用木质原材料或类似木质的原材料来生产高密度材料板的方法、高密度材料板以及材料板的应用
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用木质原材料或类似木质的原材料来生产高密度材料板的方法。此外,本发明还涉及根据权利要求20的高密度材料板以及根据权利要求27的材料板应用。
背景技术
通常,使用不连续的多层板压机和连续工作式压机来生产木材板,其中在连续工作式压机中在两个环状钢带之间在压力和热量输入下压制具有经涂胶的铺装颗粒的铺装压制料坯。除了单纯的颗粒板(MDF)之外还使用通常被定向铺装的经拉紧的木片,以便在长度和宽度上向所生产的木材板提供增强的强度。在此,生产类型被区分为纵向和横向上的定向铺装板(OSB)以及仅纵向定向上的定向铺装板(OSL)。通常,在连续的双带式压机上生产密度最大达750kg/m3的此类OSB板和OSL板。对将密度增加到750kg/m3以上的不同压制方法的试验尚未取得成功,因为还是热的板在离开压机之后会开裂或者经受强的回弹,从而使得板厚度很大地提高,由此板密度会再次显著下降。
DE 102 06 861 A1公开了用于在刨花板、纤维板以及诸如此类的木材板的连续生产过程中压制和硬化压制料坯的方法,该方法在压制开始时以220℃的加热板温度工作并且在后面的压制部分中以120℃工作,其中还应当对这些板进行去蒸汽处理。可以从该文献的图1中获得根据此方法在通过连续式压机的压制区域期间在板坯表面上(约20%的表面)和板坯中心处的大致温度曲线。在此可见,在压制段或压制时间的前半部的约45%期间的170℃的板坯表面温度会导致压制材料在接近表面的层的前20%中快速平衡的温度。这时,压制材料的板坯中心处的温度不断上升。表面在冷却开始之后开始冷却,并且压制材料的接近表面的层也在一些延迟之后开始冷却。这时,板坯中心处的温度继续上升,因为尽管在冷却,但是所引入的热量仍继续深入料坯中心。根据此方法并结合在那里给出的参数,板坯中心可以显著上升到120℃以上。根据此方法,尽管在离开连续式压机之后以连续式压机中低于80℃的加热板温度或表面温度执行冷却,但是所生产的板仍会开裂,因为板坯中心处的温度上升到120℃以上并且因此板坯内部的蒸汽压力在从连续式压机流出期间如此之高,从而使得所制成的板的表面开裂。另外,如果以较短的压制时间来工作,那么表面上的铺装料处的胶粘剂本身以及接近表面的铺装料(厚度上20%的覆盖层)处的胶粘剂在100℃以上的温度下不会完全硬化。因此,覆盖层在较短的压制时间情况下不能承受板中所包含的蒸汽的内压力并且开裂。在试验中没有达成在120℃压板温度下以非常长的压制时间来生产900kg/m3以上的高密度板而无需进行90℃以上的预加热温度的预加热。问题可能在于,在压制时不能充分地塑化木片。这主要涉及在长时间上没有被加热到必需的塑化温度的板坯中心。由于特定的压力必须在压制开始期间几乎达到5N/mm2,因而许多木纤维会断裂,由此板的抗弯强度会下降。在压制之后,未塑化的木片回弹,从而使板厚度高于额定厚度并且显著降低密度。
