Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Tính toán thiết kế hệ thống truyền động và kết cấu của máy ép chỉnh hình gỗ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:117

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm tận dụng phế liêu trong khai thác và chế biến gỗ tạo nguồn nguyên liệu sản xuất các mặt hàng mộc chất lượng. Nâng cao tính chất cơ học và vật lý của gỗ có khối lượng thể tích thấp bằng phương pháp nén ép gỗ. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Tính toán thiết kế hệ thống truyền động và kết cấu của máy ép chỉnh hình gỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP --------------------- HỒ MINH TÚ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CỦA MÁY ÉP CHỈNH HÌNH GỖ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đồng Nai, 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP --------------------- HỒ MINH TÚ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CỦA MÁY ÉP CHỈNH HÌNH GỖ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ GỖ GIẤY MÃ SỐ: 60.54.03.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐẶNG ĐÌNH BÔI Đồng Nai, 2012
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Quá trình sản xuất ngày nay đòi hỏi một khối lượng nguyên liệu ngảy càng nhiều. Trong khi đó, khả năng cung cấp gỗ từ rừng tự nhiên ngày càng hạn chế, thậm chí không thể cung cấp, do quyết định đóng cửa rừng tự nhiên của Chính phủ. Từ đó, khiến cho nguồn nguyên liệu của ngành chế biến gỗ phải nhập khẩu, hoặc phải sử dụng một cách có hiệu quả gỗ rừng trồng mọc nhanh. Đồng thời, triệt để tận dụng phế liệu gỗ trong sản xuất Lâm nghiệp, bao gồm gỗ tỉa thưa, cành ngọn, cây gãy đổ trong khai thác rừng trồng và lõi gỗ sau khi bóc ván mỏng. Hiện nay, loại thứ phế liệu này thường làm chất đốt hoặc bỏ phí. Vì vậy, nghiên cứu sử dụng gỗ rừng trồng mọc nhanh và thứ phế liệu trong sản xuất lâm nghiếp nói trên làm nguồn cung cấp nguyên liệu cho sản xuất sản phẩm mộc và trang trí nội thất là rất cần thiết Gỗ rừng trồng có nhiều ưu điểm như sinh khối lớn, năng suất cao, chu kỳ khai thác ngắn, một số loài cây có khả năng tái sinh mạnh... Nhưng, gỗ rừng trồng mọc nhanh hầu hết có độ bền tự nhiên kém, tính chất cơ học không cao, khối lượng thể tích thấp. Gỗ tỉa thưa, cành ngọn, lõi gỗ bóc, có một điểm chung lả đường kính nhỏ, chất lượng gỗ kém, độ bền cơ học thấp. Để có thể sử dụng gỗ rừng trồng mọc nhanh, lõi gỗ bóc, cành ngọn, gỗ nhỏ tia thưa có đường kính nhỏ, như một nguồn nguyên liệu ổn định và có độ bền đạt yêu cầu trong sản xuất sản phẩm gỗ thì cần phải nâng cao tính chất cơ học và độ bền tự nhiên của chúng. Vấn đề này có thể giải quyết bằng nhiều phương pháp trong đó có cách nâng cao khối lượng thể tích của gỗ. Bởi vì, khối lượng thể tích tỷ lệ thuận với cường độ chịu lực và phản ánh tương đối toàn diện cho tính chất cơ học của vật liệu. Một trong những giải pháp kỹ thuật để nâng cao khối lượng thể tích của gỗ là sử dụng công nghệ biến tính, như vậy, muốn ứng dụng công nghệ này,
