Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt độ cao đến tính chất cơ lý của gỗ bồ đề (Styrax tonkinensis)

Dương Văn Đoàn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 108(08): 147 - 151 147 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT ĐỘ CAO ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA GỖ BỒ ĐỀ (STYRAX TONKINENSIS) Dương Văn Đoàn1*, Nguyễn Cảnh Mão2 1Trường Đại học Nông Lâm – ĐH Thái Nguyên 2Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam TÓM TẮT Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý nhiệt độ ở các cấp: 100oC, 110oC, 120oC, 130oC. Thời gian xử lý chia làm 2 thang là 20 giờ và 30 giờ. Kết quả là màu sắc của gỗ sau khi qua xử lý nhiệt có màu sẫm (cánh dán) và đồng đều hơn. Độ hút nước và giãn dài (cả hai chiều xuyên tâm và tiếp tuyến) của gỗ qua xử lý nhiệt cho kết quả cao nhất ở 110oC. Nhiệt độ tăng lên thì độ hút nước và giãn dài giảm dần nên tính ổn định kích thước của gỗ tăng. Thời gian xử lý nhiệt ảnh hưởng không đáng kể đến độ hút nước và độ giãn dài. Giá trị giới hạn bền uốn tĩnh và modul đàn hồi uốn tĩnh ở nhiệt độ 120oC cho giá trị cao nhất. Nhiệt độ xử lý tăng thì cả hai giá trị này đều giảm dần. Thời gian xử lý càng lâu thì giá trị modul đàn hồi uốn tĩnh càng giảm. Từ khóa: Nhiệt độ cao, tính chất cơ lý, gỗ Bồ đề MỞ ĐẦU* Sấy gỗ là một công đoạn quan trọng trong quy trình công nghệ chế biến gỗ [2]. Hiện nay ở nước ta các phương pháp sấy gỗ chủ yếu vẫn ở nhiệt độ dưới 100oC. Những phương pháp này thường kéo dài thời gian[5]. Sấy gỗ ở nhiệt độ cao có thể rút ngắn đáng kể thời gian sấy nhưng lại là một phương pháp sấy mới ở Việt Nam [1]. Dưới tác động của nhiệt độ cao thì các tính chất cơ lý của gỗ đều bị thay đổi [3]. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến sự thay đổi tính chất cơ lý của gỗ để đánh giá được tác động của nhiệt độ và đưa ra được những khuyến cáo sẽ là bước khởi đầu quan trọng để tiến đến xây dựng chế độ sấy gỗ ở nhiệt độ cao – một phương pháp sấy hiệu quả đã được áp dụng trên thế giới. Gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis) là một loại gỗ rất phổ biến và được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam: đồ mộc, ván nhân tạo,... Vì vậy việc áp dụng một phương pháp sấy hiệu quả cho loại gỗ này trước khi đưa vào sử dụng sẽ cho một giá trị rất lớn. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý nhiệt độ ở các cấp: 100oC, 110oC, 120oC, 130oC. Thời gian xử lý chia làm 2 thang là 20 giờ và 30 giờ. * Tel: 0988712951. Email: doanduongfb@gmail.com Nguyên liệu gỗ phục vụ cho nghiên cứu là gỗ Bồ Đề khai thác ở Thái Nguyên có đường kính 40 cm. Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp xác định màu sắc gỗ Mẫu gỗ được chụp ảnh, scan trong photoshop và màu sắc sẽ được phản ánh qua giá trị Sắc độ được ký hiệu là S (Saturation), là chỉ cường độ hay độ tinh khiết của màu. Độ bão hoà thể hiện lượng màu xám tương thích với màu sắc, được tính theo tỷ lệ % từ 0% (đen) - 100% (trắng) trên vòng tròn màu chuẩn. Mẫu đối chứng là mẫu trước khi đưa và xử lý nhiệt. - Phương pháp xác định độ hút nước và độ giãn dài (số lần lặp lại thí nghiệm: 9) theo tiêu chuẩn Việt Nam [4]: - Sau khi sấy cắt mẫu theo kích thước: 30 x 30 x 10 (mm) (sai số: ± 0,5mm) - Kẻ 2 đường thẳng vuông góc với nhau trên từng mặt đầu của mẫu bằng bút chì. - Đo kích thước mẫu theo 2 đường kẻ. (Chính xác đến 0,01 mm) - Cân tất cả các mẫu. (Chính xác đến 0,01g) - Cho mẫu vào bình đựng nước cất. (Mặt đầu không có đường kẻ nổi lên trên mặt nước). - Tiến hành đo và cân mẫu sau: 2 giờ, 1 ngày, 2 ngày, 4 ngày, 12 ngày, 20 ngày, 30 ngày. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dương Văn Đoàn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 108(08): 147 - 151 148 - Đo mẫu: Nếu trị số giữa 2 lần đo mẫu không khác nhau quá 0,02 mm (cách nhau 2 ngày đêm liền) thì xem như kích thước không thay đổi. Đo cả hai chiều với độ chính xác là 0,01 mm. - Cân mẫu: Trước khi cân phải lau khô bề mặt của mẫu gỗ. Thời gian tối thiểu giữ mẫu trong nước là 30 ngày đêm. Khi cần thiết có thể tiếp tục ngâm mẫu và cân với khoảng thời gian cách nhau giữa hai lần cân là 10 ngày đêm. Nếu hiệu số độ ẩm giữa hai lần xác định cách nhau 10 ngày đêm không lớn quá 5% thì có thể ngừng theo dõi. - Tính toán kết quả thử: + Tính độ hút nước: 100 1 12 m mmWhn − = (%) Trong đó: Whn: Độ hút nước của gỗ (%); m2: Khối lượng mẫu sau khi ngâm (g); m1: Khối lượng mẫu sau khi sấy (g) + Tính độ giãn dài: Tính độ giãn dài bằng % theo phương tiếp tuyến Ytt và phương xuyên tâm Yxt, chính xác đến 0,1 % theo công thức: 100 1 1 a aaYtt − = (%) 100 1 1 b bbYxt − = (%) Trong đó: a1, b1 là kích thước mẫu theo phương tiếp tuyến và phương xuyên tâm sau khi sấy; a, b là kích thước mẫu theo phương tiếp tuyến và phương xuyên tâm khi ngâm trong nước. - Phương pháp xác định giới hạn bền uốn tĩnh (số lần lặp lại thí nghiệm: 9) theo tiêu chuẩn Việt Nam [4]: - Cắt mẫu có kích thước: 20 x 20 x 300 mm. (300 là kích thước theo chiều dọc thớ. Sai số không vượt quá ±1 mm). - Để mẫu trong phòng có nhiệt độ là 20oC và độ ẩm là 60% đến khi độ ẩm của mẫu đạt 12%. - Đo mẫu tại điểm giữa chiều dài, chính xác đến 0,01mm (chiều rộng b theo phương xuyên tâm và chiều cao h theo phương tiếp tuyến). Kẻ bằng bút chì. - Giới hạn bền uốn tĩnh σut được tính theo công thức: 2 max 2 3 bh lP ut =σ (N/mm2) Trong đó: Pmax là tải trọng phá hoại (N); l là khoảng cách giữa hai gối tựa (bằng 240 mm); b là chiều rộng mẫu (mm); h là chiều cao mẫu (mm). - Phương pháp xác định mô đun đàn hồi uốn tĩnh theo tiêu chuẩn Việt Nam[4]: - Cắt mẫu có kích thước: 20 x 20 x 300 mm. (300 là kích thước theo chiều dọc thớ. Sai số không vượt quá ±1 mm). - Để mẫu trong phòng có nhiệt độ là 20oC và độ ẩm là 60% đến khi độ ẩm của mẫu đạt 12%. - Đo mẫu ở 3 điểm: Chính giữa chiều dài và ở hai bên, mỗi bên cách điểm giữa 120mm chính xác đến 0,01mm (chiều rộng b theo phương xuyên tâm và chiều cao h theo phương tiếp tuyến). Dùng bút chì kẻ. - Modul đàn hồi E được tính bằng công thức: fbh PlE 3 3 4 1 = (N/mm2) Trong đó: E là Modul đàn hồi uốn tĩnh (N/mm2); P là tải trọng (N); L là khoảng cách giữa hai gối tựa (bằng 240 mm); b là chiều rộng mẫu (mm); h là chiều cao mẫu (mm); f là mũi tên võng, ứng với tải trọng P (mm). - Phương pháp xử lý số liệu: Phân tích phương sai hai nhân tố KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Màu sắc Để so sánh màu sắc của gỗ trước và sau khi được xử lý nhiệt ta kiểm tra màu sắc ở mẫu gỗ đối chứng và mẫu gỗ sau khi được xử lý nhiệt độ ở 100oC và 130oC. Mẫu gỗ được chụp ảnh, scan trong photoshop và đo chỉ số S được kết quả như ở bảng 1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dương Văn Đoàn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 108(08): 147 - 151 149 Bảng 1. Kết quả kiểm tra