DE 10 2005 035 214 A1公开了另一种用于生产木材板的连续方法,其中在铺装站中在连续运动的成形带上形成压制料坯,该压制料坯由一层或多层沿生产方向定向铺装的木片或者由纵向和横向定向铺装的长木片组成,并且该压制料坯在被送入连续工作式压机的围绕上部和下部框架部分引导的钢带之间之后,在应用压力和温度的情况下被硬化成连续的木材板。该方法的特征在于,在铺装到成形带上之前用在90℃到105℃下能够在10分钟内硬化的胶粘剂对压制材料涂胶;随后将压制材料铺装成压制料坯,以使得木材板在连续工作式压机中被压制到额定强度之后具有860kg/m3到950kg/m3的密度;然后,在进入连续工作式压机之前,在全部横截面上将由压制材料铺装的压制料坯预加热到90℃到105℃;接着,在进入了连续工作式压机之后对压制料坯施加4到6N/mm2的压力;以90℃到130℃的钢带温度,优选以110℃到120℃的钢带温度来加热压制料坯,其中压制料坯全部横截面上的温度在连续压制期间不应低于预加热温度并且不应超过120℃的最高温度。
该方法基本上已得到实践验证。但是已证实,对此类材料板的综合生产过程的控制和调节非常复杂难以操作,特别是在诸如连续工作式压机之类的高度综合的设备技术情况下尤甚。另外,在生产此类高密度板期间,即使未超过各个机械元件的负载极限,也几乎达到了这些负载极限。对所生产的板的试验也已表明,在板中心处较厚的情况下,木屑的塑化在连续压制期间如所期待的那样并未显著发生。
同时,在针对轮船集装箱、仓储集装箱、办公集装箱或居住集装箱的集装箱工业中,对高密度定向木片板的期望具有极大的经济意义。中国集装箱板工业的规定指出在用于28mm厚的集装箱底部的支承间隔为250mm的情况下要有69N/mm2的抗弯强度。与检验抗弯强度相比,欧洲工业规定更大的支承间隔,其同样导致更高的抗弯强度。但是,250mm的较小的支承间隔在弯曲检验时会在板的中性纤维中导致非常高的剪切力。因此,迄今主要将密度约为900kg/m3的胶合板用作集装箱底部的板。除了高抗弯强度以外,板表面必须具有足够的硬度以及足够的抗磨损强度。附加地,借助例如叉车的轮子之类的轮子施加到板上的负载必须充分地在沿轮子和垂直于轮子的板中分布在集装箱底部处的板材凹槽的托架上。
由于此高要求,迄今尚未达成用木片来生产满足集装箱建造要求的板。另一方面,由于胶合板所需要的层板较贵并且另外用杀菌剂(抑真菌剂)来浸渍层板是困难的,因而迫切寻找胶合板的替代品。由于全世界范围内较高百分比的集装箱被船运在集装箱货轮上,因而这些集装箱板中的许多集装箱板在通风差的空间中会经受高的空气湿度,这同样会导致定期替换集装箱板。已通过生产提供抗霉菌和真菌侵袭的能力或者对霉菌和真菌侵袭具有较高抵抗力的集装箱板在此处是绝对有利的。
发明内容
本发明的任务在于,提供一种方法,利用该方法可以用定向铺装的木片来生产高密度多层材料板。此外,还应当提供一种定向铺装的材料板,在可比较的特性下与胶合板相比,该定向铺装的材料板可被用作成本更加低廉的替代品或竞争产品。
所述方法的任务是通过如下方式解决的:基本上将沿纵向的长度超过180mm的木片铺装成板坯;在间歇式压机中将经划分的板坯压实到第一密度,该第一密度高于要被生产的材料板的第二密度;基本上在压实期间用至少在表面侧上引入的流体将木片加热到120℃以上的温度并塑化该木片;在打开间歇式压机之前基本上通过流体的加入以及间歇式压机中随之而来的温度升高来硬化胶粘剂,其中通过温度升高和/或压实来调节材料板中的胶粘剂的硬化和木片的塑化,以使得在打开间歇式压机期间或之后,材料板在回弹之后具有800kg/m3以上的第二密度。
针对材料板的任务的解决方案在于,该材料板具有800kg/m3以上的密度并且至少包括至少五层的奇数数目层定向铺装木片(6),其中每一层(22)相对于至少一个相邻层(22)而言在纵向(2)上具有另一种木片(6)定向,所有层中的木片具有超过180mm的长度并且该材料板包含MDI或者具有同等作用的粘结剂。
