ván
nhân tạo từ rơm, rạ, đặc biệt là sử dụng thân cây lúa mạch. Năm 1995 tại
Australia công ty Compak đã đầu từ hai dây chuyền sản xuất ván nhân tạo từ
phế liệu nông nghiệp có tính tự động hoá cao. Đến năm 1997 công ty này đã
đầu tư tiếp một dây chuyền tại Bắc mỹ, sản phẩm có chiều dày tối đa đạt tới
28mm. Ngoài ra ở các nước Bắc mỹ hiện nay còn có thêm hơn 10 nhà máy


15

sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp đã được xây dựng và đưa vào
hoạt động, tổng sản lượng 6-26 nghìn m3 sản phẩm/năm. 26
Tại California, Mỹ, theo nghiên cứu của Kiran L.Kadam và các cộng sự
(2000) rơm, rạ có thể được sử dụng để sản xuất giấy. Theo Alex Wilson
(1995) nguyên liệu rơm, rạ (từ lúa mạch, lúa gạo, lúa mạch đen) có thể là một
loại nguyên liệu mới cho ngành xây dựng như tạo các vách tường trong các
ngôi nhà.27
Từ những năm 90, trên thế giới đã bắt đầu hình thành ngành công
nghiệp sản xuất ván dăm rừ rơm. Rơm, rạ đóng kiện (straw bale), sản xuất
ván nhân tạo (vật liệu dạng tấm) cả loại ván dày và ván mỏng để làm vật liệu
xây dựng chịu lực, cách âm, cách nhiệt. Tuy nhiên, do rơm, rạ có đặc điểm là
phía vỏ bên ngoài có lớp sáp (wax) kỵ nước khiến cho việc sử dụng các loại
keo gốc formaldehyde thông dụng trong sản xuất ván dăm trở nên khó khăn
do chỉ có thể sử dụng keo MDI - là loại keo khá đắt, để sản xuất. Ván dăm từ
rơm, rạ chỉ thực sự phát triển từ những năm 2000 trở lại đây với giải pháp xử
lý rơm, rạ trước khi ép bằng giải pháp hoá-cơ-nhiệt tại một số nước như Mỹ,

“Nghiên cứu ảnh hưởng của loại keo tới tính chất của ván dăm từ rơm lúa
mì có KLTT trung bình” của Xiaoqun Mo và các cộng sự tại đại học bang
Kansas, Mỹ thực hiện năm 2003. Nghiên cứu sử dụng 4 loại keo là MDI, UF,
keo từ protein tách từ đậu nành SPI và bột đậu nành SF đối với rơm đã qua xử lý
hoá chất tẩy là hỗn hợp kiềm và hợp chất oxi hóa. Kết quả cho thấy, ván dăm từ
rơm xử lý có chất lượng cao hơn ván không xử lý. Keo MDI cho chất lượng cao
nhất, với lượng keo dùng khoảng 4%. Ván từ keo SPI và SF có chất lượng tương
tự ván từ keo UF. Riêng đối với keo UF, MOR của ván từ rơm không xử lý là
6,36 MPa và rơm xử lý là 9,34 MPa. Còn IB tương ứng là 0,11 MPa đối với rơm
không xử lý và là 0,19 MPa đối với ván rơm xử lý hoá chất.41
Năm 2000, nhà khoa học Zhang-Yu-Kun đã nghiên cứu thấy rằng
trên rơm, rạ có chất sáp (wax), chất này kỵ nước, làm giảm khả năng dán
dính, khiến cho việc sử dụng các loại keo gốc formaldehyde thông dụng
trong sản xuất ván dăm làm chất kết dính trở nên khó khăn. Giải pháp