Công nghiệp chế biến gỗ

1. Chế biến gỗ là khâu sản xuất quan trọng

Nói chung gỗ tròn chỉ sử dụng nguyên dạng trong một số trường hợp nhất định như làm cột điện, gỗ trụ mỏ…còn phần lớn gỗ tròn đều phải qua chế biến mới sử dụng được.

Chế biến gỗ là quá trình chuyển hóa gỗ nguyên liệu dưới tác dụng của thiết bị, máy móc hoặc công cụ, hóa chất để t ạo thành các sản phẩ m có hình dáng, kích thước, thành phần hóa học làm thay đổi hẳn so với nguyên liệu ban đầu.

Chỉ qua chế biến gỗ tròn mới thành hàng loạt các sản phẩm thỏa mãn mọi nhu cầu của nề n kinh tế quốc dân và đời sống xã hội. Thông qua hoạt động chế biến gỗ sẽ đẩy mạnh việc sử dụng gỗ hợp lý, đúng mục đích, tránh sử dụng lãng phí, gỗ tốt, gỗ to vào những trường hợp không c ần thiết, từ đó nâng cao tỉ lệ sử dụng gỗ. Qua chế biến còn có thể nâng cao chất lượng gỗ, kéo dài sức bền tự nhiên và thời gian sử dụng gỗ. Chế biế n gỗ còn cho phép t ận dụng phế liệ u trong khâu khai thác, chế biến thành các sản phẩm hữu ích. Cuối cùng chế biến gỗ còn có tác dụng giảm được khối lượng vận chuyển, tiết kiệm được xăng dầu do số lượng sản phẩm sau chế biến giảm khoảng 30-40% so với lượng nguyên liệu.

phương pháp chế biến gỗ

Theo phương pháp chế biến, người ta chia chế biến gỗ thành 2 loại hình chế biến:

• Chế biến theo phương pháp cơ giới kết hợp với kỹ thuật số (KTS) và chế biến gỗ theo phương pháp hóa học. Tuy nhiên cách phân loại như vậy không phải là tuyệt đối, vì trong một số loại hình chế biến theo phương pháp cơ giới cũng có quá trình xử lý bằng hóa học và trong loại hình chế biến hóa học cũng có quá trình xử lý bằng cơ giới.
• Chế biến gỗ bằng phương pháp cơ giới kết hợp với KTS. Trong quá trình chế biến gỗ chỉ thay đổi kích thước và hình dáng mà thôi, còn kết cấu và thành phần hóa học của gỗ không thay đổi: chế biến gỗ bằng cơ giới gồm các ngành chính sau:

2. Kỹ thuật xẻ gỗ

Nguyên liệ u là gỗ tròn, gỗ hộp, qua các khâu xẻ phá, xẻ lại, r ọc rìa, cắt ngắn… để tạ o ra sản phẩ m là các loại gỗ hộp, gỗ ván.. có qui cách, kích thước nhất định. Đây là loạ i hình chế biến gỗ c ơ giới đơn giản nhất. Trong xưởng chế biến gỗ, phân xưởng xẻ được xây dựng đầu tiên. Các loạ i thiết bị được sử dụng trong xưởng xẻ là: cưa vòng nằ m, cưa vòng đứng, cưa sọc, cưa đĩa. Với điề u kiện nướ c ta máy cưa vòng đứng là thi ết bị có ưu điểm nhấ t vì có thể xoay l ật được gỗ, xẻ gỗ theo sơ đồ mạch xẻ khác nhau , mạch xẻ hẹp nên bảo đả m được chất lượng gỗ xẻ, nâng cao tỉ lệ thành khí và dễ cơ giớ i hóa. Máy cưa vòng nằ m có nhược đi ểm chiếm diện tích lớn, chất lượng mạch xẻ không cao và khó cơ giới hóa, máy cưa sọc tuy có ưu điểm có thể hoàn thành nhiều mạch xẻ tốt, giảm đượ c cường độ lao động nhưng hao t ổn gỗ do mạch c ưa lớn và chỉ thích h ợp với gỗ có đườ ng kính lớn. Máy cưa đĩa chỉ đượ c dùng để xẻ l ại và dọc rìa cắt ngắ n để hoàn chỉnh sản phẩm, để nâng cao năng suất cưa đĩa có thể dùng máy 2 lưỡi hoặc cưa đĩa nhiều lưỡi.

kỹ thuật xẻ gỗ

Để sả n xuấ t 1 m³ gỗ xẻ bình quân cần khoảng: 1,6 m³ gỗ tròn, 15-20 KWh điện, còn 1m³ gỗ xẻ xuất khẩu cần 2,5-3,3 m³ gỗ tròn (Theo tiêu chuẩn 10 CP ).

3. Công nghệ sấy gỗ

Trong công nghiệp chế biến gỗ, sấy gỗ là một khâu công nghệ rất quan trọng, quyết định chất lượng sản phẩm gỗ, đặc biệt là sản phẩm xuất khẩu với những yêu cầu khắt khe về chất lượng.

Gỗ sau khi xẻ có độ ẩm cao thường là 80%, có khi đến 100%. Mục đích của việ c sấy gỗ nhằ m giảm độ ẩm của gỗ xẻ xuống còn từ 8 -14%, từ đó nâng cao được cường độ, độ bền của gỗ, hạn chế cong, vênh, nứt nẻ, mục, mọt, nấm, mốc, biến chất, giảm độ dư gia công và có thể dự trữ trong kho.

công nghệ sấy gỗ

Có thể chia phương pháp sấy gỗ thành 2 nhóm: sấy tự nhiên và sấy cưỡng bức.

• Phương pháp sấy tự nhiên (hong phơi): tạo điều kiện thuận lợi cho gỗ khô tự nhiên trong môi trường không khí bình thường kết hợp các biện pháp hạn chế các khuyết tật có thể xảy ra (cong, vênh, nứt nẻ, mục, mọt, nấm, mốc). Đây là phương pháp sấy đơn giản và được sử dụng làm phương pháp tiền sấy cho sấy công nghiệp.
• Phương pháp sấy cưỡng bức có thể nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất, phù hợp sản xuất công nghiệp, bao gồm các phương pháp: sấy cao tần, sấy chân không, sấy hơi nước, sấy ngưng tụ ẩm, sấy chân không, sấy năng lượng mặt trời và một số công nghệ sấy mới khác hẳn phương pháp sấy thông thường như EDS, biến đổi lignhin … Đối với Việt Nam, phương pháp sấy hơi nước là phù hợp và phổ biến nhất.

Thường phân xưởng sấy gỗ được đặ t trong xưở ng chế biế n cạnh phân xưởng xẻ. Bình quân để sấy 1m³ gỗ thành phẩm cần 28-35 KWh điện, 1,5-2,5 m³ nước, 0,5 tấn hơi nước.

4. Kỹ thuật bảo quản gỗ

Thành phần hoá học của gỗ chủ yếu là các hợp chất hữu cơ như xenlulô, hêmixenlulô, lignhin, vì vậy gỗ dễ bị côn trùng, nấm mốc phá hoại. Trong các điều ki ện không khí như: nhiệt độ (15-28⁰C), độ ẩ m (80- 90%) và đi ều kiện độ ẩm gỗ (20- 50%)… phù hợp, các loại nấm, côn trùng phát tri ển nhanh , hạ i gỗ và làm gi ảm tính chất của gỗ. Do vậy phải tiến hành bảo quản gỗ bằng các biệt pháp kỹ thuật và hoá chất khác nhau, nhằm nâng cao giá trị sử dụng của gỗ.

kỹ thuật bảo quản gỗ

Các loại thuốc bảo quản gỗ thường dùng:

• Chống mọt hại gỗ: Kantiborer 10 EC, Celcide 10EC, Cislin 25 EC ( nhập ).
• Chống nấm mốc mục, côn trùng hại gỗ, song mây Celbor 90 SP, PCC 100 bột, XM 500 bột.

– Chống mục cho tà vẹt: Dầu Creosote

Có thể sử dụng các phương pháp sau:

• Phun quét bề mặt
• Ngâm tẩm trong bể.
• Ngâm tẩm chân không: theo phương pháp tế bào đầy hoặc tế bào rỗng.

Phương pháp tế bào đầy (P/p Bethell): Dùng chân không hút hết không khí trong gỗ ra rồi dùng bơm nén bơm mạnh thuốc bảo quản vào gỗ dưới áp lực mạnh. Nếu cắt gỗ tẩm quan sát thấy ruột tế bào thấm đầy thuốc.

Phương pháp tế bào kép ( Pp Ruping ): Bơm không khí vào gỗ sau đó dùng áp lực mạnh nén thuốc vào không khí ở trong gỗ bị nén lại. Đưa áp lực về bình thường, không khí bị nén lúc đó sẽ dãn ra làm thuốc bị đẩy ra. Cắt gỗ ngâm, quan sát thấ y thuốc chỉ bám trên thành tế bào, nên thuốc dùng ít hơn mà tác dụng chống sâu mọt tốt hơn. Có thể sử dụng phương pháp Ruping kép lập lại chu trình tẩm 2 lần và sử dụng thuốc nóng ở nhiệt độ cao để đưa thuốc ngấm vào nhiều hơn.

5. Công nghệ sản xuất đồ mộc

Đồ mộc được sản xuất theo các công đoạn gia công chính sau:

• Nguyên liệu gỗ tự nhiên

Gỗ tròn → Cắt Gia công chi tiết →

• Xử lý khuyết tật bề mặt sản phẩm →

khúc → Xẻ gỗ (pha phôi) → Ngâm tẩm hoá chất bảo quản → Sấy gỗ → Tạo các mối liên kết (đục mộng, khoan lỗ chốt, đinh vít…) → Đánh bóng bề mặt → Lắp ráp hoàn chỉnh → Sơn phủ (trang sức bề mặt) → Sấy khô Đóng gói → Nhập kho.

Công nghệ sản xuất đồ mộc

• Các bước công nghệ sản xuất đồ mộc từ ván nhân tạo B₁: Thiết kế mẫu

B₂: Chuẩn bị, kiểm tra nguyên liệu ván nhân tạo

B₃: Tạo chi tiết theo thiết kế (bản vẽ)

B₄: Phay rãnh, mộng, tạo hoa văn, đường nét…, khoan lỗ liên kết bằng vít, chốt, bản lề, ổ khoá…

B₅: Lắp ráp các chi tiết

B₆: Sơn phủ, sấy khô bề mặt sản phẩm

B₇: Đóng gói, nhập kho

6. Sự ra đời ngành công nghiệp sản xuất ván nhân tạo

Gỗ tự nhiên có ưu điểm nhẹ , dễ gia công, có khả năng cách âm, nhiệt, điện nhưng có một số nhược điểm như tính chất không đồng đều theo các hướng, dễ cháy, mục, mọt, thay đổi hình dạng và kích thước theo độ ẩm, nhiệt, chiều rộng ván xẻ bị hạn chế bở i đường kính thân cây gỗ… Để khắc phục những nhược điểm trên, nhờ những thành tựu của công nghiệp hoá chất đã tạo ra các loại keo dán, loài người đã nghiên cứu sử dụng gỗ rừng tr ồng và các loại phế liệu nông nghiệ p sản xuất ra các loại ván nhân tạo như ván dán (nửa cuối thế kỷ 19), ván sợi (năm 1929), ván dăm ( năm 1941).

6.1. Ván dán

Khái niệm: Ván dán là sản phẩm dạ ng tấm phẳng được tạo thành b ằng cách dán ép nhiều lớp ván mỏng theo chiều vuông góc thớ gỗ với nhau, nhờ chất kết dính trong những điều kiện áp suất, nhiệt độ, thời gian ép nhất định.

Ván dán được sản xuất theo các công đoạn sau:

• Xử lý nguyên liệu gỗ tròn: Bóc vỏ, làm sạch, cắt khúc, xử lý nhiệt ẩm (hấp luộc gỗ).
• Sản xuất ván mỏng theo phương pháp bóc hoặc lạng.
• Cắt ván mỏng theo kích thước phù hợp kích thước sản phẩm.
• Sấy ván mỏng đạt độ ẩm phù hợp yêu cầu công nghệ, thông thường khoảng 7-12%.
• Phân loại ván mỏng theo chất lượng và mục đích sử dụng.
• Vá, ghép nối các tấm ván mỏng bị mục, rách, hụt kích thước.
• Tráng keo: phổ biến dùng keo Urea-Formaldehyde và Phenol- Formaldehyde.
• Xếp các tấm ván mỏng đã được tráng keo thành các chồng ván mỏng phù hợp kết cấu sản phẩm.
• Ép sơ bộ với mục đích tăng chất lượng sản phẩm và tăng năng suất máy ép chính (máy ép nhiệt).
• Dán ép ván theo các phương pháp: Khô-lạnh (còn gọi là ép nguội); khô-nhiệt; nhiệt-ẩm.
• Xử lý nhiệt ẩm với mục đích cân bằng nhiệt ẩm của vánvới môi trường.
• Xử lý kích thước, bề mặt ván (rọc rìa, đánh nhẵn bề mặt).
• Đóng gói, nhập kho.

Thông thườ ng ván dán là sản phẩm dạng t ấm phẳng gồm 3 hoặc nhiề u l ớp ván mỏng dán vuông góc chiề u thớ với nhau. Bề dày của ván thường là 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 13; 15; 18; 24 mm.

Khối lượng thể tích ván dán thường lớn hơn khối lượng gỗ nguyên liệu từ 18-20%, thường ván dán có khối lượng riêng 0,6-0,8 g/cm³.

Ván dán được chia theo mục đích sử dụng như sau:

Ván dán dùng trong nhà ký hiệu INT (interior)

Ván dán chịu ẩm ký hiệu MR (moisture-resistant)

Ván dán dùng trong xây dựng thường là WB (Weather Boiling), ván dán chịu nhiệt, ẩm môi trường ký hiệu WBP ( weather boiling proof).

Ván dán thường được sử dụng rộng rãi để đóng đồ mộc, bao bì, dùng trong xây dựng, làm toa xe, đóng tàu thuyền…

Ngoài ra còn có loại ván dán đặc biệt nhiều lớp để làm thoi dệt, ván cốt pha, làm đồ mộc cao cấp (được phủ bằng ván lạng hoặc focmica).

Trung bình, để sản xuấ t 1 m³ ván dán cần khoảng 2,4-2,7 m³ gỗ tròn, 98 kwh điện, 3,1 tấn hơi nước, 1m³ nước, 100 kg keo Urea-Formaldehyde hàm lượng khô 50%.

Ưu điểm của gỗ dán là tiết kiệm và nâng cao được tỷ lệ lợ i dụng gỗ: cứ 1m³ gỗ dán 3 lớp 4mm có diện tích sử dụng là 250m² , nên có thể thay thế được 4 m³ ván tự nhiên dầy 1,5 cm. Để sản xuất 1 m³ gỗ dán cần 2,4 m³ gỗ tròn, trong khi để có 4m³ ván thiên nhiên cần tới 6 m³ gỗ tròn.

Tuy nhiên s ản xuất gỗ dán cần đáp ứng một số yêu cầu nhất định về đườ ng kính gỗ tròn, chủng loạ i gỗ để đảm bảo chất lượng ván, trong khi tài nguyên rừng tự nhiên nước ta đang bị suy giảm nhi ều c ả về chất lượng và số lượng, nên ngành công nghiệp sản xuất ván dán ở nước ta chưa phát triển.

6.2. Ván dăm

• Khái niệm: Ván dăm là loại ván được tạo thành bằng cách dán ép các dăm gỗ hoặc thực vật chứa xellulo nhờ chất kết dính trong những điều kiện áp suất, nhiệt độ, thời gian ép nhất định.
• Ván dăm được sản xuất theo các công đoạn sau:

Chuẩn bị và xử lý nguyên liệu gỗ → chuẩn bị dăm (sản xuất dăm) → tuyển chọn dăm → sấy dăm → trộn keo → trải thảm → ép sơ bộ → ép nhiệt → xử lý cuối cùng.

Ván dăm được chia làm 3 loại theo khối lượng thể tích (γ):

Loại nhẹ γ < 0,4 g/cm³; loại trung bình γ = 0,4-0,8 g/cm³; lọai nặng γ > 0,8 g/cm³.

Nguyên liệu là gỗ rừng trồng hoặc phế liệu, có thể sản xuất ván dăm dưới dạng tấm 1 lớp hoặc 3 lớp (lớp giữa là dăm thô, hai lớp mặt là dăm mịn) hoặ c ép khuôn thành sản phẩm có hình dạng nhấ t định như: cánh cửa, mặt bàn, mặt ghế… Ván dă m có thể được phủ mặt trang trí bằng gỗ lạ ng, foocmica … Ván dăm thườ ng được dùng để sản xuất đồ mộc (tỷ lệ thành phẩm khoảng 80-90%), dùng trong kiến trúc, đóng hòm, bao bì…

Để sả n xuất 1 m³ ván dăm bình quân c ần 1,4-1,7 m³ gỗ rừng trồng, 200-220 kwh điệ n, 2,1-2,2 tấn hơi, 1,5 m³ nước, 90-100 kg keo hàm lượng khô 50%, 8-10 kg chất chống ẩm, 2 kg chất đóng rắn clorua amôn (NH₄Cl).

6.3. Ván sợi

Khái ni ệm: Ván sợi là loại ván được tạo thành bằng cách dán ép các sợi gỗ hoặc sợi thực vật, phụ gia theo phương pháp ướt, khô hoặc nửa khô

Ván sợi được chia làm 3 loại theo khối lượng thể tích (γ):

Ván sợi mềm (xốp) γ < 0,4 g/cm³ được dùng làm vật liệu cách âm, cách nhiệt.

Ván sợi có khối lượng thể tích trung bình (MDF) γ = 0,5-0,8 g/cm³ được dùng để sản

xuất đồ mộc.

Ván sợi cứng γ = 0,8 – 1,1 g/cm³ được dùng làm vật liệu chịu lực.

Nguyên liệu là gỗ rừng trồng, tre nứa hoặ c phế liệu, có sợi xenlulô. Trong quá trình sản xuất, ván sợi được hình thành bởi phương pháp chính sau:

• Phương pháp ướt: Dùng nước để nghiền gỗ thành sợi theo nguyên tắc nghiền bột giấy, lượng nước dùng rất nhiều có thể 70 tấn nước/1 tấn ván sợi.

Công nghệ sản xuất ván sợi ướt gồm các công đoạn sau:

Hơi nước quá nhiệt hoặc kiềm lạnh

Nguyên liệu → Băm dăm → Hoá mềm → Nghiền bột (kiểu Hà Lan) → Trộn keo → Lên khuôn thành hình → Ép ván → sản phẩm.

Sả n phẩm tạo thành có thể là ván sợi ép cứng thông qua quá trình ép nhiệt hoặc là ván sợi xốp sau khi sấy khô (không cần ép nhiệt). Ván sợi cứng có khối lượng thể tích lớn, độ bền

kéo, nén cao nên được sử dụng trong xây dựng, sản xuất đồ mộc…Còn ván sợi xốp thường được dùng làm vật liệu cách âm, cách nhiệt.

• Phương pháp khô: Dùng máy nghiền nhiệt, tại đây đồng thời xảy ra hai quá trình hoá mềm dăm gỗ và quá trình nghiền tách dăm gỗ thành sợi ở nhiệt độ cao 160-180^o C nên quá trình sản xuất đơn giản, gọn nhẹ, hiệu suất thu sợi cao, kết cấu sợi đồng đều và hoàn chỉnh. Do có nhiều ưu điểm nên hiện nay người ta thường dùng phương pháp khô để sản xuất ván sợi.
• Ván sợi (MDF) được sản xuất theo phương pháp khô qua các công đoạn sau:

Chuẩn bị và xử lý nguyên liệu gỗ → băm dăm → sàng dăm → rửa dăm → hấp dăm → nghiền sợi (trộn keo) → sấy sợi → trải thảm → ép sơ bộ → cắt tấm → ép nhiệt → xử lý kích thước, bề mặt ván (rọc cạnh, đánh nhẵn bề mặt ván) → đóng gói, nhập kho.

Ván sợi có cấu t ạo và tính chất đồng đều theo mọi hướng, bề mặt nhẵn mịn nên có thể gia công cưa, c ắt, đục mộng, xẻ rãnh, chạ m khắc, phay… trang trí trực tiếp bằ ng sơn hoặc phủ bằng ván lạ ng, focmica. Hiện nay một số nước phát triển đã sản xuất ván sợi kết hợ p trang trí bề mặt, tạo hoa văn, định hình, định vị các mối liên kết ngay trong quá trình ép ván.

Để sản xuất 1 m³ MDF bình quân cần khoảng: 1,8-2 m³ gỗ, 700 kwh điện, 1,3 m³ nước, 3,3 tấn hơi, 80-100 kg keo hàm lượng khô 50%, 10 kg parafin, 1,7 – 2 kg chất đóng rắn NH₄Cl.

6.4. Chế biến gỗ bằng phương pháp hóa học

Trong quá trình chế biến phát sinh các phản ứng hóa học, thành phần hóa học gỗ bị thay đổi tạo thành các sản phẩm khác không còn là chất gỗ.

Có 2 lọai hình chế biến hóa học:

– Nhiệt phân gỗ:

Sử dụng phế liệu trong khâu chế biến hoặc ở khu khai thác, tiến hành phân giải gỗ ở nhiệt độ cao ( 100-1000^oC).

Nếu quá trình nhiệt phân gỗ xảy ra không có không khí gọi chưng khô gỗ, sẽ thu được than hầm và các loại axit axêtic CH₃COOH, rượu mêthylic CH₃OH, hắc ín…

Nế u tiến hành chưng khô gỗ đơn giản, không có bộ phận thu hồi hóa chất, chỉ có lò hầm than thủ công, gọi là đốt than. Tỷ lệ than thu được từ 16 -20% lượ ng gỗ, nế u đốt gỗ lim lượng than thu được nhiều hơn gỗ tạp. Bình quân lượng than thu được khoảng: 60kg/ ster củi tạp, 120 kg/ ster củi hồng sắc và thiết mộc.

Nế u nhiệt phân gỗ có lưu thông không khí gọi là khí hóa gỗ sẽ tạo thành gas cháy được, ngoài ra còn thu được than, axit, hắc ín.

– Thủy phân gỗ:

Sử dụng phế liệ u gỗ (kể cả mùn cưa) dùng axit sulfuric H₂SO₄ hoặ c H₂SO₃, để thủy phân gỗ tạo thành các hóa chấ t có giá trị như glucose C₆ H₁₂O₆, rượu êthylic C₂H₅OH, furfurol (C₅H₁₀O₅), cacbonic CO₂, các loại men thức ăn gia súc.

Rượu êthylic dùng làm dung môi, chất đốt, chế cao su tổng hợp. Furfurol là nguyên liệu quí để tổng hợ p ni lông, chất dẻo, dùng trong công nghiệp khai thác dầu. Khí Các bonic CO₂ dùng làm mưa nhân tạo, CO₂ đặc dùng trong máy sinh hàn.

Thường người ta sử dụng cây lá kim, bã mía để sản xuất cồn, cây lá rộng, lõi ngô để sản xuất Furfurol.