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Brett aus kUnstlichem Holz, insbesondere
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fUr Bauzwecke, und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung
betrifft kUnstliches Holz, insbesondere Holz fUr Bauzwecke, sowie speziell ein längliches
Brett aus kUnstlichem Holz (fur Bauzwecke), das eine Festigkeit aufweist, die mit
Bauholz vergleichbar ist.
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Es ist bekannt, daß Kunstholzbretter hergestellt werden können durch
gemeinsames Verpressen einer Mischung aus Holzfasern und Klebstoff unter Anwendung
von Temperatur und Druck unter Bildung einer Preßspanplatte und dgl. Ein Problem,
das bei solchen Brettern bzw. Platten auftritt, besteht darin, daß sie eine verhältnismaßig
geringe Festigkeit besitzen.
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Bei einem Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit des Brettes wurden
sich in Längsrichtung erstreckende Verstarkungselemente, wie Glasfasern, in das
Brett eingeführt. Beispiele fUr ein solches verstärktes künstliches Holz (Kunstholz)insbesondore
fur Bauzwecke sind in den US-Patentschriften 3 890 077 und 2 847 733 angegeben.
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Ein Problem, das bei verstärktem Holz auftritt, besteht darin, daß
es teuer ist wegen der Bearbeitung sowie wegen der Kosten für das Verstärkungsmaterial
selbst.
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Bisher wurde manchmal ein Schlichtungsharz zuerst auf die Holzteilchen
aufgebracht, um die Menge an Harzen oder Klebstoffen, die zum Verkleben der Holzteilchen
miteinander bei der Herstellung von Spanplatten erforderlich ist, minimal zu halten.
Derartige Beispiele sind in den US-Patentschriften 3 287 479 und 3 958 467 angegeben.
Beispiele fUr andere typische Spanplatten sind in den US-Patentschriften 3 202 743,
3 245 867 und 3 493 527 angegeben.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Brett bzw. eine Platte
aus künstlichem Helz (Kunstholr), insbesondere fUr Bauzwecke, sowie ein Verfahren
zur Herstellung des Kunstholzbrettös bzw.
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der Kunstholztafel.
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Ein längliches (Langgestrecktes) Brett aus kunstlichem Holz (Kunctholz),
insbesondere fUr Bauzwecke, hat eine Länge, die größer ist als die Breite und die
Dicke. Eine Mischung von unregelmäßig geformten länglichen Holzsplittern bzw. Holzsspänen
ist im wesentlichen entlang der Länge des Brettes ausgerichtet. Ein wesentlicher
Anteil der Splitter bzw. Späne hot eine Länge von etwa 5,08 bic etwa 25,4 cwi-(2
bis 1-0 inches). Die Fasern, welche die Splitter bzw. Späne aufbauen, verlaufen
parallel zu der Lange der Splitter bzw. Späne du sie aus einem Stamm herausgeschnitten
worden sind mittels einer Schneideklinge, die sich senkrecht zur Länge des Stammes
bewegt, wenn sie in den Stamm einschneidet. Die Splitter
bzw. Späne
werden getrocknet und auf ihre Oberfläche wird ein Schutzmittel (Abdichtungsmittel)
aufgebracht, um das Eindringen eines Klebstoffes in die Splitter bzw. Späne, wenn
dieseranschließend aufgebracht wird, minimal zu halten. Das Klebstoffbindemittel
wird auf die unregelmäßig geformten, mit dem Schutz-Uberzug versehenen Splitter
bzw. Späne aufgebracht und die Splitter bzw. Späne werden zusammen mit dem Klebstoffuberzug
zu einer Verfilzungskonfiguration gepreßt, wobei gehärtete Schichten aus durchgehenden
Verstärkungslinien entstehen, die entlang der Lunge des Brettes verlaufen. Als Folge
davon, daß der Querschnitt der Splitter bzw. Späne bis zu 1,91 cm (3/4 inch) breit
ist, bilden die gehärteten Klebstoffschichten eine Wabenkonfiguration, die entlang
der Länge des Brettes verläuft. Die Klebstoffschicht kann auf jede geeignete Weise,
beispielsweise durch Erhitzen, gehärtet werden. Als Folge des Pressens des Brettes,
der Verfilzung der Splitter bzw. Späne und der verstärkenden Klebstoffschichten
entsteht ein Brett für Bauzwecke (Bau brett) mit einer Festigkeit, die mit derjenigen
von Weymouthskiefer oder Douglasfichte vergleichbar ist.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Brett aus kUnstlichem
Holz, insbesondere für Bauzwecke, zu schaffen, das strukturell stark ist und Bearbeitungseigenschaften
hat, die Naturholz ähneln.