有利地,通过根据本发明的组合来达成对木片的优化压实和塑化。因此,可以在打开压机期间或之后将经压制的板的回弹限制到小于20%。因为通过蒸汽将木材均匀地加热到120°以上并且附加地增大了含水率。由此使木质原材料中的木质素变软并且可以基本上无应力地压实到800kg/m3以上。由于应当部分地在几秒内将大量蒸汽送入板坯,因而在板坯窄面处会出现必须附加补偿的显著的蒸汽损失。因此,在木片之间会产生较高的流体流动速度,这会导致粘结剂的洗脱。现已发现,因为大的附着力起作用和/或MDI或PMDI侵入木片,所以MDI或PMDI基本上保留在木片上并且抵抗洗脱的倾向。可以部分地添加其他的缩聚树脂作为稀释剂或冲淡液。
在本发明的一个子方面中,应当在充分利用其特殊性能或优点的情况下将所述材料板用作支承垫板,尤其是用作平行延伸且分隔开的支撑面上的地板覆层。此外,由至少五层组成的、具有占大多数的沿相同的纵向定向的木片的材料板或者具有相应层的材料板被布置成垂直于可能的支撑结构或支撑面,以便消除由结构引起的缝隙,例如地面上的集装箱中因板材梯形或U形框架结构而存在的缝隙。
通过五层结构和超过180mm的木片长度以及至少三层的相应取向和与之相联系的垂直于延伸的支撑面的木片取向获得了非常小的绕度,因为材料板的“中性纤维”也通过其五层结构而在其长度上具有定位成垂直于支承面的纵向延伸的木片取向。此外,这是相对于传统的三层OSB板的较大缺点,即使在此OSB板以高度压实的方式被压制的情况下亦是如此。大多数木片平行于支承面的纵向延伸并且中性纤维具有(垂直于支承面的)正确取向,或者大多数木片(覆盖层)垂直于支承面布置但是三层板的中性纤维(中间层)具有平行于支承面定位的且因此易受剪切应力影响的木片。在第一种情形中,三层板极其易受弯曲应力的影响(叉车轮胎、托盘支座),在第二种情形中,板可能在中性纤维中仅经受不充分的剪切应力。
本发明中,胶粘剂或粘结剂指的是所谓的胶粘剂漂浮液,该胶粘剂漂浮液的主要组分包括胶粘剂。根据需要,附加地添加乳浊液、硬化剂、甲醛清除剂、着色剂、杀虫和杀菌剂以及其他添加剂。使用没有添加物的胶粘剂也是常见的。优选将来自异氰酸酯族的MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)或PMDI(聚合二苯基甲烷二异氰酸酯),其特别适用于带有蒸汽输入的应用。其理由在于:MDI或PMDI至少部分地侵入木片,在蒸汽喷射应用中由此不会或者仅部分洗脱,并且在极限温度(约105℃)下快速凝固。经硬化的板优选具有超过25mm的厚度。平行于生产方向对板坯进行的切边最小达到木片长度的一半,例如在200mm长的木片情况下每个纵侧或窄侧被切边至少100mm。在本发明中,压实期间对木片的塑化可被理解为木片在压实时达到6%以上的木材含水率以及120°以上的温度。尤其是超过此温度水平的温度提升对于塑化而言是重要的并且必须通过多个层不间断地确保该温度提升。此处,在现有技术中会出现缺陷,因为单纯的对流加热虽然能够最优地加热板坯的表面,但是不能调节穿透性的瞬间的穿透加热。另外,仅可以较高的能量耗费用双带式压机来达成120℃以上的高温,因为必须由利用热传递介质流过的加热板来加热从旁经过的滚杆并且必须通过这些滚杆来加热邻近的钢带。损失相应较高。另外,以高温来进行单纯的对流热传递更多地导致预先硬化的覆盖层,该覆盖层附加地阻碍了木片板坯内部的有序的热传递。
所提出的材料板(五层板)或其应用可以一方面通过根据本发明的方法来形成,但是另一方面也可以被认为是独立的材料板。
附图说明
从从属权利要求和以下结合附图的描述中得到本发明的主题的其他有利措施和设计方案。