chỉ số màu sắc S trên photoshop (%) Điểm đo Mẫu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TB Đối chứng 13 19 24 13 17 22 10 14 23 18 17,3 100oC 27 24 26 22 28 24 27 29 25 28 26,0 130oC 38 35 40 37 39 36 37 41 36 42 38,1 Bảng 2. Bảng giá trị độ hút nước trung bình (%) ở các cấp xử lý nhiệt Nhiệt độ Thời gian 100 oC 110oC 120oC 130oC 20 giờ 224.67 247.22 233.90 214.51 30 giờ 230.38 261.86 228.54 211.83 Bảng 3. Giá trị giãn dài trung bình (%) theo hai chiều xuyên tâm và tiếp tuyến sau khi ngâm 20 ngày so với sau khi sấy Thời gian Chiều 100oC 110oC 120oC 130oC 20h xt 2.91 3.45 3.11 2.97 tt 4.81 5.06 4.78 4.34 30h xt 2.96 3.61 3.04 2.60 tt 4.99 5.22 4.37 4.15 Dựa vào các dẫn liệu tại bảng 1 ta thấy giá trị chỉ số S tăng dần từ mẫu đối chứng đến mẫu xử lý ở 100oC và 130oC. Như vậy đã có sự thay đổi về màu sắc trong quá trình xử lý nhiệt. - Giá trị S trung bình tại 10 điểm đo của mẫu gỗ xử lý ở 130oC bằng 38,1(%) cao hơn giá trị S trung bình tại 10 điểm đo của mẫu gỗ xử lý ở 100oC là 26,0(%) và mẫu gỗ đối chứng là 17,3(%). Điều này chứng tỏ rằng mẫu gỗ đối chứng có màu sáng hơn, nghĩa là các mẫu gỗ qua xử lý nhiệt có màu tối hơn, nhiệt độ xử lý càng cao thì màu càng tối. - Giá trị S tại 10 điểm đo của mẫu gỗ đối chứng có sự chênh lệch lớn hơn mẫu gỗ xử lý ở 100oC và 130oC. Cụ thể, sự chênh lệch giữa giá trị Max và Min ở mẫu gỗ đối chứng là 14(%), mẫu gỗ xử lý ở 100oC là 7(%), ở 130oC là 6(%) . Như vậy các mẫu gỗ qua xử lý nhiệt có màu sắc tối dần (màu nâu) và có độ đồng đều cao hơn so với mẫu gỗ đối chứng. Hiện nay màu sắc này rất được ưa chuộng trên thị trường. Độ hút nước và giãn dài Kết quả giá trị trung bình độ hút nước và độ giãn dài các mẫu được trình bày ở bảng 2 và 3 - Khi nhiệt độ xử lý tăng từ 100oC đến 110oC thì độ hút nước của gỗ cũng tăng lên rất nhiều. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng nhiệt độ lên 120oC, 130oC thì độ hút nước của gỗ lại giảm dần đi đáng kể. Thời gian xử lý nhiệt ảnh hưởng không đáng kể đến độ hút nước của gỗ. - Tỉ lệ giãn dài (%) theo chiều tiếp tuyến lớn hơn chiều xuyên tâm từ 1,33 – 2,03 lần. - Thời gian ảnh hưởng không đáng kể đến tỉ lệ phần trăm giãn dài trong cùng một chiều. - Ở 110oC cho tỉ lệ giãn dài lớn nhất, khi tăng nhiệt độ thì tỉ lệ này giảm dần. Giá trị giới hạn bền uốn tĩnh và modul đàn hồi uốn tĩnh Kết quả giá trị trung bình giới hạn bền uốn tĩnh và modul đàn hồi uốn tĩnh được trình bày ở bảng 4 và bảng 5. - Khi tăng nhiệt độ xử lý từ 100oC lên 110oC và 120oC thì cho kết quả là giới hạn bền uốn tĩnh của gỗ tăng lên nhưng đến 130oC thì giới hạn bền uốn tĩnh giảm mạnh. - Ở 100oC và 110oC thì giới hạn bền uốn tĩnh ở 30 giờ cao hơn ở 20 giờ nhưng ở 120oC và 130oC thì cho kết quả ngược lại. Tuy nhiên sự chênh lệch này là không đáng kể. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dương Văn Đoàn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 108(08): 147 - 151 150 Bảng 4: Giá trị trung bình giới hạn bền uốn tĩnh (N/mm2) Nhiệt độ Thời gian Đ/C 100 oC 110 oC 120 oC 130 oC 20 giờ 53.070 69.309 74.330 84.884 70.324 30 giờ 53.070 72.534 78.575 83.523 60.080 Bảng 5: Giá trị trung bình modul đàn hồi uốn tĩnh (N/mm2) Nhiệt độ Thời gian Đ/C 100 oC 110oC 120oC 130oC 20 giờ 6803.832 7479.927 7999.271 8270.902 7449.681 30 giờ 6803.832 7232.402 7791.556 8048.065 7045.158 - Khi nhiệt độ tăng dần từ 100oC đến 120oC thì giá trị modul đàn hồi