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Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zur Herstellung von künstlichen Holz, insbesondere für Bauzwecke, mit beliebigen
Dimensionen, das eine Festigkeit aufweist, die mit derjenigen von Bauholz vergleichbar
ist, wie z.B. demjenigen aus der Südlichen @eymauthekiefer oder Douglasfichte, zu
entwickeln.
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Ziel der Erfindung ist es schließlich, ein Brett aus kUnstlichem Holz
(Kunstholz), insbesondere fUr Bauzwecke, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung
anzugeben, das wahrend seiner Herstellung leicht behandelt werden kann, um es feuerbeständig
und verrottungsbeständig zu machen.
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Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die ein erfindungsgemäß aufgebautes
Kunstholzbrett erläutert; Fig. 2 eine Stirnansicht des langlichen Kunstholzbrettes
gemäß Fig. 1; Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht, welche das Herausschneiden
der länglichen Splitter bzw. Späne aus einem Stamm erläutert, wobei sich die Schneideklinge
senkrecht zur Länge des Stammes bewegt; und Fig. 4 eine perspektivische Ansicht,
die einen typischen Stapel (Haufen) von Splittern bzw. Spänen und ihre Größe erläutert,
wie sie zur Herstellung des Kunstholzbrettes gemäß Fig. 1 verwendet werden.
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Gegenstand der Erfindung ist ein längliches Brett aus künstlichem~
Holz, insbesondere für Bau zwecke, dessen Länge größer ist als die
Breite
und die Dicke. Das Brett besteht, aus einer Mischung aus unregelmäßig geformten
länglichen Holzsplittern bzw. Holzspänen, die im wesentlichen entlang der Länge
des Brettes ausgerichtet sind. Ein wesentlicher Anteil der Mischung umfaßt Splitter
bzw. Späne mit einer Länge von etwa 5,08 bis etwa 25,4 cm (2 bis 10 inches). Die
Splitter bzw. Späne werden zu einer verfilzten bzw. verzahnten Konfiguration gepreßt
mit dem Klebstoffuberzug unter Bildung von gehärteten Schichten'zwischen den Splittern
bzw. Spänen, welche die Splitter bzw. Späne in der verfilzten bzw. verzahnten Konfiguration
festhalten. Die geharteten Schichten haben eine Wabenkonfiguration, wodurch durchgehende
Verstärkungslinien entlang der Länge des Brettes entstehen.
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In der Fig. 3 der beiliegenden Zeichnungen ist ein rotierender Schneidekopf
10 erläutert, der Splitter bzw. Späne 12 aus-einem Kieferstamm 14 herausschneidet.
Es sei darauf hingewiesen, daß sich der Schneidekopf senkrecht zu der Faser oder
Länge des Stammes bewegt, so daß die Splitter bzw. Späne 12 eine Länge von bis zu
25,4 cm (10 inches) oder 14,5 cm (12 inches) und einen Querschnitt von bis zu etwa
1,91 cm (3/4 inch) aufweisen.
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Durch Herausschneiden der Splitter bzw. Späne aus dem Stamm senkrecht
zu der Länge wird bewirkt, daß die Splitter bzw. Späne unregelmäßig geformt sind,
wobei ihre Fasern entlang der Länge der Splitter bzw. Späne ausgerichtet sind.
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Die Fig. 4 erläutert einen typischen Stapel (Haufen) von Splittern
bzw. Spänen, die aus einem Stamm herausgeschni-¢ten worden sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben 60 bis 70 Skder
herausgeschnittenen
Splitter bzw. Späne eine Länge von 5,08 bis 20,32 cm (2 bis 8 inches). Die restlichen
30 bis 40 % der Splitter bzw. Späne sind normalerweise kleiner als 5,08 cm (2 inches)
und sie dienen als FUllstoffe, wenn sie zur Herstellung des Kunstholzbrettes gepreßt
werden.
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Nachdem die Splitter bzw. Späne aus dem Stamm herausgeschnitten worden
sind, werden sie bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 10 % getrocknet und
auf die Splitter bzw. Späne wird ein Schutzmittel bzw. Abdichtungsmittel aufgesprüht.
Die Splitter bzw. Späne werden in einer Trommel bewegt, um sie mit dem Schut-zmittel
bzw. Abdichtungsmittel gleichmäßig zu Uberziehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird Natriummetasilikat zum
Uberziehen der Splitter bzw. Späne verwendet. Das handelsübliche Natriummetasilikat,
das von der Firma E.I. DuPont Co. bezogen werden kann und das nachfolgend als Natriumsilikat
Nr. 16 bezeichnet wird, wird bis auf einen Feststoffgehalt von etwa 20 % verdUnnt.