附图示出:
图1示意性地示出了高密度材料板制造的生产过程,
图2示出了具有5个不同定向的木片层的材料板的三维截面图,
图3示出了压制周期期间的时间/温度/密度图,
图4示意性地示出了作为支撑结构上的垫板的材料板,以及通过托盘脚的示例性负载和叉车或托盘起重机小车的轮子,
图5示出了对OSB板坯段的有利切边的截面图,以及
图6示出了通过带有从表面侧突出的木片的高密度材料板的截面。
具体实施方式
图1中示出了用于由木质原材料或类似木质的原材料来生产高密度材料板的示意性和示例性生产过程。在此,在预加工11中从原材料预加工木片6并且基本上使用作为胶粘剂的MDI来对该木片6进行涂胶。随后,在通常由多个铺装站组成的成形工位12中,对于经涂胶木片6的纵向2来定向该经涂胶木片6,并且在连续环状的成形带上将经涂胶木片6铺装成至少五层22板坯19。在此,在每一层22中如此定向和铺装木片6,以使得这些木片6基本上在其纵向2上具有不同于至少一个相邻层22的取向。随后,在其长度上划分板坯19并且在间歇式压机15中将板坯19压制成材料板1。可以在压制前使板坯19经受预处理18,该预处理包括改变板坯19或木片6的温度、含水率和/或密度。
特别有利的是,在木片6非常长的情况下,通过切边装置13对至少五层地铺装的板坯的边缘进行切边,因为在垂直于生产方向的定向情况下取决于已知的且可使用的铺装机而会在边缘处出现较大的密度差异(图5)。这尤其会出现在木片6沿纵向2的长度超过220mm的情况下。出于此原因,木片的长度应当基本上不超过300mm。图2示出了在其纵向2上具有五层22不同地定向的木片的五层材料板1。为了更好地理解所述方法,图3示出了在其中示出一个特别优选的实施例的图示。在此,在压实期间将木片6加热到120℃以上的温度9,优选加热到130℃以上,特别优选地加热到140℃以上,并且塑化该木片6。在处理过程期间可以支持性地将间歇式压机的压板预加热或加热到直至120℃以上的温度,但是还可以构想使用具有被动加热的压板的间歇式压机(在生产处理过程期间通过流体输入来加热)。在压制周期23期间在压机中压实板坯19,由此记入图3的y轴坐标系统的密度D从上往下急剧升高。板坯19在压实时间期间达到预先确定的密度并且开始将流体引入板坯19。该流体用于强有力地将木片6加热到120℃以上的温度9,该温度9优选在保持时间17期间得到保持。在打开间歇式压机15之后或期间,在压实期间已被压实到第一密度3的材料板回弹21到第二密度4,其中第二密度不应当低于800kg/m3。从经验值和/或从对不同地使用的胶粘剂、流体(例如,水蒸气、过加热的蒸汽或蒸汽空气混合物)、温度等的试验来测定第一密度3的值。特别优选地,在压实期间在压制周期23开始处直到达到压制物的150kg/m3以上的第三密度5时才引入流体。此外特别优选地,在打开间歇式压机15期间或之后,材料板1回弹到不超过850kg/m3的第二密度4,优选回弹到不超过900kg/m3的密度4。材料板1在打开间歇式压机15期间或之后的回弹21应当最大被调节到第一密度3的20%,优选被调节到第一密度3的10%。此外,图3中还示出了密度3a的变化曲线。这应当说明如下可能性:在保持时间17中不必进行静态的压实,而是不同的压力可以在保持时间期间对压制材料或材料板1起作用。例如,密度3a的线条示出了到最终尺寸以下约10%的压实,并且压力在保持时间17期间下降,以及必要时甚至直到几乎达到最终尺寸时才打开压机。
回弹21可以尤其通过调节胶粘剂的硬化和/或通过调节木片6的塑化和/或通过流体的量和/或温度来控制。涂胶时胶粘剂的量和/或压实的程度和/或压制周期23期间的压实时间16和/或保持时间17也起到重要的支持性作用。特别优选地,已证明具有0.6mm到1.1mm的厚度和/或5mm到90mm的宽度的木片6适用于此类材料板或生产高密度材料板的方法。已表明,应当在进入间歇式压机15之前或者在划分14之前通过切边装置13对板坯19的窄侧8进行切边,其中应当将板坯平行于生产方向的切边20调节到木片6的至少一半长度。经铺装的板坯19的每一层具有板坯总高度的10%到35%。在预加工11木片6时,除了胶粘剂MDI以外还可以成比例地添加其他粘结剂和/或诸如乳浊液、杀菌和杀虫剂之类的附加料。
另外根据图5,材料板1具有800kg/m3以上的密度并且包括至少五层的奇数数目层定向铺装木片6,其中每一层22相对于至少一个相邻层22而言在纵向2上具有另一种木片6定向,所有层中的木片具有超过180mm的长度并且这些木片基本上通过MDI或者具有同等作用的粘结剂来粘结。根据处理过程耗费,当然可以成比例地,优选在一位数的百分比范围内,使用小于180mm的木片。优选地,这些小于180mm的木片是从边缘切边中产生的并且重新被送入生产循环。由板坯19的边缘区域中的线条示出的切边20对应于所使用的木片的约一半长度。在此,生产方向7进入图平面。
根据图6,因为尤其在850kg/m3以上的密度情况下通过回弹或者在回弹期间使木屑中的一部分从表面侧挤出,所以表面侧在压制之后具有非常粗糙的表面。如果希望有粗糙的表面,那么可以保留这些粗糙的表面。在将材料板用作垫板或者用作集装箱的底板的情况下,磨削至少一个表面侧,优选磨削使用侧。根据耗费和外观,这可以仅涉及突出的木片,或者执行完全的表面磨削。
根据图4,尤其偏爱将根据所述方法生产的材料板1用作在由通过间隔26分开的多个支承面25组成的支承结构24上具有支承能力的垫板27,其中如此在支承结构24上布置由一个或多个材料板1组成的垫板27,以使得材料板1的大多数层22中的木片6的纵向2被布置成垂直于支承面25的延伸方向。也就是说,在五层板内的两个上层和中间层中如此布置木片6,以使得这些木片以平行于所示的支承间隔26的方式取向。
特别优选地,在木片6的纵向2上依次以沿生产方向、垂直于生产方向、沿生产方向、垂直于生产方向、沿生产方向定向的方式将木片6铺装成板坯19,其中能够优选地以基本上彼此呈直角的方式来铺装各个层22中的木片6。为了说明负载情况,图4中在垫板27上布置了叉车或托盘起重机小车的轮子28。此外还可见到托盘脚的截面。在这两个负载情况中简化地示出了垂直于垫板的表面侧的力箭头F。
提供了一种用于生产材料板的间歇式压机,其具有压机机架以及布置在该压机机架中的压板,其中能够调节至少一个压板的高度并且至少一个压板具有用于对板坯的表面侧进行喷射的流体孔。该间歇式压机的特征尤其在于,布置与压板的流体装置有效连接的控制或调节装置,其中该控制或调节装置从板坯的压实程度以及对应的铺装密度来确定压板之间的板坯的实际密度值并将此实际密度值用于控制或调节流体装置。
附图标记列表
1.材料板
2.木片的纵向
3.第一密度
4.第二密度
5.第三密度
6.木片
7.生产方向
8.窄侧
9.木片的温度
10.表面侧
11.预加工
12.成形工位
13.切边装置
14.划分
15.压机
16.压实时间
17.保持时间
18.预处理
19.板坯
20.切边
21.回弹
22.层
23.压制周期
24.支承结构
25.支承面
26.间隔
27.垫板
28.叉车/托盘起重机小车的轮子
29.托盘脚。