2 cần phải có một hệ thống thiết bị có khả năng đáp ứng được yêu cầu nén thay đổi hình dạng kích thước và nhằm làm thay đổi cơ tính vật liệu gỗ. Với trường hợp gỗ tròn và phế liệu có đường kính nhỏ đã nói ở trên, không thể xẻ thành thanh, hoặc xẻ thanh không hiệu quả. Vì thế, cần sử dụng công nghệ biến tính theo phương thức nén để biến những dạng gỗ tròn có đường kính nhỏ, độ bền tự nhiên thấp trở thành nguồn nguyên liệu có tiết diện ngang hình vuông hoặc chữ nhật và độ bền tự nhiên đáp ứng được những yêu cầu cần thiết của nguyên liệu sản xuất sản phẩm mộc dân dụng, ván ghép thanh và trang trí nội thất. Đồng thời không tạo ra phế liệu và không ảnh hưởng xấu đến môi trường. Tuy nhiên, để triển khai công nghệ nén chỉnh hình gỗ tròn đường kính nhỏ thành gỗ có tiết diện ngang hình chữ nhật trong thực tế vẫn còn hạn chế do không có máy và thiết bị để phù hợp để sử dụng. Từ những phân tích trên, chúng tôi đề xuất thực hiện đề tài: “Tính toán, thiết kế hệ thống truyền động và kết cấu của máy ép chỉnh hình gỗ” để góp phần nâng cao chất lượng nguyên liệu trong lĩnh vực sản xuất đồ mộc và trang trí nội thất.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trong xu thế hội nhập thế giới của Việt Nam, cùng với những bước phát triển mọi mặt về xã hội, chính trị, kinh tế nhu cầu về sử dụng sản phẩm đồ mộc dân dụng từ gỗ tự nhiên đòi hỏi ngày càng tăng dẫn tới tình trạng gỗ rừng tự nhiên ở nước ta đã và đang suy giảm nghiêm trọng. Gỗ rừng trồng ở Việt Nam đang giữ vai trò quan trọng, có xu hướng dần tiến tới thay thế gỗ rừng tự nhiên, và là nguồn nguyên liệu chủ yếu, không thể thiếu cho công nghiệp chế biến gỗ. Gỗ rừng trồng có rất nhiều ưu điểm như sinh khối lớn, năng suất cao, khả năng tái sinh mạnh... Nhưng nó vẫn có một số khiếm khuyết rất dễ nhận thấy đó là: hầu hết trong số đó có độ bền tự nhiên thấp, tính chất cơ học không cao và khối lượng thể tích thấp. Để có thể nâng cao chất lượng nguyên liệu gỗ rừng trồng, ngoài những biện pháp kỹ thuật lâm sinh như chọn giống, gieo trồng, chăm sóc, tỉa thưa (có thể đáp ứng được một phần về yêu cầu của nguyên liệu chế biến, nhưng những biện pháp này không thể áp dụng đại trà và khó kiểm soát) còn có biện pháp kỹ thuật khác là công nghệ biến tính nguyên liệu. Khi sử dụng biện pháp biến tính nguyên liệu sẽ có nhiều tính ưu việt như: mức độ đa dạng hóa sản phẩm nguyên liệu cao; tính chất sản phẩm có thể thay đổi theo yêu cầu; rất dễ thích ứng với yêu cầu sản xuất công nghiệp... Khối lượng thể tích của gỗ tỷ lệ thuận với cường độ chịu lực của gỗ và là đại lượng có khả năng phản ánh tương đối trung thực tính chất cơ học của loại vật liệu này. Muốn nâng cao tính chất cơ học của gỗ có khối lượng thể tích thấp chúng ta có thể thực hiện theo 3 cách: giữ nguyên khối lượng nhưng giảm thể tích; hoặc giữ nguyên thể tích nhưng tăng thêm khối lượng của vật
