Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13352:2021 về Gỗ biến tính - Phương pháp thử cơ lý

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13352:2021

GỖ BIẾN TÍNH - PHƯƠNG PHÁP THỬ CƠ LÝ

Modified wood - Test methods for physical and mechanical specifications

Lời nói đầu

TCVN 13352:2021: do Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ khoa học và Công nghệ công bố.

GỖ BIẾN TÍNH - PHƯƠNG PHÁP THỬ CƠ LÝ

Modified wood - Test methods for physical and mechanical specifications

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định về phương pháp thử các tính chất vật lý và cơ học đối với các loại gỗ xẻ, gỗ nhiều lớp được sản xuất từ gỗ xẻ hoặc ván mỏng hoặc từ cả gỗ xẻ và ván mỏng được biến tính bằng phương pháp hóa học, thủy - nhiệt và thủy - nhiệt - cơ.

Tiêu chuẩn này không áp dụng cho những sản phẩm được bảo quản với mục đích nâng cao khả năng phòng chống nấm, vi sinh vật và nâng cao khả năng chống cháy.

2 Tài liệu viện dẫn

Tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả sửa đổi, bổ sung (nếu có):

TCVN 5694:2014 (ISO 9427:2003), Ván gỗ nhân tạo - Xác định khối lượng riêng;

TCVN 8048-2:2009 (ISO 3131:1975), Gỗ - Phương pháp thử cơ lý - Phần 2: Xác định khối lượng thể tích cho các phép thử cơ lý;

TCVN 8048-3:2009 (ISO 3133:1975), Gỗ - Phương pháp thử cơ lý - Phần 3: Xác định độ bền uốn tĩnh;

TCVN 8048-12:2009 (ISO 3350:1975), Gỗ - Phương pháp thử cơ lý. Phần 12: Xác định độ cứng tĩnh;

TCVN 8328-1:2010 (ISO 12466-1:2007), Ván gỗ dán - Chất lượng dán dính - Phần 1: Phương pháp thử;

TCVN 10572-1:2014 (ISO 10033-1:2011), Gỗ nhiều lớp (LVL) - Chất lượng dán dính - Phần 1: Phương pháp thử;

TCVN 12446:2018 (ISO 16978:2003), Ván gỗ nhân tạo - Xác định môđun đàn hồi khi uốn và độ bền uốn.

3 Thuật ngữ, định nghĩa

Tiêu chuẩn này, sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau đây:

3.1

Gỗ biến tính (Modified wood)

Gỗ đã thay đổi tính chất (có biến đổi kích thước đối với trường hợp có nén ép) so với ban đầu dưới tác động hóa học, cơ học, vật lý nhằm cải thiện tính chất gỗ để đáp ứng được mục tiêu sử dụng.

3.2

Biến tính hóa học gỗ (Chemical modification)

Quá trình diễn ra phản ứng hóa học của hóa chất (tác nhân hóa học) với các nhóm hydroxyl trong cấu trúc cao phân tử của vách tế bào gỗ. Từ đó tạo ra các liên kết cộng hóa trị bền vững giữa hóa chất và vách tế bào gỗ nhằm cải thiện các nhược điểm của gỗ như tăng độ bền, độ ổn định kích thước.

3.3

Biến tính thủy - nhiệt (Thermo - hydro modification)

Quá trình làm thay đổi một số tính chất vật lý, cơ học, sinh học của gỗ dưới tác dụng của nhiệt độ cao khi xử lý gỗ trong môi trường nước hoặc hơi nước. Nhiệt độ của môi trường trong biến tính nhiệt cho gỗ dao động từ 180 °C đến 260 °C. Ở nhiệt độ thấp hơn 140°C, tính chất của vật liệu gỗ thay đổi không đáng kể, nhưng nếu nhiệt độ cao hơn 300°C, gỗ sẽ bị phá hủy nghiêm trọng, đặc biệt là cường độ gỗ.

3.4

Biến tính thủy - nhiệt - cơ (Thermo - hydro - mechanical modification)

Tác động làm tăng mật độ (tăng khối lượng riêng của gỗ) dưới tác động của nhiệt độ, độ ẩm và nén cơ học.

3.5

Ván mỏng (Veneer)

Tấm gỗ mỏng có chiều dày tối đa 7,9 mm, được tạo thành từ phương pháp bóc, lạng hoặc xẻ từ gỗ tròn, gỗ khúc. Ván mỏng có thể được ghép lại với nhau để có được các kích thước lớn hơn

3.6.

Gỗ xẻ (Sawn timber/lumber)

Sản phẩm được xẻ ra từ gỗ tròn, có ít nhất 4 mặt được gia công, trong đó, 2 mặt song song với trục dọc gỗ tròn, 2 mặt vuông góc với trục dọc đó.

4 Yêu cầu chung

4.1  Yêu cầu về loại gỗ

Bất kỳ loại gỗ nào cũng có thể được sử dụng trong sản xuất gỗ biến tính. Các loại gỗ sử dụng sẽ do yêu cầu của khách hàng.

4.2  Yêu cầu về khuyết tật của gỗ

Không được sử dụng vật liệu gỗ có khuyết tật ảnh hưởng đến độ bền hoặc ngoại quan của sản phẩm. Do đó, ván mỏng hoặc gỗ xẻ không bị nấm mục, vết nhựa, nứt đầu, mắt chết, mắt thùng, vết côn trùng, hoặc các khuyết tật dị thường khác. Cạnh ván mỏng phải được cắt thẳng và vuông góc với bề mặt của ván, với độ nghiêng thớ gỗ không lớn hơn 38 mm. Độ nghiêng thớ cho phép của gỗ xẻ không được vượt quá 28 mm.

4.3  Yêu cầu về chiều dày gỗ xẻ

Sản phẩm gỗ biến tính được sản xuất từ gỗ xẻ có chiều dày phải phù hợp với yêu cầu của khách hàng.

4.4  Yêu cầu về chiều dày ván mỏng

Ván mỏng được sử dụng để sản xuất sản phẩm gỗ biến tính phải có cùng chiều dày danh nghĩa không vượt quá 7,9 mm.

4.5  Yêu cầu về sản xuất sản phẩm gỗ biến tính dạng ép lớp

Sản phẩm gỗ biến tính dạng gỗ ép lớp được sản xuất từ ván mỏng phải được xếp song song hoặc vuông góc theo chiều thớ gỗ, theo quy định của khách hàng.

Ván mỏng không được vá hay có lỗ thủng, các vết nối cạnh song song với chiều thớ gỗ để tạo ra các tấm ván mỏng có chiều rộng cần thiết được chấp nhận, với điều kiện: (1) không có mảnh nối riêng lẻ nào nhỏ hơn một phần tư chiều rộng tấm ván, (2) không được có nhiều hơn hai vết nối trên một tấm ván mỏng, (3) các cạnh phải được nối thẳng và vuông vắn, (4) vết nối không được có bất kỳ khoảng trống hoặc cạnh bị sứt mẻ nào và (5) không có vết nối theo chiều dài ván mỏng.

5 Phương pháp thử

5.1 Phương pháp thử đối với gỗ nguyên biến tính

5.1.1  Xác định khối lượng riêng: Theo TCVN 8048-2:2009 (ISO 3131)

5.1.2  Xác định độ bền uốn tĩnh: Theo TCVN 8048-3:2009 (ISO 3133)

5.1.3  Xác định độ cứng tĩnh: Theo TCVN 8048-12:2009 (ISO 3350)

5.1.4  Xác định độ đàn hồi trở lại đối với gỗ biến tính bằng phương pháp thủy - nhiệt - cơ

- Thiết bị và dụng cụ:

Thước kẹp có chính xác khi đo là 0,01 mm.

Tủ sấy, để sấy mẫu tại nhiệt độ bằng (103 ± 2) °C.

- Chuẩn bị mẫu thử:

Mẫu thử được cắt từ các tấm gỗ biến tính có kích thước 50 x 15 x t, mm. Trong đó, chiều dày mẫu thử (t) bằng chiều dày gỗ biến tính.

Mẫu thử phải được ổn định đến độ ẩm thăng bằng trong môi trường có độ ẩm tương đối trung bình (65±5) % và nhiệt độ (20±2) °C.

- Cách tiến hành và biểu thị kết quả:

Sấy các mẫu gỗ ở nhiệt độ (103± 2) °C đến trạng thái khô kiệt.

Đo kích thước chiều dày của mẫu gỗ ở trạng thái khô kiệt, t_{0 trước}.

Ngâm các mẫu gỗ trong nước trong 24 giờ. Sau đó, vớt mẫu ra và sấy ở nhiệt độ (103±2) °C đến trạng thái khô kiệt.

Đo kích thước chiều dày mẫu gỗ ở trạng thái khô kiệt sau khi ngâm nước, t_{0 sau}

Độ đàn hồi trở lại (ĐHTL) của các mẫu gỗ (gỗ nén ép) được tính theo công thức:

ĐHTL (%) = [(t_{0 sau} - t_{0 trước})/(t_đ - t_{0 trước}] x 100%       (1)

Trong đó:

ĐHTL: Độ đàn hồi trở lại của gỗ nén, %

t_{0 trước}: Chiều dày của mẫu gỗ nén ép ở trạng thái khô kiệt, mm

t_{0 sau}: Chiều dày của mẫu gỗ nén ép ở trạng thái khô kiệt sau khi ngâm nước, mm

t_đ: Chiều dày của mẫu gỗ chưa nén ép ở trạng thái khô kiệt, mm

Độ đàn hồi trở lại (ĐHTL) là giá trị trung bình số học kết quả của tất cả các mẫu thử, chính xác đến một số thập phân.

- Báo cáo kết quả thử nghiệm:

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin sau:

a) Viện dẫn tiêu chuẩn này;

b) Mô tả và các thông tin về mẫu thử (loại gỗ, độ ẩm, nguồn gốc)

c) Chiều dày mẫu (mm);

d) Khối lượng riêng của mẫu (g/cm³);

e) Số lượng mẫu được thử nghiệm;

f) Ngày thử nghiệm;

g) Tên tổ chức tiến hành thử nghiệm.

5.1.5  Xác định hiệu suất chống trương nở (ASE)

- Thiết bị và dụng cụ:

Thước kẹp có chính xác khi đo là 0,01 mm.

Tủ sấy, để sấy mẫu tại nhiệt độ bằng (103 ± 2) °C.

- Chuẩn bị mẫu thử:

Tạo mẫu thử hình lăng trụ chữ nhật, kích thước đáy bằng 20 mm x 20 mm, chiều dài dọc thớ bằng từ 10 mm đến 30 mm. Góc nghiêng của các vòng năm với hai mặt đối diện của mẫu thử không lớn hơn 10°.

Mẫu thử phải được sấy đến khô kiệt cho tới khi không có sự chênh lệch kết quả về khối lượng giữa hai lần cân liên tiếp.

- Cách tiến hành:

Ngâm mẫu 7 ngày (168 h) trong nước ở nhiệt độ 20 ± 1 °C. Sau đó, đo kích thước mẫu trước và sau khi ngâm.

- Tính toán và biểu thị kết quả:

Hiệu suất chống trương nở (ASE) được tính theo công thức:

Trong đó:

S_đc: Hiệu suất trương nở thể tích của mẫu gỗ trước khi biến tính, %

S_bt: Hiệu suất trương nở thể tích của mẫu gỗ sau khi biến tính, %

Hiệu suất trương nở thể tích (S) của mẫu gỗ được xác định theo công thức:

Trong đó:

V_s: Thể tích của mẫu gỗ sau khi ngâm nước 7 ngày, cm³

V₀: Thể tích của mẫu gỗ trước khi ngâm nước (mẫu khô kiệt), cm³

Hiệu suất chống trương nở (ASE) là giá trị trung bình số học kết quả của tất cả các mẫu thử trước và sau quá trình ngâm nước 7 ngày, chính xác đến một số thập phân.

- Báo cáo kết quả thử nghiệm:

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin sau:

a) Viện dẫn tiêu chuẩn này;

b) Mô tả và các thông tin về mẫu thử (loại gỗ, độ ẩm, nguồn gốc);

c) Khối lượng riêng của mẫu (g/cm³);

d) Số lượng mẫu được thử nghiệm;

e) Ngày thử nghiệm;

f) Tên tổ chức tiến hành thử nghiệm.

5.1.6  Xác định hiệu suất chống hút nước (WRE)

- Thiết bị và dụng cụ:

Cân điện tử có độ chính xác ±0,01 g.

Tủ sấy, để sấy mẫu tại nhiệt độ bằng (103 ± 2) °C.

- Chuẩn bị mẫu thử:

Tạo mẫu thử hình lăng trụ chữ nhật, kích thước đáy bằng 20 mm x 20 mm, chiều dài dọc thớ bằng từ 10 mm đến 30 mm. Góc nghiêng của các vòng năm với hai mặt đối diện của mẫu thử không lớn hơn 10°.

Mẫu thử phải được sấy đến khô kiệt cho tới khi không có sự chênh lệch kết quả về khối lượng giữa hai lần cân liên tiếp.

- Cách tiến hành:

Ngâm mẫu 7 ngày (168 h) trong nước ở nhiệt độ 20 ± 1 °C. Sau đó, cân khối lượng mẫu trước và sau khi ngâm.

- Tính toán và biểu thị kết quả:

Hiệu suất chống hút nước (WRE) được tính theo công thức:

Trong đó:

WA_đc: Độ hút nước của mẫu gỗ trước khi biến tính, %

WA_bt: Độ hút nước của mẫu gỗ sau khi biến tính, %

Độ hút nước (WA) của mẫu gỗ được xác định theo công thức:

Trong đó:

m_s: Khối lượng của mẫu gỗ sau khi ngâm nước 7 ngày, g

m₀: Khối lượng của mẫu gỗ trước khi ngâm nước (mẫu khô kiệt), g

Hiệu suất chống hút nước (WRE) là giá trị trung bình số học kết quả của tất cả các mẫu thử trước và sau quá trình ngâm nước 7 ngày, chính xác đến một số thập phân.

- Báo cáo kết quả thử nghiệm: như Điều 5.1.5

5.1.7  Xác định độ bền màu dưới tác động của tia cực tím (UV):

- Thiết bị và dụng cụ:

Thiết bị thử nghiệm kiểm tra lão hóa thời tiết QUV, sử dụng đèn Neon loại UVA-340 hoặc UVA-351.

Thiết bị đo màu cho phép việc xác định sự khác biệt giữa màu của mẫu trước và sau khi biến tính.

- Chuẩn bị mẫu thử:

Tạo mẫu thử có kích thước dài x rộng x dày là (150 ± 2) mm x (74 ± 1) mm x (18 ± 1) mm.

Mẫu thử phải được ổn định đến khối lượng không đổi trong môi trường có độ ẩm tương đối trung bình (65±5) % và nhiệt độ (20±2) °C. Khối lượng được coi là không đổi khi chênh lệch kết quả giữa hai lần cân liên tiếp được tiến hành sau 24 h không vượt quá 0,1 % khối lượng mẫu thử.

- Cách tiến hành:

Điều kiện chiếu tia UV: tia UV được chiếu trực tiếp vào bề mặt mẫu trong điều kiện nhiệt độ phòng và môi trường không khí.

Cường độ chiếu tia UV: đặt mức bức xạ là 0,89 W/m²/nm đối với bước sóng 340 nm và 1.2 W/m²/nm đối với bước sóng 351 nm và nhiệt độ buồng thí nghiệm là (60±3) °C.

Lắp đặt mẫu thử: đặt chắc chắn các mẫu thử trong khoang giữ mẫu với 2 cửa sổ phơi mẫu có kích thước khoảng (95x64) mm

Thời gian thử nghiệm: Mỗi chu kỳ phơi mẫu trong thiết bị kéo dài 168 h (7 ngày) và được lặp đi lặp lại 12 lần, do đó tổng thời gian phơi mẫu là 2016 giờ (12 tuần). Tuy nhiên, thử nghiệm sẽ kết thúc khi quan sát thấy màu sắc của mẫu thử nghiệm không còn sự thay đổi.

Đo màu sắc: Các thông số thử nghiệm được lựa chọn như sau: nguồn sáng loại D65, góc quan sát là 10° và hiệu chuẩn thiết bị đo theo tiêu chuẩn màu Ceramic. Màu sắc của mẫu thử sẽ được đo sau mỗi chu kỳ.

Sau quá trình thử nghiệm, mẫu thử phải được ổn định trong 7 ngày ở điều kiện môi trường có độ ẩm tương đối trung bình (65±5) % và nhiệt độ (20±2) °C.

- Tính toán và biểu thị kết quả:

Độ chênh lệch màu giữa mẫu trước và sau khi xử lý biến tính sẽ được tính theo công thức:

Trong đó:

ΔL* = L*₂ - L*₁

L*₁ - Độ sáng của mẫu trước biến tính

L*₂ - Độ sáng của mẫu sau biến tính

Δa* = a*₂ - a*₁

a*₁ - Chỉ số a* của mẫu trước biến tính

a*₂ - Chỉ số a* của mẫu sau biến tính

Δb* = b*₂ - b*₁

b*₁ - Chỉ số b* của mẫu trước biến tính

b*₂ - Chỉ số b* của mẫu sau biến tính

Các giá trị đo màu sắc trên bề mặt gỗ được thực hiện bằng thiết bị đo màu kỹ thuật số. Kết quả cuối cùng được làm tròn đến một chữ số thập phân và được trình bày trong hệ thống màu CIELab.

Phương pháp xác định độ chênh lệch màu được sử dụng để đánh giá: (1) sự đồng đều màu sắc trên bề mặt gỗ sau khi xử lý biến tính; (2) độ lệch màu giữa các mẫu trước (đối chứng) và sau khi xử lý biến tính; độ lệch màu giữa phần giác và phần lõi của gỗ; và (3) độ chênh lệch màu của mẫu sau chiếu rọi bằng ánh sáng Neon (UV) ở các mốc thời gian khác nhau và/hoặc so với mẫu ban đầu (đối chứng).

- Báo cáo kết quả thử nghiệm:

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin sau:

a) Viện dẫn tiêu chuẩn này;

b) Mô tả và các thông tin về mẫu thử (loại gỗ, độ ẩm, phương pháp và thời gian biến tính);

c) Loại thiết bị được sử dụng;

d) Số lượng mẫu được thử nghiệm;

e) Ngày thử nghiệm;

f) Chu kỳ phơi mẫu (ngày bắt đầu, ngày kết thúc);

g) Tên tổ chức tiến hành thử nghiệm.

5.2 Phương pháp thử đối với gỗ nhiều lớp được sản xuất từ gỗ xẻ hoặc ván mỏng biến tính hoặc từ cả gỗ xẻ và ván mỏng biến tính

5.2.1  Xác định khối lượng riêng: Theo TCVN 5694:2014

5.2.2  Xác định độ bền uốn tĩnh: Theo TCVN 12446:2018

5.2.3  Xác định chất lượng dán dính: Theo TCVN 8328-1:2010 (ván gỗ dán) hoặc TCVN 10572-1:2014 (gỗ nhiều lớp - LVL)

5.2.4  Xác định độ bền màu dưới tác động của tia cực tím (UV):

- Thiết bị và dụng cụ: như Điều 5.1.7

- Chuẩn bị mẫu thử:

Tạo mẫu thử có kích thước dài x rộng x dày là (150 ± 2) mm x (74 ± 1) mm, chiều dày mẫu thí nghiệm bằng chiều dày ván.

Mẫu thử phải được ổn định đến khối lượng không đổi trong môi trường có độ ẩm tương đối trung bình (65±5) % và nhiệt độ (20±2) °C. Khối lượng được coi là không đổi khi chênh lệch kết quả giữa hai lần cân liên tiếp được tiến hành sau 24 h không vượt quá 0,1 % khối lượng mẫu thử.

- Cách tiến hành: như Điều 5.1.7

- Tính toán và biểu thị kết quả: như Điều 5.1.7

- Báo cáo kết quả thử nghiệm: như Điều 5.1.7.

Thư mục tài liệu tham khảo

[1]. ASTM D143 - 14 Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber

[2]. ASTM D1324 - 83 (Reapproved 1993). Standard Specification for Modified Wood

[3]. ASTM D4446/D4446M - 13. Standard Test Method for Anti-Swelling Effectiveness of Water - Repellent Formulations and Differential Swelling of Untreated Wood When Exposed to Liquid Water Environments.

[4]. Sandberg, D., Kutnar, A., & Mantanis, G. (2017). Wood modification technologies-a review. Iforest-Biogeosciences and forestry, 10(6), 895.

[5]. Xu, B. H., Xu, B. H., Liu, K., & Bouchair, A. (2020). MECHANICAL PROPERTIES AND SET RECOVERY OF COMPRESSED POPLAR WITH GLYCERIN PRETREATMENT. Wood Research, 65(2), 293-302.

[6]. EN 927-6. (2006). Paints and varnishes-Coating materials and coating systems for exterior wood-Part 6: Exposure of wood coatings to artificial weathering using fluorescent UV lamps and water.

[7]. Islam, M. S., Hamdan, S., Rusop, M., Rahman, M. R., Ahmed, A. S., & Idrus, M. M. (2012). Dimensional stability and water repellent efficiency measurement of chemically modified tropical light hardwood. BioResources, 7(1), 1221-1231.

MỤC LỤC

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ, định nghĩa

4  Yêu cầu chung

4.1  Yêu cầu về loại gỗ

4.2  Yêu cầu về khuyết tật của gỗ

4.3  Yêu cầu về chiều dày gỗ xẻ

4.4  Yêu cầu về chiều dày ván mỏng

4.5  Yêu cầu về sản xuất sản phẩm gỗ biến tính dạng ép lớp

5  Phương pháp thử

5.1  Phương pháp thử đối với gỗ nguyên biến tính

5.2  Phương pháp thử đối với gỗ nhiều lớp được sản xuất từ gỗ xẻ hoặc ván mỏng hoặc từ cả gỗ xẻ và ván mỏng đã qua biến tính

Thư mục tài liệu tham khảo