Waygo

Đối với gỗ sấy được sử dụng để sản xuất ra đồ gỗ như đồ nội thất, bàn, ghế, tủ v.v… thì hai bước cuối cùng của quá trình sấy là cân bằng ẩm và dưỡng ẩm. Cân bằng ẩm là một quá trình giúp cân bằng độ ẩm (MC) trong các phần của thanh gỗ sấy, cũng như giữa các thanh gỗ sấy riêng lẻ.

Đối với hầu hết các mục đích sử dụng sau cùng của gỗ sấy, sự thay đổi về MC tối đa trong một thanh gỗ và giữa các thanh gỗ với nhau thường không được vượt quá ± 1%.

Cân bằng ẩm là một quy trình nhằm giải phóng ứng suất (ứng suất căng, ứng suất nén…) sinh ra trong quá trình sấy, để thanh gỗ sẽ không bị cong, vênh trong các công đoạn chế biến tiếp theo như cưa, bào, làm mộng, khoan v.v… cũng như trong quá trình sử dụng sản phẩm gỗ. Điều quan trọng cần lưu ý là nếu gỗ sấy không được cân bằng ẩm đúng cách thì quá trình dưỡng ẩm tiếp theo đó sẽ không đạt được độ đồng nhất mong muốn.

Trong thực tế, ta thường gặp các trường hợp mà quá trình cân bằng ẩm và dưỡng ẩm không được thực hiện một cách thỏa đáng, và kết quả là người sử dụng gỗ gặp phải các vấn đề trong sản xuất liên quan đến việc cân bằng và dưỡng ẩm không đúng cách. Những vấn đề này bao gồm hở các mối nối keo, cong vênh trong quá trình gia công và di chuyển sau khi sản xuất.

Bài viết này mô tả các yêu cầu và phương pháp thực hiện cân bằng ẩm và dưỡng ẩm trên thực tế mà người quản lý và vận hành hầm sấy có thể áp dụng vào các quy trình vận hành của họ.  Ngoài ra, còn có thêm một phần phân tích về việc dưỡng ẩm để giải phóng ứng suất dọc trong gỗ.

CÂN BẰNG ẨM

Khi sấy gỗ, ta thường gặp hiện tượng một số thanh gỗ sấy sẽ khô nhanh hơn các thanh khác. Đây là hiện tượng thông thường, xảy ra do sự không đồng nhất của gỗ sấy (ví dụ gỗ dát thường khô nhanh hơn so với gỗ lõi, thanh nhỏ thường khô nhanh hơn so với thanh lớn).

Ngoài ra, ta cũng thường thấy sự sai biệt về độ ẩm tại các vị trí khác nhau trên cùng một thanh gỗ sấy. Điều này thường xảy ra do các nguyên nhân kể trên; ngoài ra, phần ngoài của thanh gỗ sấy sẽ khô nhanh hơn so với phần trong, các phần vân tròn gần mắt gỗ sẽ khô nhanh hơn phần vân thẳng v.v…

Một số tác nhân khác góp phần vào sự sai biệt về độ ẩm gỗ khác còn bao gồm việc trộn lẫn các thanh gỗ sấy có độ ẩm ban đầu khác nhau (gỗ tươi trộn lẫn với gỗ đã khô một phần), trộn lẫn các loại gỗ khác nhau hoặc quy cách khác nhau trong cùng một lô sấy.

Vì các tác nhân trên đây, nhiều thanh gỗ sẽ đạt độ ẩm đích sớm hơn so với phần còn lại.

Việc lấy mẫu gỗ để đo độ ẩm thường ít phản ánh được sự thiếu đồng nhất này, vì nhiều khi các thanh gỗ mẫu được chọn có độ ẩm ban đầu tương đối giống nhau. Thanh gỗ mẫu thường có xu hướng được chọn là các thanh gỗ có độ ẩm cao nhất trong lô sấy, thay vì tổng hợp các thanh đại diện trung thực nhất độ ẩm và độ đồng nhất của toàn bộ lô sấy. Nhiều hầm sấy còn hay chọn các thanh mẫu ở khu vực ngoài rìa, vốn là các thanh dễ tiếp cận hơn, qua đó không đại diện được cho độ ẩm gỗ ở phần trung tâm của hầm sấy.