4 bằng cách điền thêm vào đó một lượng vật chất nhất định; và thực hiện đồng thời cả hai biện pháp trên. Theo cách đó, phần lớn tính chất cơ học, vật lý của gỗ có sự thay đổi theo chiều hướng tăng lên đáng kể so với gỗ nguyên liệu ban đầu, nhưng cũng có một số tính chất thay đổi theo chiều hướng tiêu cực buộc người làm công nghệ phải nghiên cứu kỹ cơ chế tác động của các yếu tố làm nên sự thay đổi đó và căn cứ các tiêu chí về yêu cầu của sản phẩm để thực hiện những biện pháp xử lý thích ứng. Hiện nay, sản phẩm đồ mộc dân dụng và đồ chơi cho trẻ em làm từ gỗ rất đa dạng về chủng loại, mẫu mã; và song song với sự gia tăng về số lượng là đòi hỏi chất lượng của loại hình sản phẩm này ngày càng cao và khắt khe hơn. Do vậy, chỉ tiêu kỹ thuật trong công nghệ sản xuất cần phải đạt được 2 yêu cầu: Sản phẩm an toàn cao nhất trong sử dụng (vì chúng là những sản phẩm luôn tiếp xúc với con người) và giảm thiểu tiêu hao năng lượng, hạn chế gây ô nhiễm môi trường. Về sản phẩm, tuỳ theo loại hình sản phẩm nhất định mà quyết định lựa chọn và xử lý nguyên liệu hợp lý để tạo cho sản phẩm có giá thành thấp và đạt được yêu cầu về an toàn trong sử dụng đó là: Cường độ cơ học - đảm bảo đủ lớn để an toàn trong sử dụng; Gỗ mịn - dễ làm sạch bề mặt, không trầy xước, an toàn trong khi sử dụng; Độ dãn nở thấp - không gây khó khăn trong quá trình sử dụng khi điều kiện môi trường thay đổi; Gỗ sáng màu - dễ xử lý, thay đổi màu sắc. Về kỹ thuật, ngoài việc lựa chọn công nghệ sản xuất sao cho có thể hạn chế được tối đa chất thải gây ô nhiễm môi trường - trực tiếp hoặc gián tiếp đến môi trường sống của con người; sử dụng năng lượng “sạch” không có hoặc có rất ít khí thải và năng lượng sử dụng ở mức tiết kiệm nhất - còn có vấn đề khác cũng không kém quan trọng đó là việc lựa chọn đặc tính của gỗ nguyên liệu. Cho dù gỗ nguyên liệu đó có khối lượng thể tích thấp hay cao hoặc đó là
5 gỗ chính phẩm hay gỗ thứ phẩm nhưng khi ta biết cách xử lý làm tốt hơn những đặc điểm ưu việt và hạn chế nhược điểm của chúng thì đều có được những vật liệu quý cho sản xuất; đồng thời góp phần sử dụng hiệu quả vốn rừng, phát triển rừng theo hướng bền vững của xã hội ta ngày nay. Xét về công nghệ biến tính nâng cao khối lượng thể tích nguyên liệu gỗ bằng biện pháp sử dụng các thiết bị, máy móc còn chưa triệt để và đáp ứng yêu cầu sử dụng Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: “Tính toán, thiết kế hệ thống truyền động và kết cấu của máy ép chỉnh hình gỗ” 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Trong công nghệ chế biến gỗ, khi nâng cao tính chất cơ học và khả năng chống chịu với môi trường sử dụng là mục đích của công nghệ biến tính gỗ. Do vậy, trong luận văn này công nghệ nâng cao tính chất cơ lý gỗ được hiểu là công nghệ biến tính gỗ. Có hai trường phái biến tính gỗ chủ yếu là: a) Công nghệ biến tính gỗ - làm thay đổi chủ yếu về chất của gỗ mà quá trình xử lý gỗ hoàn toàn bằng hoá chất hoặc sinh hoá hoặc năng lượng cực mạnh như năng lượng hạt nhân, sóng điện từ... để làm tác nhân thay đổi đáng kể cấu trúc tế bào, thành phần các chất trong gỗ (khi lượng của gỗ không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể nhưng lại có sự thay đổi lớn về chất). Theo quan điểm này, một số nhà khoa học ở nhiều nước khối EU cho rằng khi đạt được mục tiêu là nâng cao độ bền tự nhiên của gỗ (chống nấm mốc, côn trùng phá hoại) mà chỉ cần một lượng không nhiều hóa chất được tẩm vào gỗ để bảo quản gỗ cũng được coi là công nghệ biến tính gỗ.
6 b) Công nghệ biến tính gỗ - làm thay đổi về lượng của gỗ mà thường là thay đổi mật độ vật chất của gỗ trong một đơn vị thể tích mà không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể cấu trúc cơ bản của gỗ. Với quan điểm khối lượng thể tích của gỗ là một đại lượng đặc trưng cơ bản cho các đặc điểm, tính chất của gỗ. Từ đại lượng này mà ta có thể ước đoán được khả năng chịu lực của vật liệu gỗ nguyên liệu cũng như gỗ biến tính. Cũng chính theo nguyên tắc đó, về nguyên lý cũng như thực tế công nghệ biến tính gỗ đang đi theo hai hướng chính là: - Giữ nguyên khối lượng gỗ mà giảm thể tích; đó là nguyên lý của biến tính nhiệt cơ và sản phẩm của nó là gỗ nén; - Tăng khối lượng gỗ bằng cách bổ sung vào gỗ một lượng vật chất nhất định trong khi giữ nguyên hoặc giảm thể tích; đó là nguyên lý của biến tính hoá/hoá cơ và sản phẩm đặc trưng cho nó là sản phẩm gỗ tẩm, gỗ cường hoá, polime hoá gỗ... 1.2.1. Một số loại hình sản phẩm gỗ biến tính 1.2.1.1. Gỗ nén Gỗ nén được sản xuất theo phương pháp sử dụng đặc tính rỗng xốp của gỗ để dồn nén gỗ làm cho có mật độ lớn hơn trong một đơn vị thể tích, tức là làm tăng khối lượng thể tích của gỗ từ đó sẽ tăng được độ cứng, độ bền cơ học của vật liệu này. Gỗ nén là sản phẩm còn có tên gọi: Lignstone và chủ yếu được sử dụng làm thoi dệt, ống sợi, tay nắm công cụ, chế tạo chi tiết có khả năng chịu mài mòn, tự bôi trơn trong các chi tiết máy của ô tô, máy nông nghiệp. Nhược điểm của gỗ nén là trong điều kiện ẩm ướt thì kích thước của nó không ổn định và có khả năng đàn hồi trở lại. 1.2.1.2. Gỗ tẩm keo Để khắc phục nhược điểm của gỗ nén, các nhà khoa học đã nghiên cứu và đưa vào trong gỗ một số chất hoá học nhằm ổn định hình dạng và kích
7 thước sản phẩm đồng thời cũng tăng cường độ chịu lực; một trong những loại hình sản phẩm đơn giản nhất khi sử dụng hoá chất là gỗ ngâm tẩm (Impreg) hay còn gọi là gỗ tẩm keo. Loại hình này sản phẩm không thấm nước và có ưu điểm rất rõ đó là hệ số co giãn kích thước rất nhỏ, tuy nhiên để đạt được điều đó phải sử dụng lượng hóa chất không nhỏ trong quá trình sản xuất. 1.2.1.3. Ván ép lớp Có một loại hình sản phẩm từ gỗ mà tính dị hướng không đáng kể và tác dụng của độ ẩm không lớn tới tính chất của gỗ biến tính, đó là ván ép lớp (Compreg). Người ta đã sử dụng những phương pháp xếp ván mỏng đã được tráng keo và ép. Ván ép lớp là sản phẩm có nhiều ưu điểm như: kích thước rất ổn định, giữ được vân thớ tự nhiên của gỗ, khả năng trang sức và cắt gọt tốt và có thể dán lên bề mặt gỗ một cách dễ dàng; Khả năng chịu được nhiệt độ cao, chống sâu nấm và côn trùng hại gỗ tốt nhưng giá thành của gỗ tương đối cao do phải chi phí quá lớn cho hóa chất và thiết bị kèm theo. 1.2.1.4. Gỗ cường hoá Ở nước Đức đã công bố tài liệu nói về gỗ cường hoá (Dentified) vào năm 1930. Đó là một loại hình gỗ biến tính bằng cách đưa một số kim loại vào trong tế bào gỗ để tăng khối lượng thể tích của gỗ đồng thời cũng tăng được khả năng chịu mài mòn của vật liệu. Cũng chính vì lý do trong gỗ có tẩm kim loại và công nghệ phức tạp mà mức độ và phạm vi sử dụng của gỗ cường hoá cũng không rộng, chỉ được sử dụng vào những trường hợp đặc biệt đối với chi tiết máy chứ không sử dụng được trong sản xuất đồ mộc dân dụng. 1.2.1.5. Polyme hoá gỗ Khi ta sử dụng các hydratcarbon không no hoặc các chất đa tụ phân tử lượng thấp, sau khi đã đa tụ sơ bộ ta dùng phương pháp chiếu xạ hoặc gia
