Waygo

BẢN CHẤT CỦA VẬT LIỆU GỖ

Gỗ là một vật liệu hút nước; gỗ sẽ tự gia giảm độ ẩm tương ứng với các thay đổi về độ ẩm của môi trường. Tính hút ẩm là một trong những đặc tính khác biệt nhất của gỗ so với các loại vật liệu khác. Tất cả mọi sản phẩm gỗ đều luôn hút ẩm vào hoặc nhả ẩm ra môi trường xung quanh cho đến khi gỗ đạt đến điểm Độ ẩm Cân bằng (EMC). Tại điểm này, độ ẩm gỗ và độ ẩm môi trường cân bằng với nhau và gỗ sẽ ngừng quá trình hút/nhả ẩm.

Việc sấy gỗ là một trong những công đoạn quan trọng nhất của chế biến gỗ để có thành phẩm gỗ bền. Việc gia công, dán keo và hoàn thiện gỗ cũng không thể thực hiện được khi mà độ ẩm của gỗ chưa được hạ xuống đến một mức phù hợp nhất định. Thông thường, các loại gỗ đem vào gia công ra thành phẩm gỗ thường có độ ẩm từ 9% đến 15%, tùy theo từng loại gỗ và mục đích sử dụng của sản phẩm gỗ thành phẩm.

Các lợi ích khác của quá trình sấy còn bao gồm việc giảm khối lượng, tăng sức bền cơ học và chống được các tác nhân sinh học như nấm mốc và côn trùng.

Các hư hỏng đối với gỗ (nứt, cong, vênh v.v…) trong quá trình sấy thường xảy ra do sự mất cân bằng về ứng suất gỗ trong quá trình gỗ giảm dần độ ẩm. Bài viết này đề cập đến các hư hỏng gỗ hay xảy ra trong suốt quá trình sấy gỗ, nguyên nhân của chúng và cách khắc phục.

SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ỨNG SUẤT BÊN TRONG GỖ TRONG QUÁ TRÌNH SẤY

Trong suốt quá trình sấy gỗ từ gỗ tươi ra đến gỗ bán thành phẩm, có các giai đoạn quan trọng liên quan đến ứng suất gỗ như sau.

GIAI ĐOẠN 1

Gỗ còn tươi đưa vào sấy có độ ẩm bên ngoài và bên trong bằng với nhau. Ở tình trạng này, gỗ không chịu ứng suất nào, do đó tình trạng hư hỏng không xảy ra khi gỗ còn tươi. Ngay khi gỗ bắt đầu khô, phần ngoài của thanh gỗ sẽ đạt đến mức độ ẩm < điểm cân bằng thớ gỗ, thường là khoảng 25-30%, trong khi phần bên trong thanh gỗ chưa đạt đến điểm này.

Điểm cân bằng thớ gỗ là mức độ ẩm mà tại đó lượng nước tự do trong gỗ đã khô hết, chỉ còn lượng nước nằm sâu trong các vi quản và vách tế bào gỗ. Khi độ ẩm gỗ khô xuống dưới mức này thì gỗ bắt đầu co ngót.

GIAI ĐOẠN 2

Tiếp đó trong quá trình sấy, phần bên ngoài thanh gỗ sẽ khô nhanh hơn và có xu hướng ngót lại trong quá trình sấy. Độ ẩm phần lõi bên trong của thanh gỗ lúc này mới đang tiệm cận điểm cân bằng thớ gỗ và sẽ ngăn cản hết mức quá trình co ngót của phần gỗ bên ngoài. Kết quả là phần bên ngoài sẽ hình thành ứng suất căng, trong khi phần bên trong sẽ hình thành ứng suất nén.

Nếu ứng suất tối đa của mặt ngoài vượt xa so với mặt trong thì bề mặt gỗ sẽ bị nứt. Đây được xem là một loại hư hỏng (defect) trong quá trình sấy.

Tình trạng nứt bề mặt thanh gỗ sấy có thể tránh được bằng sử dụng nhiệt độ tương đối thấp thay vì nhiệt độ cao ở giai đoạn đầu của quá trình sấy.

Ngoài ra, việc tăng cao độ ẩm hầm sấy tức thời cũng giúp giảm thiểu nguy cơ nứt bề mặt gỗ (xem thêm bài liên quan đến kỹ thuật Dưỡng ẩm giữa chừng của Waygo). Nếu tình trạng nứt bề mặt do chênh lệch ứng suất nói trên không được xử lý thỏa đáng, ứng suất tiếp tục gia tăng giữa phần trong và phần ngoài thanh gỗ sấy có thể đến mức rất cao, dẫn đến nứt toác. Đây là một loại hư hỏng nặng trong giai đoạn này.

GIAI ĐOẠN 3

Khi quá trình khô tiếp tục diễn ra, phần lõi của thanh gỗ sẽ mất đủ độ ẩm để đạt đến mức dưới điểm cân bằng thớ gỗ. Lúc này, phần lõi gỗ sẽ bắt đầu co ngót, nhưng các thớ gỗ bên ngoài bây giờ lại có một ứng suất căng khác so với giai đoạn trước của quá trình sấy và sẽ ngăn cản một phần quá trình khô và co ngót của phần lõi.

Tại thời điểm này, phần bên trong sẽ chịu ứng suất căng và phần bên ngoài sẽ tích tụ ứng suất nén; tình trạng này tiếng Anh gọi là case hardening (tình trạng gỗ ngậm ứng suất dư, khi gia công hoặc sử dụng dễ bị cong vênh).

Gỗ ở trình trạng này sẽ có xu hướng bị cong rất lớn. Gỗ ra lò có thể không bị cong ngay, nhưng do bản chất ngậm ứng lực trong lòng thanh gỗ, gỗ có thể bị biến dạng (theo hướng cong) khi gia công hoặc sử dụng.

Case Hardening thường xảy ra khi sử dụng chế độ sấy quá nhanh, dẫn đến việc các tế bào gỗ bên ngoài khô nhanh và rắn lại, bít chặt đường thoát ẩm của phần bên trong thanh gỗ.

Khi sấy, gỗ sẽ khô từ ngoài vào trong. Khi tốc độ sấy quá nhanh thì phần bên ngoài thường bị khô quá nhanh so với phần bên trong. Khi phần lõi gỗ đạt đến điểm cân bằng và co lại thì quá trình co ngót này bị ngăn cản bởi phần gỗ bên ngoài (vốn có thể tích lớn hơn nhiều) đã rất khô, dẫn đến việc phần lõi sẽ chưa khô hẳn và sự sai biệt về ứng suất giữa trong và ngoài.

Hình: Thanh gỗ sấy thẳng khi gia công bị cong do tình trạng ngậm ứng suất khi sử dụng chế độ sấy quá nhanh

Tại Việt Nam, đây là loại defect rất hay gặp, nhất là trong điều kiện trước đây khi đồ mộc được gia công từ các loại gỗ làm khô bằng phương thức phơi nắng hoặc sử dụng lò sấy truyền thống. Gỗ được đưa vào gia công ra thành phẩm (bàn, ghế, tủ, giường v.v…) vẫn có thể giữ nguyên kích thước và hình dạng, tuy nhiên do tình trạng ngậm ứng lực, các thành phẩm gỗ này dễ bị hư hỏng (cong vênh, nứt, toác) trong quá trình sử dụng.

Để hạn chế tình trạng này, điều chỉnh lại tốc độ sấy ở mức vừa phải, trong ngưỡng an toàn đối với loại gỗ và quy cách gỗ đưa vào sấy.

Bản quyền nội dung thuộc về Công ty Cổ phần Waygo. Mọi hình thức sao chép, công bố lại phải dẫn nguồn Công ty Cổ phần Waygo.