Phương thức cân bằng ẩm

Người ta thực hiện cân bằng ẩm bằng cách đưa độ ẩm hầm sấy lên cao để các thanh khô nhất không thể khô thêm được nữa. Đồng thời, độ ẩm hầm sấy cũng không được quá cao, để các thanh còn ướt sẽ tiếp tục quá trình khô của chúng. Cụ thể, quy trình cân bằng ẩm bao gồm các điểm sau:

·         Bắt đầu thực hiện cân bằng ẩm khi thanh mẫu khô nhất (phải đại diện cho gỗ khô nhất trong lò) đạt đến MC thấp hơn MC mục tiêu hai điểm phần trăm. MC mục tiêu là MC cuối cùng mong muốn cho gỗ.

·         Tăng độ ẩm hầm sấy để đạt được độ ẩm cân bằng (EMC, có thể quy đổi sang nhiệt độ bầu ướt/bầu khô) bằng MC mục tiêu trừ đi hai điểm phần trăm. Nói cách khác, EMC của lò sấy bằng MC của mẫu khô nhất. Điều này đảm bảo rằng mẫu khô nhất sẽ ngừng khô.

·         Vì độ ẩm trong gỗ sẽ di chuyển nhanh hơn ở nhiệt độ cao hơn, các miếng gỗ ướt sẽ khô nhanh hơn nếu nhiệt độ trong hầm càng nóng càng tốt. Vì vậy, ta đặt nhiệt độ bầu khô trong quá trình cân bằng ẩm ở mức 76oC.

·         Tiếp tục cân bằng cho đến khi mẫu ướt nhất (phải đại diện cho gỗ ướt nhất) đạt đến MC mục tiêu.

Nếu quy trình lấy mẫu và vận hành đúng, tất cả gỗ trong lò sẽ nằm giữa độ ẩm mục tiêu và [mục tiêu - 2]% MC khi kết thúc cân bằng.

Với các sản phẩm có giá trị thấp hơn và với gỗ xẻ sẽ được sử dụng cho các sản phẩm không yêu cầu độ ẩm quá cao, có thể thay đổi các giới hạn nêu trên thành "3% dưới mục tiêu". Tức là, bắt đầu cân bằng khi mảnh khô nhất nằm dưới mục tiêu 3% MC và sử dụng EMC thấp hơn mục tiêu 3%. Việc cân bằng dừng lại tại cùng một điểm - khi gỗ ướt nhất ở mục tiêu. Cách tiếp cận "3% dưới mục tiêu" này sẽ dẫn đến việc cân bằng nhanh hơn, nhưng có thể tạo ra gỗ chất lượng thấp hơn một chút, đặc biệt là về độ cong vênh và khả năng gia công và biến dạng khi sử dụng thành phẩm.

Quy trình cân bằng ẩm chi tiết

Phun hơi nước phun để tăng độ ẩm trong hầm sấy. Khi hơi nước ngưng tụ trên gỗ, nhiệt sẽ được giải phóng (khoảng 2200 Btu trên một lít nước). Nhiệt này có lợi khi cân bằng, vì độ ẩm trong các miếng gỗ ướt hơn sẽ di chuyển lên bề mặt nhanh hơn so với khi không có nhiệt.

Mặt khác, phải thận trọng khi đưa hơi vào lò, vì có thể nhiệt thoát ra từ hệ thống tạo ẩm phun hơi cũng sẽ làm tăng nhiệt độ bầu khô thực tế cao hơn điểm đặt mong muốn, tạo ra các điều kiện không mong muốn.

Để tránh vấn đề quá nhiệt, hãy giữ nhiệt độ bầu khô trong quá trình cân bằng cao hơn nhiệt độ bầu khô được sử dụng ở bước cuối cùng trong lịch trình. Ví dụ, giả sử rằng nhiệt độ bầu khô cuối cùng của lịch trình là 71°C, với nhiệt độ bầu ướt 46°C. Cân bằng ở 76°C và 57°C (theo ví dụ trước). Lưu ý rằng nhiệt độ bầu khô để cân bằng cao hơn khoảng 5°C so với nhiệt độ bầu khô cuối cùng trong lịch trình.

Để đạt được nhiệt độ bầu khô 76°C, ban đầu, sử dụng nhiệt từ hơi nước phun thay vì nhiệt từ các hệ gia nhiệt. Bởi vì phun hơi nước áp lực cao vào để tăng nhiệt độ bầu ướt cũng sẽ làm tăng nhiệt độ bầu khô, do đó sau khi đạt được nhiệt độ bầu ướt chính xác, hãy bật hệ gia nhiệt để tăng nhiệt bầu khô.

DƯỠNG ẨM

Như đã đề cập trong bài viết “Hạn chế hư hỏng trong quá trình sấy: Các lỗi thường gặp”, trong quá trình sấy, gỗ sấy thường phát triển các loại ứng suất (ứng suất căng, nén, ứng suất dọc) do sai biệt về tốc độ khô giữa các phần khác nhau của gỗ sấy dẫn đến các hư hỏng trong gỗ sấy như cong vênh, nứt, toác hoặc tình trạng gỗ ngậm ứng suất làm xảy ra hư hỏng trong quá trình gia công hoặc sử dụng.

Để giải phóng ứng suất, độ ẩm cần nhanh chóng được bổ sung vào các tế bào bên ngoài, khiến chúng cố gắng phồng lên. Các tế bào bên trong chống lại sự phồng lên này, tạo ra một ứng suất nén, làm trung hòa ứng suất căng.

Quy trình dưỡng ẩm chung

Quá trình dưỡng ẩm bao gồm việc tăng nhanh độ ẩm trong hầm sấy ở nhiệt độ càng cao càng tốt. Quá trình này hiệu quả nhất nếu độ ẩm là hơi nước chứ không phải là các giọt nước nhỏ, lỏng. Quy trình dưỡng ẩm diễn ra như sau:

·         Chỉ bắt đầu dưỡng ẩm sau khi gỗ đã được cân bằng ẩm đúng cách.

·         Tăng độ ẩm hầm sấy để đạt được EMC bằng MC mục tiêu cộng với bốn điểm phần trăm đối với gỗ cứng (đối với gỗ mềm: MC mục tiêu cộng ba điểm phần trăm). Khi ứng suất dọc đang là vấn đề đang xảy ra thì tăng EMC thêm 0.5%.

·         Vì dưỡng ẩm sẽ hiệu quả nhất ở nhiệt độ cao, hãy duy trì nhiệt độ bầu khô ở mức 82°C.

·         Tiếp tục dưỡng cho đến khi ứng suất được loại bỏ đủ, được xác định bằng các mẫu ứng suất (lấy mẫu, cưa xẻ thử, quan sát cong vênh) và kinh nghiệm. Theo quy trình đánh giá ứng suất này, người ta cắt xẻ thử các mẫu gỗ còn nóng sau khi vừa lấy từ lò sấy, sau đó đưa vào lò vi sóng ở mức trung bình trong 30 giây, để mẫu nguội và khô hẳn rồi đánh giá mức độ cong, vênh, biến dạng của mẫu nếu có.

·         Trong quá trình dưỡng ẩm, gỗ sẽ hồi ẩm khoảng 1% MC. Do đó, gỗ phải ở mức MC mục tiêu ± 1%. Sau quá trình dưỡng ẩm, gỗ cần có thời gian để lan tỏa mức ẩm chênh lệch nói trên, do vậy quy trình làm nguội (cưỡng bức hoặc tự nhiên) tiếp sau quá trình dưỡng ẩm là cần thiết trước khi gỗ được đưa vào gia công. Quá trình làm nguội không đủ lâu có thể dẫn đến trình trạng cong vênh sau khi cắt xẻ, gia công.

Hầu hết việc trung hòa ứng suất sẽ xảy ra trong vài giờ đầu tiên khi dưỡng ẩm. Ví dụ với gỗ dày 25mm, sau khoảng 18 giờ dưỡng ẩm gỗ sẽ trung hòa gần hết ứng suất hiện hữu trong gỗ, việc tiếp tục dưỡng ẩm sau đó sẽ tiếp tục trung hòa ứng suất nhưng với mức độ và tốc độ nhỏ hơn đáng kể. Gỗ quy cách càng dày thì càng cần thời gian dưỡng ẩm lâu và thời gian làm nguội lâu để loại bỏ toàn bộ ứng suất ngậm trong gỗ.

Quy trình dưỡng ẩm chi tiết

Phun hơi nước để tăng độ ẩm trong lò sấy gỗ. Khi hơi từ hơi nước ngưng tụ trên gỗ, nhiệt sẽ được giải phóng (khoảng 2200 Btu trên mỗi lít nước nước). Nhiệt này có lợi khi dưỡng ẩm gỗ, vì nhiệt một phần làm giảm ứng suất gỗ bằng cách làm cho gỗ trở nên mềm dẻo. Nhiệt cũng khuyến khích sự chuyển động của hơi ẩm vào trong gỗ, tránh nguy cơ đóng rắn ngược lại.

Việc kiểm soát hiện tượng quá nhiệt do nhiệt phát sinh từ hơi nước nóng làm tăng nhiệt độ bầu khô quá mức mong muốn cũng sẽ được kiểm soát như quy trình gia ẩm/gia nhiệt của quy trình cân bằng ẩm mô tả ở trên.

Tiến hành dưỡng ẩm gỗ trong 4 đến 18 giờ, tùy thuộc vào mức độ ngậm ứng suất của gỗ, MC đích, mật độ gỗ, lượng và nhiệt độ của hơi nước, và mức độ triệt để mong muốn của việc trung hòa ứng suất. Gỗ dày hơn yêu cầu thời gian dưỡng ẩm hơn một chút.

Lưu ý đặc biệt: Khi việc trung hòa ứng suất gỗ, đặc biệt là ứng suất dọc như đề cập ở phần dưới đây không thể thỏa mãn bằng các quy trình tiêu chuẩn, hãy thử quy trình thay thế như sau.

Sau khi cân bằng ẩm, làm nguội gỗ trong vài giờ. Để cửa lò và cửa thông hơi mở, để quạt chạy đồng thời tắt nhiệt và ẩm. Sau đó, đóng cửa và phun hơi nước vào lò mà không có nhiệt. Vì bề mặt của gỗ sẽ khá mát, hơi ẩm từ hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt của gỗ, giúp giảm căng thẳng nhanh chóng. Thời gian dưỡng ẩm kiểu này ngắn nhất là hai giờ. Tuy nhiên, hãy thận trọng. Quá trình này nhạy cảm với lượng làm mát và có nguy cơ đáng kể xảy ra hiện tượng đóng rắn ngược nếu làm mát quá mức hoặc dưỡng ẩm kéo dài.

Ứng suất dọc

Khi cắt gỗ và ghép gỗ trong quá trình gia công, đôi khi gỗ sẽ bị cong vênh ngay trong khi gia công hoặc sau khi gia công do gỗ vẫn còn ngậm ứng suất sau khi sấy.

Nếu gỗ sau khi cưa cắt bị vênh, thì nguyên nhân là do gỗ ngậm ứng suất ngang (loại ứng suất được thảo luận ở phần trên). Tuy nhiên, mảnh gỗ phát triển cong theo chiều dọc, thì vấn đề là ứng suất dọc.

Hình: Gỗ cong trong quá trình gia công do ứng suất dọc

Nếu gỗ được dưỡng ẩm bình thường nhưng ứng suất dọc vẫn còn, thì việc thử nghiệm, đánh giá ứng suất ngang không thể hiện kết quả bất thường là việc bình thường. Đánh giá ứng suất dọc bằng cách cắt thí nghiệm ứng suất dọc như hình dưới đây.

Hình: Phương pháp xẻ để đánh giá ứng suất dọc trong quá trình sấy

Ứng suất dọc là hiện tượng gỗ co ngót theo chiều dọc. Ứng suất dọc thường không thể xử lý được ở mức nhiệt độ dưỡng ẩm quá thấp (dưới 70°C), khi EMC dưỡng ẩm quá thấp, hoặc khi thời gian dưỡng ẩm quá ngắn.

Giảm ứng suất dọc bằng cách dưỡng ẩm ở nhiệt độ 82°C hoặc cao hơn. Điều này sẽ nhanh chóng bổ sung độ ẩm trở lại bề mặt của gỗ (miễn là gỗ được cân bằng đúng cách và đạt được EMC mong muốn nhanh chóng, giống như giảm ứng suất ngang). Khi không thể đạt được mức giảm ứng suất dọc thích hợp bằng cách sử dụng các quy trình được khuyến nghị để giảm ứng suất ngang và đã sử dụng nhiệt bầu khô 82°C hoặc cao hơn, hãy tăng cài đặt nhiệt độ bầu ướt lên 1°C so với giá trị khuyến nghị. Dưỡng ẩm cũng cần kéo dài nhiều giờ, đặc biệt là đối với gỗ 35mm hoặc mỏng hơn.

Nguồn tham khảo: Khoa Lâm nghiệp Đại học Wisconsin-Madison, Hoa Kỳ.

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.