Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến một số tính chất cơ học gỗ keo lai
Tạp chí KHLN 1/2016 (4285 - 4291)
©: Viện KHLNVN - VAFS
ISSN: 1859 - 0373
ẢNH HƯỞNG CỦA XỬ LÝ NHIỆT
ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ HỌC GỖ KEO LAI
Nguyễn Thị Minh Nguyệt*, Vũ Mạnh Tường
Viện Công nghiệp gỗ, Trường Đại học Lâm nghiệp
TÓM TẮT
Công nghệ xử lý gỗ bằng nhiệt độ cao là công nghệ thân thiện với môi
trường và phù hợp trong việc cải thiện chất lượng gỗ. Tuy nhiên, trong
một số trường hợp gỗ xử lý nhiệt lại có tính chất cơ học thấp hơn so với
gỗ không xử lý. Nghiên cứu này đã tiến hành xử lý gỗ keo lai ở nhiệt độ
từ 210oC đến 230oC trong điều kiện môi trường có khí ni tơ (N2) bảo vệ
trong thời gian từ 2h đến 6h, đồng thời một số tính chất cơ học của gỗ keo
lai gồm: độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn tĩnh, độ ròn của gỗ trước và
sau khi xử lý cũng được xác định. Kết quả phân tích phương sai đa nhân
tố thể hiện, 3 nhân tố ảnh hưởng gồm nhiệt độ, thời gian, vị trí theo
phương ngang thân cây (gỗ dác, gỗ lõi) đều có ảnh hưởng rõ đến độ bền
uốn tĩnh và độ ròn của gỗ, tuy nhiên, các nhân tố này ảnh hưởng không
lớn đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian
xử lý đến các tính chất này không tồn tại ngoại trừ độ ròn của gỗ. Các
chỉ tiêu cơ học này của gỗ đều có xu hướng giảm khi tăng nhiệt độ và
thời gian xử lý.
Từ khóa: Độ bền cơ học,
gỗ keo lai, xử lý nhiệt
Effect of thermal treatment on some mechanical properties of Acacia
hybrid wood
High temperature treatment is an environmentally friendly method
suitable for improving the wood quality. However, in some cases, the
mechanical properties of heat - treated wood are decreased For studying
the impact of this method on acacia’s wood, In this study, the Acacia
hybrid wood was treated in nitrogen gas under laboratory conditions for
2 - 6h at 210oC - 230oC. The mechanical properties of treated wood,
including the modulus of rupture, modulus of elasticity and brittleness are
tested in parallel with untreated samples The results of analysis showed
that 3 factors including treatment temperature, treatment duration and
wood parts (sapwood and heartwood) have significant effects on the
modulus and brittlenessof high - temperature treated wood, howerver, these
factors have no effect on the modulus of elasticity. The sresults also showed
that these properties were reduced significantly by heat, but there is not
effect of temperature and duration on them, excluding the brittleness.
Keywords: Acacia hybrid
wood, thermal treatment,
wood strength
4285
Tạp chí KHLN 2016
Nguyễn Thị Minh Nguyệt et al., 2016(1)
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
bộ phận các thành phần cấu tạo gỗ như
xenlulo, hemixenlulo và lignin bị phân giải ở
mức độ nhất định do tác dụng của nhiệt độ cao
gây ra (Michiel J. Boonstra và Bôke
Tjeerdsma, 2006; G. H. Kim et al., 1998). Một
số nghiên cứu thể hiện, khi xử lý ở nhiệt độ
dưới 200oC trong thời gian ngắn có thể nâng
cao độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn
tĩnh của gỗ ở một mức độ nhất định, nhưng khi
tiếp tục kéo dài thời gian và nâng cao nhiệt độ
thì các tính chất này có xu hướng giảm xuống.
Mức độ giảm của chúng phụ thuộc rất lớn vào
nhiệt độ và thời gian xử lý. Với các công nghệ
xử lý khác nhau thì mức độ giảm của các tính
chất này không giống nhau. Ví dụ như: một số
chỉ tiêu cơ học của gỗ xử lý bằng công nghệ
ThermoWood giảm 10 - 30%, công nghệ
Xử lý nhiệt độ cao là phương pháp xử lý gỗ
trong điều kiện môi trường có chất bảo vệ nhất
định (không khí thường, hơi nước, khí trơ,...) ở
nhiệt độ từ 160oC đến 260oC. Gỗ sau khi được
xử lý bằng phương pháp này có độ ổn định
kích thước và khả năng chống chịu môi trường
cao hơn so với gỗ không xử lý (D. P. Kamdem
et al., 2002; D. Kocaefe et al., 2008). Với
những ưu điểm này cũng như tính thân thiện
với môi trường do trong quá trình xử lý không
sử dụng hóa chất nên thời gian gần đây
phương pháp này đã được ứng dụng ở nhiều
quốc gia trên thế giới, đặc biệt là ở các nước
Châu Âu như Hà Lan, Phần Lan, Pháp, Đức
(B. Esteves và H. Pereira, 2009).
Những năm gần đây ở nước ta cũng đã có một
số công trình nghiên cứu áp dụng phương pháp
xử lý để cải thiện độ ổn định kích thước của gỗ
rừng trồng, như: “Nghiên cứu ảnh hưởng của
xử lý nhiệt đến độ ổn định kích thước và màu
sắc của gỗ keo lai” của Vu Manh Tuong và
Jian Li (2010); “Xử lý nhiệt cho gỗ Keo lá
tràm đã qua xử lý chậm cháy” của Phạm Văn
Chương và Vũ Mạnh Tường (2013), “Nâng
cao độ ổn định kích thước cho gỗ Keo tai
tượng” của Trần Văn Chứ (Tran Van Chu,
2013), “Nâng cao khả năng chịu nước của gỗ
keo lai khi xử lý trong điều kiện có khí Ni tơ
bảo vệ” của Trần Văn Chứ và Vũ Mạnh
Tường (2015). Các kết quả nghiên cứu này
cho thấy tính ổn định kích thước của gỗ Keo lá
tràm, Keo tai tượng cũng như keo lai đều được
cải thiện rõ rệt.
PLATO giảm
5
-
18%, công nghệ
Retification và Perdure giảm 30 - 40% đồng
thời gỗ cũng trở nên ròn hơn (B. Esteves và H.
Pereira, 2009). Do nhược điểm này mà gỗ xử
lý nhiệt đã có những hạn chế nhất định đặc
biệt là khi sử dụng trong điều kiện chịu tải
trọng lớn.
Nhằm cung cấp thêm thông tin về ảnh hưởng
của công nghệ xử lý nhiệt đến các tính chất
của gỗ, nghiên cứu này tiến hành thí nghiệm
xử lý gỗ keo lai ở nhiệt độ từ 210oC đến 230oC
trong điều kiện môi trường có khí ni tơ (N2)
bảo vệ trong thời gian từ 2h đến 6h, đồng thời
đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian
đến một số tính chất cơ học của gỗ gồm: độ
bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn tĩnh và độ
ròn của gỗ sau khi xử lý.
Tuy có những ưu điểm nêu trên, nhưng khi áp
dụng công nghệ xử lý nhiệt độ cao cho gỗ
cũng có những hạn chế nhất định như ảnh
hưởng đến tính chất cơ học của gỗ, tính năng
gia công,... Gỗ sau khi xử lý nhiệt một số chỉ
tiêu cơ học có xu hướng giảm xuống do một
II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
- Gỗ keo lai 7 - 8 tuổi.