uốn tĩnh tăng dần và ở 120oC thì cho giá trị modul lớn nhất. Nhiệt độ tiếp tục tăng thì giá trị modul giảm. - Giá trị modul đàn hồi uốn tĩnh ở 30giờ luôn thấp hơn ở 20 giờ. KẾT LUẬN - Màu sắc của gỗ sau khi qua xử lý nhiệt có màu sẫm (cánh dán) và đồng đều hơn. Hiện nay màu sắc này rất được ưa chuộng trên thị trường. - Độ hút nước và giãn dài (cả hai chiều xuyên tâm và tiếp tuyến) của gỗ qua xử lý nhiệt cho kết quả cao nhất ở 110oC. Nhiệt độ tăng lên thì độ hút nước và giãn dài giảm dần nên tính ổn định kích thước của gỗ tăng. Thời gian xử lý nhiệt ảnh hưởng không đáng kể đến độ hút nước và độ giãn dài. - Giá trị giới hạn bền uốn tĩnh và modun đàn hồi uốn tĩnh ở nhiệt độ 120oC cho giá trị cao nhất. Nhiệt độ xử lý tăng thì cả hai giá trị này đều giảm dần. Thời gian xử lý càng lâu thì giá trị modul đàn hồi uốn tĩnh càng giảm. Như vậy tùy theo mục đích chính của việc xử lý nhiệt: Nâng cao giá trị giới hạn bền uốn tĩnh, modul đàn hồi uốn tĩnh hay nâng cao tính ổn định kích thước của gỗ,... mà ta lựa chọn các chế độ xử lý nhiệt khác nhau. Ở đây tôi xin đề xuất chế độ xử lý nhiệt gỗ Bồ Đề đảm bảo cho cả hai yếu tố: vừa cho kết quả giá trị giới hạn bền uốn tĩnh và modul đàn hồi uốn tĩnh cao mà vẫn đảm bảo tính ổn định kích thước đó là ở chế độ: nhiệt độ: 120oC, thời gian: 30 giờ. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Cảnh Mão (1994), Công nghệ sấy gỗ, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây. 2. Đào Xuân Thu (2004), Nghiên cứu những giải pháp công nghệ nhằm rút ngắn thời gian sấy gỗ keo lá tràm (Acacia auriculiformics), Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây. 3. Hồ Thu Thủy (2005), Nghiên cứu ứng dụng một số giải pháp xử lý gỗ trước khi sấy nhằm rút ngắn thời gian sấy gỗ, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh. 4. Tiêu chuẩn Việt Nam (1988), Tiêu chuẩn nhà nước về gỗ và sản phẩm gỗ, Hà Nội. 5. Trường Đại học Lâm nghiệp (2004), Công nghệ biến tính gỗ, Tài liệu dịch, Hà Tây. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dương Văn Đoàn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 108(08): 147 - 151 151 SUMMARY STUDYING EFFECTS FROM HIGH HEAT-TREATE PROCESS TO PHYICS MECHANICAL PROPERTIES OF BO DE WOOD (STYRAX TONKINENSIS) Duong Van Doan1*, Nguyen Canh Mao2 1College of Agriculture and Forestry – TNU 2Vietnam Forestry University Research effect of temperature treatment at 100oC, 110oC, 120oC, 130oC. Time of treatment is devided into 2 scale: 20 hours and 30 hours. Research results colors: The color of wood after heat treatment has a dark color (red brown) and more evenly. Water absorption and elongation: (both radial and tangential direction) of heat treated wood for best result at 110oC. When temperature increased, water absorption and elongation should decrease so that the stability of the timber size increases. Heat treatment time significantly affected the water absorption and elongation. Limit values of static bending Strength and elastic modules static bending at a temperature of 120oC for the highest value. The more treatment temperature increases, the more both values are reduced. The longer processing time is the more value of static bending elastic modules decreases. Key words: Bo de wood, hight temperature, phyics mechanical properties * Tel: 0988712951. Email: doanduongfb@gmail.com Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên