DE1162676B - Verfahren zur Waermehaertung von Holzfaserplatten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: D 21 j

Deutsche Kl.: 54e-l

Nummer: 1162 676

Aktenzeichen: S 61502 VIIb/54 e

Anmeldetag: 21. Januar 1959

Auslegetag: 6. Februar 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmehärtung von durch Pressen von locker verfilzten Faserbogen hergestellten, praktisch trockenen, harten Holzfaserplatten oder dergleichen fertiggepreßten Formkörpern zur Erhöhung deren Festigkeit und Wasserresistenz und betrifft ein derartiges Verfahren, bei dem die Umwandlung vorwiegend auf thermischem Wege bei hohen Temperaturen vorgenommen wird.

Die Herstellung von Holzf aserplatten und ähnlichen Formkörpern erfolgt grundsätzlich derart, daß aus einer Suspension von Holzfasern in Wasser locker verfilzte Naßbögen geformt werden, die danach auf mechanischem Wege zu einer hydraulischen Presse transportiert werden, in welcher die Naßbögen, meistens eine Anzahl von 20 bis 25, gleichzeitig zwischen erhitzten Preßtischen in Etagen unter hohem Druck gepreßt werden. Beim Pressen geht das Wasser ab, und infolge gewisser, nicht völlig klargelegter Reaktionen wird eine ziemlich harte Platte gebildet. Je nach der Größe des Druckes und der zugeführten Massenmenge der Bögen ist es möglich, Platten von verschiedener Dicke und verschiedenem Volumengewicht herzustellen. Solche Platten weisen eine verhältnismäßig hohe Festigkeit auf und können mit Vorteil als Konstruktionsmaterial verwendet werden.

Es hat sich aber gezeigt, daß, wenn die Platten einer nachfolgenden Wärmebehandlung, sogenannten Wärmehärtung, unterworfen werden, die Festigkeit noch verbessert werden kann. Außerdem wird die Wasserresistenz der Platten verbessert, d. h. ihre Fähigkeit, Wasser zu absorbieren sowie auch ihre Neigung zum Schwellen nehmen ab. Die Wärmehärtung wurde bisher so ausgeführt, daß die Platten entweder in eine geschlossene Kammer untergebracht und darin der Einwirkung von zirkulierender Heißluft ausgesetzt wurden oder einen Tunnelofen passierten. Auch andere, in geringerem Umfange verwendete Verfahren, die sich auf die Übertragung von Wärme durch Konvektion von vorbeiströmender, erhitzter Luft beziehen, können in Frage kommen. Die Wärmehärtung wird im allgemeinen bei Temperaturen von zwischen 145 und 170° C durchgeführt und benötigt gewöhnlich einen Zeitraum von etwa 3 bis 5 Stunden. Die Durchführung einer derartigen, andauernden Wärmebehandlung macht die Verwendung von Anlagen bedeutender Größe notwendig, um große Mengen von Platten zu härten. Hierzu kommt noch die Schwierigkeit, den Wärmehärtungsprozeß genau zu steuern, weil diejenigen chemischen Reaktionen, die eine erhöhte Festigkeit und gesteigerte Wasserresistenz der Platten zur Folge haben, exothermer Natur sind. Da meistens eine sehr große Anzahl Platten gleich-Verfahren zur Wärmehärtung von Holzfaserplatten

Anmelder:

Svenska Cellulosa Aktiebolaget, Sundsvall

(Schweden)

Vertreter:

Dr. F. Zumstein,

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann

und Dipl.-Chem. Dr. R. Koenigsberger,

Patentanwälte, München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:

Lars Einar Fredrik Ewerbring,

Olof Türe Seilström, Sundsvall (Schweden)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 22. Januar 1958 (Nr. 577)

zeitig wärmegehärtet werden, können die dabei entwickelten Wärmemengen so bedeutend werden, daß sie nicht rechtzeitig abgeführt werden können und örtliche Überhitzungen verursachen. Damit eine solche Gefahr möglichst reduziert werden kann, muß die Temperatur der zirkulierenden Luft niedrig gehalten werden, was eine beträchtliche Verlängerung der Härtungszeit zur Folge hat. Weiterhin ist es mit großen Schwierigkeiten verbunden, den Härtungsablauf identisch zu wiederholen, was bedeutet, daß Platten, die zu verschiedenen Zeitpunkten gehärtet wurden, meistens nicht derselben Behandlung unterworfen wurden. Bei derselben Härtungszeit kann z. B. eine Temperaturdifferenz von 10° C die Eigenschaften des fertigen Erzeugnisses in hohem Grade beeinflussen; bei zu hoher Temperatur wird das Erzeugnis hart und spröde, bei zu niedriger Temperatur wird eine nur geringe Verbesserung der Festigkeit, des Sägeschnitts und der Wasserresistenz des Erzeugnisses erzielt.

Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem die geschilderten Schwierigkeit dadurch umgangen werden sollen, daß das Preßverfahren und das Wärmebehandlungsverfahren in einer Arbeitsstufe zusammengelegt werden, d. h., daß die an sich gelegentlich in bekannter Weise beim Pressen zur Entwässerung angewendete Wärmeeinwirkung so verstärkt wird, daß

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die sogenannte »Wärmehärtung« der Faserplatten erfolgt. Bei diesem bekannten Verfahren werden also Formlinge aus Holz, Holzabfällen oder Holzpflanzenteilen dadurch hergestellt, daß sowohl Wärme als auch Druck gleichzeitig zur Anwendung gelangen, und zwar in einer geschlossenen Preßform bei Drükken von 50 bis 300 atü.

Gegenstand der Erfindung dagegen betrifft die Durchführung eines ganz bestimmten Komplexes chemischer Reaktionen in aus verfilzten Holzfasern oder dergleichen gepreßten Formkörpern. Dieses Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß zuerst der Formkörper fertiggepreßt und entwässert wird und erst nach der Fertigstellung zur Erhöhung der Festigkeit und der Wasserresistenz eine Wärmebehandlung durchgeführt wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelangen bei der Auslösung der die Wärmehärtung bewirkenden chemischen Reaktionen in dem praktisch wasserfreien fertigen Formkörpern Infrarotstrahlen zur Anwendung, wobei deren Intensität und Wellenlänge derart eingestellt wird, daß der Oberfläche des Formkörpers eine Temperatur von 140 bis 300° C erteilt und das Innere der Formkörper während einer Zeit von 30 Sekunden bis 30 Minuten, vorzugsweise 50 Sekunden bis 15 Minuten, und zweckmäßig 1 bis 5 Minuten auf einer Temperatur von mindestens 140° C gehalten wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe also dadurch, daß höhere Temperaturen angewendet werden, als die Fachwelt sie im Hinblick auf eine Zerstörung des trockenen Materials bisher für möglich hielt. Durch die Anwendung dieser erhöhten Temperaturen und einer sehr intensiven Wärmeeinwirkung mittels der an sich bekannten Infrarotstrahlen wird aber die Einwirkungszeit so stark verkürzt, daß keine Zerstörung des Materials stattfindet, und daß die für die Wärmehärtung notwendigen chemischen Reaktionen mit einer solchen Geschwindigkeit und Intensität ablaufen, daß wesentlich bessere Ergebnisse als mit den bekannten Verfahren erzielt werden. Darüber hinaus ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens technisch außerordentlich einfach, und die Wirkung der Infrarotstrahlung sehr leicht und betriebssicher zu steuern.

Da die Reaktionen, die bei der Wärmhärtung ablaufen, exotherm sind, muß die Geschwindigkeit der Erhitzung so gesteuert werden, daß die Gefahr einer Entzündung oder Mißfärbung vermieden ist. Dies ist bei der Anwendung von Infrarotstrahlen zu den erfindungsgemäßen Bedingungen sehr leicht möglich, da die Wärmezuführung durch Strahlung sehr einfach gesteuert werden kann. Außerdem kann die Oberfläche der Platten praktisch frei liegen, so daß es möglich ist, im Bedarfsfalle, d. h. bei zu hoher Wärmeentwicklung durch schnellen Ablauf der Reaktionen die zur Entlüftung an sich notwendige Luftströmung auf der Plattenoberfläche zur Abführung der überschüssigen Wärme heranzuziehen. Es ist dadurch sehr einfach möglich, die Wärmeführung entsprechend der Plattendicke zu steuern, derart, daß mit zunehmender Stärke der Platten die Wärmezuführung immer langsamer erfolgt. Es kann die Temperaturführung auch im Hinblick auf das Aussehen und die Eigenschaften der Platten sehr einfach gesteuert werden.

Diese Steuerung erfolgt so, daß die den Formkörpern zugeführte Strahlungsleistung derart abgestimmt wird, daß der Oberfläche eine Temperatur von vorzugsweise 160 bis 250 C, zweckmäßig 180 bis 230° C, erteilt wird. Die dem Formkörper zugeführte Strahlungsleistung liegt dabei durchschnittlich zwischen 1 und 50 kW/m², vorzugsweise 1 und 30, zweckmäßig 5 und 20 kW/m² der Formkörperoberfläche. Dabei kann entweder die Strahlungsleistung den Formkörpern in gleichmäßiger Verteilung während der ganzen Wärmebehandlung zugeführt werden, oder sie kann während des einleitenden Teiles

ίο der Wärmebehandlung am größten sein, um die Reaktion entsprechend schnell auszulösen. Die für die Wärmebehandlung erwünschte Temperatur kann in an sich bekannter Weise mittels an sich bekannter Regulierungsvorrichtungen einreguliert werden, so daß unabhängig von der Anfangstemperatur der zu behandelnden Formkörper die erwünschte Temperatur erhalten werden kann.

Dadurch, daß aber gemäß der vorliegenden Erfindung Infrastrahlung angewandt wird, wird es möglich, die von der Luft gebildete Zwischenstufe zu vermeiden und die Wärme von dem wärmeerzeugenden Medium unmittelbar auf die Platten zu übertragen. Die Wärme wird dabei nicht allein an der eigentlichen Oberfläche der Platten, sondern in einer Oberflächenschicht entwickelt, deren Tiefe von der Wellenlänge der einfallenden Infrarotstrahlen abhängig ist. Dadurch, daß der Wellenlängenbereich des Strahlungsabgebers in möglichst großem Maße nach den langwelligen Bereichen hin abgestimmt wird, d. h. dadurch, daß sogenannte dunkle Strahlung ergriffen wird, wird die Möglichkeit dafür geschaffen, die Wärme auf die Platten schnell und effektiv zu übertragen. Die Erwärmungszeit kann deshalb, wenn genügend Energie zugeführt wird, 1 Minute oder sogar noch kürzer sein. Nachdem die erwünschte Temperatur erreicht worden ist, wird nur so viel Energie zugeführt, die erforderlich ist, damit die Platten diese Temperatur während der erwünschten Zeit beibehalten.

Eine produktionsmäßige Wärmebehandlung von

z. B. Holzfaserplatten gemäß der Erfindung kann prinzipiell so angewandt werden, daß die Platten, nachdem sie die Presse verlassen, unmittelbar unter eine Batterie (eine Rampe) von wärmeabgebenden Elementen gebracht werden. Diese Elemente sollen derart angebracht sein, daß die Platten gleichzeitig von beiden Seiten bestrahlt werden können, damit die Behandlungszeit abgekürzt wird und ein gleichmäßiges Enderzeugnis erhalten werden kann. Jedoch können auch mit Bestrahlung der Platten nur von der einen Seite gute Erfolge erreicht werden. Die Bestrahlungsanlage kann zweckmäßig derart ausgeführt sein, daß die Platten am Einführungsende der Anlage einer verhältnismäßig größeren Energiezufuhr als im nachfolgenden Teil der Anlage ausgesetzt werden.

Dies kann beispielsweise durch eine engere Anbringung der wärmeabgebenden Elemente erreicht werden oder dadurch, daß die Elemente mit einer höheren Spannung belastet werden. Die Platten werden zweckmäßig kontinuierlich an der Wärmerampe vorbei und mit einer solchen Geschwindigkeit gefördert, daß sie bei ihrem Austritt aus der sogenannten Vorwärmezone, unmittelbar einer schwächeren Wärmebestrahlung ausgesetzt werden, so daß die Temperatur der Platten nicht weiter steigt, gleichzeitig aber auch nicht weiter sinkt. Indessen kann die Anordnung auch beispielsweise so sein, daß die Wärmeverteilung und die Bewegungsgeschwindigkeit der Platten gegenüber der Wärmerampe derart abgestimmt werden, daß

die Platten schon am Anfang der Wärmebehandlung die Maximaltemperatur erreichen, um danach während des weiteren Arbeitsganges eine niedrigere Temperatur anzunehmen. Weiterhin kann die Anordnung so beschaffen sein, daß die Platten bei jedem gewünschten Stadium der Wärmebehandlung die Maximaltemperatur beibehalten.

Der Übergang zwischen der Vorwärmezone und der nachfolgenden sogenannten Konstanthaltungszone kann, in Abhängigkeit von dem zur Verfügung stehenden Raum, mehr oder weniger markant ausgeführt werden. Somit ist es möglich, mit einer bedeutend langsameren Vorwärmung zu arbeiten und im extremen Fall die Vorwärmezone ganz wegzulassen und die Temperatur der Platten allmählich bis zum Maximum im Augenblick der Beendigung der Wärmebehandlungsoperation steigen zu lassen.

Gleichfalls ist es möglich, den Platten den erforderlichen Effekt in gleichmäßiger Verteilung während der ganzen Wärmebehandlung zuzuführen. Durch Variation der Kapazität der Vorwärmezone, und damit auch der Erwärmungsgeschwindigkeit, und auch durch gleichzeitige Variation der Bewegungsgeschwindigkeit der Platten ist es möglich, je nach Wunsch den Wärmehärtungseffekt durch den Querschnitt jeder Platte derart zu verteilen, daß teils in der Außenschicht eine kräftige Härtung und in der Mitte eine schwächere Härtung, teils, allmählich eine zunehmend gleichmäßige Wärmehärtung durch die ganze Platte hindurch erreicht wird. Auch kann durch Variation der zugeführten Strahlungsleistung an der Unter- bzw. Oberseite der Platten den Platten an der einen Seite eine kräftigere Härtung erteilt werden. Weiterhin ist es möglich, durch Variation der zugeführten Strahlungsleistung den Platten den erwünschten braunen Farbton zu verleihen. Je kräftiger und dauerhafter die Wärmebehandlung, um so dunkelfarbiger werden die Oberfläche und das Innere der Platten. Hier liegen sehr weite Grenzen für die Farbenverteilung und für die Erreichung des erwünschten Farbtons vor. Der wichtigste Vorteil des neuen Verfahrens gemäß der Erfindung im Vergleich zu anderen Methoden ist jedoch, daß die einzelnen Platten unter genau denselben Bedingungen wärmebehandelt werden, die zu jedem gewünschten Zeitpunkt reproduziert werden können. Unterschiede der Anfangstemperatur der in die Härtungsanlage eingespeisten Platten werden in der Vorwärmezone schnell ausgeglichen, und große Differenzen können mit den beschriebenen Regulierungsanordnungen zur Regulierung der zugeführten Strahlungsleistung leicht kompensiert werden.

Ausführungsbeispiel

Gepreßte Holzfaserplatten wurden durch eine Rampe von Wärmestrahlungselementen geführt, welche die Platten doppelseitig bestrahlten. Die gesamte Strahlungsfläche war 3,5 m² und die insgesamt zugeführte Strahlungsleistung betrug etwa 45 kW. Davon wurden etwa 30 kW über die ganze Bestrahlungsfläche gleichmäßig verteilt, ferner etwa 15 kW zu einer halbmeterlangen Breite der Einführzone konzentriert. Die Platten wurden durch die Anlage mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 m/Minute bewegt. Die Behandlung hatte zum Erfolg, daß die Biegbruchfestigkeit der Platten um 10 bis 15% erhöht wurde und daß die Wasserresistenz der Platten, ausgedrückt in Prozenten Dickenschwellung bei 24stündiger Lagerung in Wasser von 20° C Temperatur, von etwa 40% auf etwa 15 bis 20% sank.

In der Zeichnung wird, im senkrechten Schnitt, eine prinzipielle Bauart einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch veranschaulicht.

1 bezeichnet eine zur Wärmebehandlung bestimmte Platte, die mittels Walzen 2 mit gleichmäßiger Geschwindigkeit zwischen zwei Rampen von wärmestrahlungsabgebenden Elementen 3 hinein- bzw. hinausgeführt wird. Um die Strahlungsverluste zu vermindern, sind hinter den Elementen 3 Reflektoren 4 angebracht. Die Platte 1 wird mit Hilfe von Querstangen oder Rollen 5, auf denen die Platte während ihrer Passage durch die Anlage ruht, in konstanter Entfernung von den Elementen 3 gehalten. In geeigneter Entfernung voneinander sind Antriebsrollen 6 für das Vorwärtsbewegen der Platte vorgesehen. Der ganze Wärmebehandlungsraum ist zur Erreichung einer guten Wärmeökonomie von einer Isolationsschicht 7 umgeben. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist die Anlage in zwei Sektionen A und B aufgeteilt. Die in der Vorschubrichtung der Platte früher gelegene Sektion A ist mit einer größeren Anzahl wärmestrahlungsabgebender Elemente 3 versehen und dient als Vorwärmezone. Die nachfolgende Zone B enthält weniger Wärmestrahlungsabgebende Elemente 3, und in dieser letzteren Zone wird die endgültige Temperatur eingestellt und aufrechterhalten, ehe die Platte aus der Anlage hinausgeführt wird. Die Zonen A und B können in eine beliebige Anzahl Sektionen, mit oder ohne Zwischenräume zwischen einander, aufgeteilt werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wärmehärtung von durch Pressen von locker verfilzten Faserbogen hergestellten, praktisch trockenen, harten Holzfaserplatten oder dergleichen fertiggepreßten Formkörpern zur Erhöhung deren Festigkeit und Wasserresistenz, wobei die Umwandlung vorwiegend auf thermischem Wege bei hohen Temperaturen vorgenommen wird, dadurchgekennzeichnet, daß bei der Auslösung der diese Wärmehärtung bewirkenden chemischen Reaktionen in den praktisch wasserfreien fertigen Formkörpern Infrarotstrahlung zur Anwendung gelangt, wobei deren Intensität und Wellenlänge derart eingestellt wird, daß der Oberfläche des Formkörpers eine Temperatur von 140 bis 300⁰C erteilt und das Innere der Formkörper während einer Zeit von 30 Sekunden bis 30 Minuten, vorzugsweise 50 Sekunden bis 15 Minuten und zweckmäßig 1 bis 5 Minuten auf einer Temperatur von mindestens 140° C gehalten wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsleistung den Formkörpern in gleichmäßiger Verteilung während der ganzen Wärmebehandlung zugeführt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Formkörpern zugeführte Strahlungsleistung derart abgestimmt wird, daß sie während des einleitenden Teils der Wärmebehandlung am größten ist.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Wärmebehandlung erwünschte Temperatur in

an sich bekannter Weise mittels an sich bekannter Regulierungsvorrichtungen einreguliert wird, so daß unabhängig von der Anfangstemperatur der zu behandelnden Formkörper die erwünschte Temperatur erhalten werden kann.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in an sich bekannter Weise kontinuierlich unter Vorwärtsbewegung derForm-

körper an den wärmeabgebenden Elementen vorbei ausgeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 003 113; deutsche Patentschriften Nr. 966 023, 841 055; britische Patentschrift Nr. 611122; Zeitschrift »Elektrizitätsverwertung«, Jg. 1946/47. S. 269 bis 284.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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