- Tiêu chuẩn lấy mẫu: ISO 3219 - 1975 Gỗ -
Yêu cầu và phương pháp cắt mẫu cho xác định
4286
Nguyễn Thị Minh Nguyệt et al., 2016(1)
Tạp chí KHLN 2016
tính chất cơ lý; (ISO 3133 - 1975) Gỗ - Xác Bảng 1. Ký hiệu và thông số thí nghiệm xử lý
nhiệt gỗ keo lai
định độ bền uốn tĩnh; ISO 3339 - 1975 Gỗ -
Xác định mô đun đàn hồi uốn tĩnh - Do gỗ keo
lai có dác và lõi phân biệt nên trong thí nghiệm
đã phân các mẫu gỗ Keo lai thành hai nhóm
gồm gỗ dác và gỗ lõi để đánh giá ảnh hưởng
của dác và lõi (vị trí theo chiều ngang thân
cây) đến tính chất gỗ sau khi xử lý nhiệt.
TT
1
Chế độ xử lý
Nhiệt độ (oC)
Thời gian (h)
ĐC
CĐ1
CĐ3
CĐ4
CĐ5
CĐ7
CĐ8
CĐ9
CĐ11
CĐ12
-
-
2
2
2
4
4
4
6
6
6
2
210
220
230
210
220
230
210
220
230
3
4
5
6
- Kích thước mẫu: Dọc thớ × Xuyên tâm ×
Tiếp tuyến = 300mm × 20mm × 20mm.
7
8
- Số lượng mẫu: 30 mẫu/chế độ xử lý.
9
10
- Độ ẩm gỗ trước khi xử lý: Độ ẩm thăng bằng
khoảng 12 - 15%.
Giai đoạn 3: Để nguội tự nhiên tới nhiệt
độ phòng.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
b. Xác định các tính chất cơ học của gỗ
a. Xử lý nhiệt
- Độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh
của gỗ được xác định theo các quy định trong
tiêu chuẩn quốc tế ISO 3133 - 1975 Gỗ - Xác
định độ bền uốn tĩnh và ISO 3339 - 1975 Gỗ -
Xác định mô đun đàn hồi uốn tĩnh - Độ ròn
của gỗ (brittleness) được xác định theo phương
pháp căn cứ vào diện tích của vùng biến dạng
dẻo và vùng biến dạng đàn hồi trong đồ thị
quan hệ giữa lực tác dụng và biến dạng của
mẫu thử để tính. Công thức tính độ ròn của gỗ
như sau:
Mẫu gỗ keo lai sau khi gia công theo kích
thước quy định được tiến hành xử lý trong tủ
sấy với sự bảo vệ của khí N qua các giai
đoạn sau:
Giai đoạn 1: Sấy gỗ tới khô kiệt ở nhiệt độ
103±2oC, thời gian 6 - 8 giờ.
Giai đoạn 2: Xử lý nhiệt độ cao cho gỗ ở nhiệt
độ 210oC đến 230oC, trong thời gian từ 2 giờ
đến 6 giờ. Các thí nghiệm được bố trí như
bảng 1.
Hình 1. Đồ thị quan hệ giữa lực tác dụng và biến dạng khi thử uốn
4287
Tạp chí KHLN 2016
Nguyễn Thị Minh Nguyệt et al., 2016(1)
nhiệt đến tính chất cơ học của gỗ keo lai,
nghiên cứu đã tiến hành xử lý gỗ keo lai ở
nhiệt độ từ 210oC đến 230oC trong điều kiện
môi trường có khí ni tơ (N2) bảo vệ trong thời
gian từ 2h đến 6h, đồng thời đã tiến hành xác
định các chỉ tiêu cơ học gồm: Độ bền uốn tĩnh,
mô đun đàn hồi uốn tĩnh và độ ròn của gỗ. Từ
kết quả thí nghiệm, nghiên cứu tiến hành phân
tích phương sai với 3 nhân tố là: nhiệt độ xử
lý, thời gian xử lý và vị trí trong thân cây (gỗ
aI
Br (%) =
×100
aI + aII
Trong đó: - Br - độ ròn (%), gỗ không còn tính
đàn hồi khi Br = 100%;
- aI - diện tích vùng biến dạng đàn
hồi;
- aII - diện tích vùng biến dạng dẻo.
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ và
thời gian xử lý nhiệt đến tính chất cơ học dác, gỗ lõi). Kết quả phân tích phương sai thể
của gỗ
hiện trong các bảng 2, 3 và 4.
Nhằm đánh giá ảnh hưởng của điều kiện xử lý
Bảng 2. Kết quả phân tích phương sai đối với độ bền uốn tĩnh gỗ keo lai xử lý nhiệt
Nhân tốa Tổng bình phương Độ tự do Tổng trung bình bình phương
F
P
Ảnh hưởng b
T
τ
1361,54
1955,95
4504,70
634,19
2
2
1
4
680,77
977,98
4504,70
158,55
4,38
6,29
0,0162
0,0031
*
*
WP
T × τ
28,97 0,0000
1,02 0,4033
*
X
Ghi chú: a T - nhiệt độ xử lý; τ - thời gian xử lý; WP - vị trí theo chiều ngang thân cây (gỗ dác và gỗ lõi);
b α = 0,05; * - rõ; X - không rõ.
Bảng 3. Kết quả phân tích phương sai đối với mô đun đàn hồi uốn tĩnh gỗ keo lai xử lý nhiệt
Nhân tốa Tổng bình phương Độ tự do Tổng trung bình bình phương
F
P
Ảnh hưởng b
T
τ
4,247
5,528
60,740
1,751
2
2
1
4
2,12
2,76
1,56
2,03
0,2169
0,1386
X
X
*
WP
T × τ
60,74
0,44
44,68 0,0000
0,32 0,8623
X
Ghi chú: a T - nhiệt độ xử lý; τ - thời gian xử lý; WP - vị trí theo chiều ngang thân cây (gỗ dác và gỗ lõi);
b α = 0,05; * - rõ; X - không rõ.
Bảng 4. Kết quả phân tích phương sai đối với độ ròn gỗ keo lai xử lý nhiệt
Nhân tốa Tổng bình phương Độ tự do Tổng trung bình bình phương
F
P
Ảnh hưởng b
T
τ
4518,257
4531,990
0,149
2
2
1
4
2259,13
2265,99
0,15
49,81
49,96
0,00
2,77
0,0000
0,0000
0,9544
0,0339
*
*
WP
T × τ
X
*
502,514
125,63
Ghi chú: a T - nhiệt độ xử lý; τ - thời gian xử lý; WP - vị trí theo chiều ngang thân cây (gỗ dác và gỗ lõi);
b α = 0,05; * - rõ; X - không rõ.
4288
Nguyễn Thị Minh Nguyệt et al., 2016(1)
Tạp chí KHLN 2016
Từ các bảng 2, 3 và 4 có thể thấy, ở mức độ tin
cậy α = 0, 05, ba nhân tố ảnh hưởng trong thí
nghiệm gồm nhiệt độ xử lý, thời gian xử lý và
vị trí theo chiều ngang thân cây có ảnh hưởng
nhất định đến các chỉ tiêu cơ học của gỗ keo
lai. Cụ thể, đối với độ bền uốn tĩnh, 3 nhân tố
đều gây ảnh hưởng rõ rệt, tuy nhiên ảnh hưởng
đồng thời giữa nhiệt độ và thời gian xử lý (T ×
τ) không rõ rệt. Nhiệt độ và thời gian xử lý
không gây ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi uốn
tĩnh, mà mô đun đàn hồi uốn tĩnh chỉ chịu ảnh
hưởng bởi vị trí gỗ theo chiều ngang thân cây
(gỗ dác và gỗ lõi). Độ ròn của gỗ sau xử lý
chịu ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ xử
lý, nhưng không chịu ảnh hưởng bởi vị trí lấy
mẫu gỗ.
3.2. Biến đổi tính chất cơ học gỗ keo lai theo
các nhân tố ảnh hưởng
a. Độ bền uốn tĩnh
Kết quả xác định độ bền uốn tĩnh của gỗ trước
và sau xử lý thể hiện, khi nhiệt độ thời gian
tăng lên, thời gian xử lý dài thì độ bền uốn tĩnh
của gỗ có xu hướng giảm xuống, mức độ giảm
độ bền uốn tĩnh khá lớn. Ở tất cả các chế độ xử
lý, giá trị trung bình độ bền uốn tĩnh của gỗ xử
lý nhiệt đều thấp hơn so với mẫu không xử lý.
Độ bền uốn tĩnh của gỗ giảm nhiều nhất có thể
lên trên 40% ở nhiệt độ xử lý 230oC trong thời
gian 6h (hình 2).
Hình 2. Độ bền uốn tĩnh của gỗ keo lai trước Hình 3. Độ bền uốn tĩnh của gỗ dác và gỗ lõi
và sau xử lý nhiệt ở các điều kiện khác nhau
gỗ keo lai xử lý nhiệt
Hình 3 thể hiện độ bền uốn tĩnh của gỗ dác và
gỗ lõi gỗ keo lai trước và sau khi xử lý nhiệt.
Từ hình 3 có thể thấy, gỗ keo lai không xử lý
có độ bền uốn tĩnh gỗ dác lớn hơn một chút so
với gỗ lõi. Sau khi xử lý giá trị này cũng giảm
xuống một cách tương ứng, tuy nhiên có thể
quan sát thấy mẫu gỗ của phần gỗ lõi có độ
bền uốn tĩnh giảm nhiều hơn một lượng nhỏ so
với phần gỗ dác. Độ bền uốn tĩnh của mẫu sau
khi xử lý nhiệt so với gỗ không xử lý của gỗ
dác giảm 52%, gỗ lõi giảm 57%.
b. Mô đun đàn hồi uốn tĩnh
Từ hình 4 và hình 5 ta thấy, khi nhiệt độ và
thời gian xử lý tăng lên, ở một số chế độ xử lý
mô đun đàn hồi uốn tĩnh giảm so với gỗ không
xử lý. Tuy nhiên, kết quả phân tích phương sai
đã chứng minh, ngoài ảnh hưởng của gỗ dác
và gỗ lõi, các nhân tố ảnh hưởng xem xét trong
thí nghiệm gồm nhiệt độ xử lý và thời gian xử
lý đều không gây ảnh hưởng đến mô đun đàn
hồi uốn tĩnh của gỗ Keo lai.
4289
Tạp chí KHLN 2016
Nguyễn Thị Minh Nguyệt et al., 2016(1)
Hình 4. Mô đun đàn hồi uốn tĩnh
của gỗ keo lai trước và sau xử lý nhiệt
ở các điều kiện khác nhau
Hình 5. Mô đun đàn hồi uốn tĩnh của gỗ dác
và gỗ lõi gỗ keo lai xử lý nhiệt
lý tăng lên độ ròn của gỗ tăng lên (hình 6).
Tuy nhiên, giá trị trung bình độ ròn của gỗ dác
và gỗ lõi sau khi xử lý nhiệt gần như không có
sự khác biệt. Tỉ lệ thay đổi độ ròn của gỗ dác
và gỗ lõi tương đương nhau (hình 7).
c. Độ ròn
Gỗ sau khi xử lý nhiệt trở nên ròn hơn. Ở tất
cả các chế độ xử lý, độ ròn của gỗ keo lai đều
tăng lên rõ rệt. Giá trị lớn nhất có thể tăng từ
10% tới trên 70%. Khi nhiệt độ và thời gian xử
Hình 6. Độ ròn của gỗ keo lai trước và sau Hình 7. Độ ròn của gỗ dác và gỗ lõi gỗ keo lai
xử lý nhiệt ở các điều kiện khác nhau
xử lý nhiệt
Các nhân tố ảnh hưởng gồm nhiệt độ, thời gian
xử lý và vị trí theo chiều ngang thân cây (gỗ
dác, gỗ lõi) ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh và
độ ròn của gỗ, tuy nhiên, không ảnh hưởng lớn
đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh của gỗ. Cụ thể,
IV. KẾT LUẬN
Gỗ keo lai sau khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ từ
210oC đến 230oC trong điều kiện môi trường
có khí N2 bảo vệ trong thời gian từ 2h đến 6h
có độ bền cơ học thay đổi khá rõ so với gỗ
không xử lý.
4290
Nguyễn Thị Minh Nguyệt et al., 2016(1)
Tạp chí KHLN 2016
độ bền uốn tĩnh có thể giảm tới 40%, độ ròn công nghệ phù hợp sao cho vừa có thể tăng
tăng từ khoảng 10% lên 70%.
tính ổn định kích thước nhưng độ bền cơ học
của gỗ sau khi xử lý vẫn ở mức độ cho phép
trong ứng dụng cụ thể. Ngoài ra, do gỗ dác và
gỗ lõi cũng có ảnh hưởng nhất định đến độ bền
cơ học nên khi sản xuất hoặc sử dụng cũng
nên xem xét nhân tố này để tiến hành phân cấp
chất lượng sản phẩm gỗ xử lý nhiệt.
Kết quả nghiên cứu này cho thấy, cho dù công
nghệ xử lý nhiệt có thể áp dụng để nâng cao
tính ổn định kích thước, khả năng chịu ẩm,...
nhưng nó cũng làm cho độ bền cơ học của gỗ
giảm. Do đó, để áp dụng vào sản xuất thực tiễn
cần tiếp tục nghiên cứu để lựa chọn thông số
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Văn Chứ và Vũ Mạnh Tường, 2015. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến khả năng chịu ẩm của gỗ keo lai,
nông thôn (262): 128 - 132.
2. Phạm Văn Chương và Vũ Mạnh Tường, 2013. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến một số tính chất vật lý của gỗ
Keo lá tràm đã xử lý chậm cháy, Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2): 87 - 92.
3. Michiel J. Boonstra và Bôke Tjeerdsma, 2006. Chemical analysis of heat treated softwoods, Eur. J. Wood Wood
Prod. 64(3): 204 - 211.
4. Tran Van Chu, 2013. Improvement of Dimensional Stability of Acacia mangium Wood by Heat Treatment: A
Case Study of Vietnam, Journal of Forest Science 29(2): 109 - 115.
5. B. Esteves và H. Pereira, 2009. Wood modification by heat treatment: A review, Bioresources 4(1): 370 - 404.
6. D. P. Kamdem, A. Pizzi, và A. Jermannaud, 2002. Durability of heat - treated wood, European Journal of Wood
and Wood Products 60(1): 1 - 6.
7. G. H. Kim, K. E. Yun, và J. J. Kim, 1998. Effect of heat treatment on the decay resistance and the bending
properties of radiata pine sapwood, Material Und Organismen 32(2): 101 - 108.
8. D. Kocaefe, J. L. Shi, D. Q. Yang, và M. Bouazara, 2008. Mechanical properties, dimensional stability, and
mold resistance of heat - treated jack pine and aspen, Forest Products Journal 58(6): 88 - 93.
9. L. X. Phuong, S. Shida, và Y. Saito, 2007. Effects of heat treatment on brittleness of Styrax tonkinensis wood,
Journal of Wood Science 53(3): 181 - 186.
10. Vu Manh Tuong và Jian Li, 2010. Effect of heat treatment on the change in color and dimensional stability of
acacia hybrid wood, BioRes. 5(2): 1257 - 1267.
Người thẩm định: GS.TS. Hà Chu Chử
4291
7 trang
15/01/2024
10680
Free
Bạn đang xem tài liệu "Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến một số tính chất cơ học gỗ keo lai", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- anh_huong_cua_xu_ly_nhiet_den_mot_so_tinh_chat_co_hoc_go_keo.pdf