8 nhiệt xúc tác để cung cấp năng lượng cho chúng đa tụ tiếp trong gỗ ta sẽ được sản phẩm gọi là Gỗ-Polime, còn được gọi là sản phẩm polime hoá gỗ (WPC). Vintorg là một loại sản phẩm WPC được chế tạo từ những loài gỗ khó tẩm hoá chất. Thông qua việc áp dụng công nghệ xử lý vi sóng tạo nên những “kênh” dẫn hoá chất tẩm vào trong gỗ; Phôi gỗ đó sau khi được tẩm hoá chất qua các “kênh” dẫn được ép nhiệt để đạt tới kích thước mong muốn và cũng chính trong quá trình đó dung dịch tẩm - đã được chứa vào các kênh dẫn nhờ quá trình xử lý vi sóng - đóng rắn lại. 1.2.2. Công nghệ biến tính gỗ trên thế giới 1.2.2.1. Công nghệ biến tính gỗ nhiệt - cơ Sản phẩm của công nghệ này là gỗ nén và sử dụng phương pháp biến tính nhiệt - cơ tức là dùng tác nhân làm mềm gỗ là nhiệt và ẩm sau đó dùng máy ép để nén chặt gỗ lại. Biện pháp công nghệ này gây ít tác hại đến môi trường nhất. Tuy nhiên sản phẩm của nó có những tồn tại cần phải khắc phục đó là sự hút ẩm và đàn hồi trở lại của gỗ biến tính trong quá trình sử dụng. Khi tăng mức độ nén gỗ, độ bền của gỗ sẽ tăng lên mà không phụ thuộc vào phương pháp nén. Rất nhiều nhà khoa học Liên Xô (cũ) ở nhiều trường đại học, Viện nghiên cứu trong đó điển hình có nghiên cứu của P.N. Khukhranski và nhiều công trình nghiên cứu gỗ nén từ các loại gỗ lá kim vào những năm 1930 -1990 đều khẳng định rằng: Trước khi nén ép gỗ, chúng phải được làm mềm trong môi trường hơi nước bão hoà hoặc gỗ được luộc trước hoặc gỗ được xử lý trong môi trường độ ẩm cao; sau công đoạn nén ép gỗ buộc phải qua khâu xử lý nhiệt để ổn định kích thước gỗ nén. Tuỳ theo mục đích sử dụng của vật liệu mà người ta có thể ép gỗ theo kiểu ép phẳng hay ép trục; trong ép phẳng cũng có trường hợp ép hở (ép 1 mặt) hoặc ép kín (ép 2 mặt), trong kiểu ép hở thì ta
9 cũng có thể sử dụng loại hình nén gỗ bằng rulô dùng cho những vật liệu có dạng tấm, bản. Đối với sản phẩm có tiết diện tròn như trục chịu lực thì ta dùng kiểu ép trục tròn kín, nếu dùng vào mục đích làm bạc đỡ thì nén trục rỗng. Và trong thời gian đầu của thế kỷ 21, công nghệ biến tính gỗ bằng phương pháp nhiệt cơ lại được nghiên cứu kỹ lưỡng hơn và ứng dụng nhiều hơn trong công nghiệp cũng như đồ mộc dân dụng. Trong cuộc hội thảo về biến tính gỗ của Hội khu vực châu Âu đã có những nghiên cứu ứng dụng công việc biến tính gỗ bằng phương pháp biến tính nhiệt để nâng cao tính chất cơ học và khả năng chống chịu môi trường của gỗ. 1.2.2.2. Công nghệ biến tính gỗ tẩm keo Khi ngâm gỗ bằng các dung dịch keo có phân tử lượng thấp, có tính tan trong nước thì keo đó sẽ khuếch tán vào vách tế bào gỗ làm cho gỗ trương nở, công đoạn tiếp theo là sấy để loại bỏ nước và sau đó gia nhiệt cho keo đóng rắn tạo thành hoá chất đa tụ không tan trong nước, gỗ ngâm tẩm (Impreg) được hình thành. Đối với công nghệ này, thiết bị ngâm tẩm không nhiều phức tạp, nhưng điều cốt yếu và rất quan trọng, quyết định chính tới chất lượng sản phẩm đó là hóa chất tẩm. Ví dụ như: tác giả V. E. Vikhrov gỗ ngâm tẩm sẽ thu được các kết quả rất tốt khi sử dụng nhựa P-F để ngâm gỗ, sau đó trùng ngưng vật liệu này sẽ làm tăng khả năng bền vững với acid và độ cứng của gỗ biến tính. Còn với tác giả G. L Angendorf (1982), dung dịch của U-F có khối lượng phân tử thấp sẽ được tẩm vào gỗ dưới áp lực nhất định. Sau đó nó được trùng hợp ở nhiệt độ không nhỏ hơn 106-1100 C trong môi trường dòng điện cao tần để tạo ra nguyên liệu gỗ tẩm ứng dụng trong công nghệ chế tạo tàu thuyền; Một số khác lại sử dụng nhựa tổng hợp: Rượu phenol; Monome furenov và hợp chất của chúng sẽ tạo ra một loạt tính chất cơ lý và một số tính chất khác cao hơn so với gỗ nguyên liệu.
10 Để có thể sản xuất được loại gỗ cường hoá có cường độ gỗ biến tính cao hơn hẳn gỗ nguyên, chúng ta cũng phải sử dụng công nghệ ngâm tẩm. Nhưng chất tẩm đối với trường hợp này phải dùng lại là kim loại nóng chảy; các kim loại này có nhiệt độ nóng chảy thấp sẽ được lưu lại trong ruột tế bào gỗ, sau khi làm lạnh thì kim loại đóng rắn lại và chúng cùng với gỗ tạo thành vật liệu gỗ cường hoá. Lượng kim loại cho vào trong ruột tế bào phụ thuộc vào kích thước ruột tế bào, khe hở giữa các tế bào. Khi biến tính gỗ bằng anhydric acetic chúng ta sẽ có sản phẩm acetyl hoá gỗ; “Acetylated wood” cũng đã được sử dụng phổ biến ở một số nước: Mỹ, Hà Lan, Đức, Thụy Điển, Nhật Bản; trong đó có một số nghiên cứu của các nhà nghiên cứu ở trường Đại học tổng hợp Gottingen, Đức (2005), đã nghiên cứu khả năng ổn định kích thước và khả năng chống nấm mốc của gỗ Thông và gỗ Bạch dương (Fagus sylvatica) được xử lý bằng anhydrit axetic ở nhiệt độ 90 - 1300C cho ra gỗ có tính ổn định kích thước cao và khả năng chống nấm mục trắng và nâu; Cũng bằng phương pháp này, tác giả Eichi Obatay và Joseph Gril, Viện Công nghệ gỗ của trường Đại học tổng hợp Akita, Nhật Bản đã tiến hành axetyl hoá gỗ Vân sam và đánh giá tính ổn định kích thước gỗ bằng phương pháp thử độ trương nở của gỗ axetyl hoá trong các dung môi hữu cơ khác nhau: nước, benzene và toluene, etylene glycol và alcohols [27]. 1.2.2.3. Máy móc thiết bị nén ép biến tính gỗ trên thế giới - Máy ép thủy lực phụ thuộc vào nguyên tắc của Pascal: áp lực trong suốt một hệ thống khép kín là không đổi. Một phần của hệ thống là một piston hoạt động như một máy bơm, với một lực lượng khiêm tốn cơ khí hoạt động trên một diện tích mặt cắt ngang nhỏ, một phần khác là một piston với một diện tích lớn hơn tạo ra một lực lượng tương ứng lớn cơ khí. Chỉ có ống đường kính nhỏ (dễ dàng hơn chống lại áp lực) là cần thiết nếu máy bơm được tách ra từ xi lanh ép.
11 - Những năm đầu của thế kỷ 20, các xưởng chế tạo máy chế biến gỗ của Đức đã thành công trong công nghệ chế tạo máy ép gỗ dùng hệ thống thủy lực với áp suất dầu trong các xi lanh thủy lực để tạo ra một lực nén. Nó sử dụng tương đương với thủy lực của một đòn bẩy cơ khí Hình 1.1: Máy ép thủy lực của hãng Buirkle - Muốn tạo ra những lực lớn hơn áp lực có sẵn cho phép, hoặc sử dụng nhỏ hơn, có áp suất cao hơn để tiết kiệm kích thước và trọng lượng. Hình 1.2: Máy ép thủy lực của hãng Vemkener (Đức)
12 Hình 1.3: Máy ép con lăn (rulô) của hãng Frits (Pháp) - Năm 1942, hãng Frits của Pháp đã trình sản xuất máy ép gỗ bằng con lăn cuốn (hình 1.3) với khoảng cách các trục điều chỉnh được và hoạt động trên nguyên lý sử dụng các ru-lô với khe hở nhỏ hơn bề dày của phôi gỗ cần ép vừa cuốn gỗ vừa tạo áp lực nén làm giảm kích thước bề dày của phôi. Hình 1.4: Máy ép xích 1: Băng thép; 2: Xích; 3: Xích thủy lực; 4: Bánh xích chủ động; 5: Chổi điện; 6: Trục căng; 7: Trục cố định; 8: Con lăn ép - Tương tự như máy ép ru-lô, máy ép xích sử dụng thêm hệ thống băng tải cuốn phôi gỗ qua các con lăn và nhờ áp lực trên các băng xích tải để tạo áp lực ép phôi tạo thành sản phẩm đạt kích thước yêu cầu.
13 Hình 1.5: Máy ép trục vít E-016 của hãng Murakami - Các bàn ép của máy ép trục vít E-016 của hãng Murakami hoạt động di chuyển lên xuống nhờ truyền động của các cơ cấu trục vít - bánh vít đặt phía khung trên của máy. Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực 1: Khung máy; 2: Xylanh; 3: Piston; 4: Tấm ép dưới cùng (di động); 5: Các tấm ép; 6: Ván gỗ
14 - Thiết bị ép thủy lực này (hình 1.6) được dùng nhiều trong nén ép gỗ nhất là khi ép ván dăm, ván sợi và ván dán Lực ép ở đây là do xilanh thủy lực số (2), các tấm ép di động (4) và (5).  D2 n Lực ép được tính theo công thức: P  Pn ; (1-1) 4000 Trong đó: Pn : là lực tính toán của dầu trong xilanh (kG/cm2) D: là đường kính của piston (cm) và n là số piston Hình 1.7: Sơ đồ máy ép khí nén LD1-10 (Nga) 1: Thân máy; 2: Thanh dẫn hướng; 3&4: Ống dẫn khí; 5: Thanh ngang; 6: Khuôn; 7: Dầm gỗ; 8: Nẹp đồng; 9: Điện cực gia nhiệt; 10: Đệm gỗ; 11: Ván cần ép; 12: Dầm gỗ
15 1.2.3. Công nghệ biến tính gỗ tại Việt Nam 1.2.3.1. Công nghệ biến tính gỗ tẩm keo Tác giả của đề tài trọng điểm cấp Bộ về biến tính gỗ rừng trồng - Trần Văn Chứ - có một số nghiên cứu đưa ra một số quy trình sản xuất biến tính gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis) bằng phương pháp ngâm tẩm: hoá chất sử dụng là nhựa Novolac tỉ trọng 1,175-1,205 g/ml, sử dụng phương pháp tẩm áp lực chân không sau đó đa tụ nhựa bằng nhiệt thành Rezolit ta sẽ có được sản phẩm gỗ polyme có những tính năng vượt trội so với gỗ nguyên liệu [4], và Polyetylen glycol (PEG) với phân tử lượng 1000, ngâm trong thời gian 2 ngày dưới điều kiện môi trường tự nhiên cũng nhận được sản phẩm gỗ biến tính bằng phương thức ngâm tẩm gỗ [25]. 1.2.3.2. Công nghệ hóa nhiệt cơ Công nghệ hóa nhiệt cơ là công nghệ sản xuất gỗ biến tính yêu cầu phải có thiết bị áp lực ở cả hai khâu công việc là tẩm hóa chất và ép nhiệt. Tác giả Nguyễn Trọng Nhân (1998) [13] đã nghiên cứu công nghệ tẩm hoá chất dung dịch P-F 33%, và ép nhiệt để tạo ra phôi thoi dệt từ gỗ Vạng trứng; Độ nhớt theo thước đo nhớt kế của dung dịch tẩm BZ4: 28s; Kích thước sản phẩm 36 x 5,5 x 7,6 cm3 độ ẩm 12%, chế độ ép khi đó phụ thuộc vào mức độ tẩm, mức độ nén, áp lực nén. Tỉ trọng của gỗ biến tính đạt tới 0,9g/cm3; một số tác giả khác ở Trường ĐH Công nghiệp rừng Voronhet lại sử dụng urê làm tác nhân hoá dẻo gỗ còn khâu ép nhiệt thực hiện chức năng nén chặt gỗ đã được làm mềm và cố định kích thước gỗ biến tính. Ván ép lớp: Tính chất của gỗ cũng có thể được nâng cao nhờ xử lý hoá học. Gỗ được tẩm hoá chất sẽ nâng cao khả năng bền vững với môi trường bên ngoài. Và một trong những phương pháp nâng cao tính chất kỹ thuật của gỗ đó là xử lý nhiệt có tác động của áp lực, phương pháp này dựa trên khả
16 năng dẻo hoá của gỗ. Khi gỗ được mềm, dẻo hoá, dưới tác động của áp lực thì gỗ bị biến dạng được nén lại, do có giảm khoảng cách giữa các tế bào, ép, uốn các vách tế bào, giảm thể tích các tế bào do có sự trượt của vách tế bào lên nhau. Tuy nhiên, việc sử dụng gỗ nguyên cho sản xuất gỗ ép lớp rất khó khăn, không chỉ vì keo khó thấm vào gỗ mà sau khi sấy rất khó đảm bảo keo không đóng rắn sớm. Khi sử dụng các ván mỏng tẩm keo P-F được xếp theo chiều song song rồi ép lại với nhau, chúng ta sẽ có được loại sản phẩm ván ép lớp có khả năng bền vững với môi trường bên ngoài. Công nghệ này không cần thiết phải sử dụng thiết bị áp lực trong khâu tẩm keo nhưng nó cũng đòi hỏi phải có thiết bị tráng keo mới có thể đảm bảo độ đồng đều và tiết kiệm lượng keo. Trong một số loại hình sản phẩm, chi tiết máy ít tiếp xúc với người sử dụng và có yêu cầu đặc biệt về tính chịu lực, khả năng chống chịu với môi trường cao, người ta vẫn có thể dùng nhựa phenol formaldehyt (P-F) trong công nghệ sản xuất gỗ biến tính. Ví dụ: năm 2004, Md. Ifteckhar Sham [22] đã nghiên cứu sản xuất thử gỗ tẩm nhựa P-F có cường độ cao ở áp suất ép thấp, đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc loại bỏ chất nền bằng natri clorit (NaClO 2) trước khi tẩm nhựa PF có khối lượng phân tử thấp. Khối lượng thể tích, mô- đun trượt và cường độ uốn của ván ép lớp (ván mỏng qua 4 lần xử lý bằng natri clorit rồi tẩm nhựa PF) được ép ở áp suất 1 MPa, đạt các trị số tương ứng là 1,15 g/cm3, 27 GPa và 280 MPa, trong khi các trị số này với mẫu không được tẩm nhựa PF tương ứng là 0,8 g/cm3, 16 GPa, và 165 MPa. 1.2.3.3. Máy móc thiết bị nén ép gỗ trong nước Ở Việt Nam, công nghiệp máy thiết bị phục vụ cho ngành gỗ nói chung còn khá mới, và đặc biệt đối với công nghệ chế tạo máy móc, thiết bị nén, ép vật liệu gỗ hầu như chưa phổ biến. Chỉ đơn cử một số loại thiết bị thô sơ sau:
17 Hình 1.8: Thiết bị ép gỗ ghép thủ công – đơn chiếc - Thiết bị ép gỗ ghép hoạt động bằng cơ cấu trục vít và ép bằng áp lực thủ công qua tay quay (1), trục vít (2) truyền chuyển động tịnh tiến cho má ép (3) để nén các thanh gỗ ghép (4) tạo thành tấm gỗ. Hình 1.9: Thiết bị ép uốn bằng cơ cấu vít
18 - Cũng theo nguyên lý trục vít truyền động, thiết bị ép uốn (hình 1.9) và máy ép vít nhiệt ẩm (hình 1.10) hoạt động khi bàn ép (3) tịnh tiến lên xuống và ép lên phôi gỗ cần gia công tạo thành sản phẩm đạt yêu cầu sử dụng. Hình 1.10: Máy ép vít nhiệt ẩm 1.2.4. Nhận xét chung Trong những năm đầu của thế kỉ 21, khi nền khoa học công nghệ và kỹ thuật phát triển vượt bậc, nhân tố sức khoẻ con người và môi trường công nghiệp được quan tâm thích đáng thì công nghệ biến tính gỗ rất cần phải chú trọng và phát triển công nghệ theo hướng: Công nghệ “xanh”, nguồn năng lượng “sạch” và sử dụng nguyên liệu bền vững, sản phẩm thân thiện với con người và môi trường. Trong xu thế hội nhập của nước ta hiện nay và tình hình sản xuất cũng như nhu cầu sử dụng sản phẩm công nghiệp ngày càng tăng, khi mà ngành công nghiệp hóa chất chưa thực sự phát triển, kỹ thuật xử lý môi trường chưa