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Die Verdünnung wird deshalb durchgefUhrt, um die Lösung mit den derzeit
verf Ugbaren Vorrichtungen-leicht verspruhbar zu machen.
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Normalerweise wird das Natriummetasilikat-Spray in einer Menge von
3 bis 5 Gew.-% Holzfeststoffen auf die Splitter bzw. Späne aufgebracht. Selbstverständlich
können auch andere geeignete konventionelle Schlichtungsmittel für die Splitter
bzw. Späne verwendet werden.
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Nachdem das Schutzmittel bzw. Abdichtungsmittel auf die Splitter bzw
Späne aufgebracht worden ist, werden die Splitter bzw.
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Späne in einer Trommel bewegt und getrocknet, wonach zur Bildung eines
versteifenden Oberflächenüberzugs auf den Splittern bzw.
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Spänen ein Klebstoff auf dieselben aufgebracht wird. Da die Splitter
bzw. Späne mit dem Natriummetasilikat behandelt worden sind, haftet der Klebstoff
an der Oberfläche der Splitter bzw.
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Späne anstatt in das Holz einzudringen. Es kann jeder geeignete konventionelle
Klebstoff und Katalysator eingesetzt werden, wie er normalerweise zur Herstellung
von Spanplatten verwendet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Klebstoff
um ein modifiziertes und sulfoniertes Phenol-Formaldehyd-Harz mit einem Härtungskatalysator.
Ein typisches Harz wird hergestellt von der Firma Georgia Pacific Corporation und
ist im Handel unter der Bezeichnung GP-5103 erhältlich. Beim normalen Uberziehen
werden 49,9 kg (110 pounds) Klebstoff, bezogen auf.
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100 s Feststoffe, zum Uberziehen von 998,8 kg (2200 pounds) Kiefernholz-Splittern
bzw. -Spänen zur Herstellung eines 305 m (1000 feet)-Holzbrettes verwendet. Nachfolgend
ist eine typische Mischung aus Holz, Klebstoff, FUllstoff und Katalysator zur Herstellung
eines 305 m (1000 feet)-Brettes aus künstlichem Holz (fUr Bauzwecke) angegeben:
998,8 kg (2200 lbs) Splitter bzw. Späne, überzogen mit Natriummetasilikat, 92,5
kg (203,7 lbs) flussiger Klebstoff GP-5103 mit 54 s Feststoffen, 4,6 kg (10,18 lbs)
Katalysator, bei dem es sich um eine wäßrige Lösung einer organischen Säure, wie
z.B. GP x 1091/62, vertrieben von der Firma Georgia Pacific Corporation, handelt,
18,5
kg (40,7 lbs) Calciumcarbonat-FU11stoff, der der Klebstofflinie in dem Holz zusätzliche
Festigkeit verleiht.
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Die vorstehend angegebene Mischung wird bei einem Druck von etwa 42,4
kg/cm² (600 psi) gepreßt und bei 163°C (325°F) gehärtet.
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Nachdem die Splitter bzw. Späne mit dem Klebstoff beschichtet worden
sind, werden sie unter Anwendung von Druck auf einer Endlos-Brettherstellungsvorrichtung,
wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 3 890 077 beschrieben ist, gepreßt
oder sie können unter Anwendung von Druck auf einer konventionellen Preßplattenherstellungspresse
gepreßt werden. Normalerweise wird 2 auf alle Seiten des Brettes ein Druck von 28,1
bis 49,2 kg/cm2 (400 bis 700 psi) angewendet. Bevor die Splitter bzw. Späne gepreßt
werden, werden sie manuell oder mechanisch entlang der gewünschten Länge des Brettes
ausgerichtet.
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Nachdem die Splitter bzw. Späne zu der Form des gewünschten Brettes
gepreßt worden sind, läßt man Wärme auf das Brett einwirken, um' den Klebstoff zu
härten und die Splitter bzw. Späne in ihrer Position zu fixieren. Wenn die länglichen
Splitter bzw.
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Späne gepreßt werden, verfilzen bzw. verzahnen sie sich ineinander
aufgrund ihrer unregelmäßigen Gestalt, wobei die Enden. einiger Splitter bzw. Späne
um die Enden benachbarter Splitter bzw.
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Späne umgebogen werden.
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Die gehärtete Klebstoffschicht nimmt die Konfiguration einer Bienenwabe
(Wabe) an, wie in der Fig. 2 erläutert, die sich Uber die Länge des Brettes erstreckt,
wodurch der Elastizitätsmodul
erhöht wird.
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Es wurden die nachfolgend beschriebenen Tests mit Brettern durchgeführt,
die Ublicherweise als 2 x 4-Bretter bezeichnet werden, die eine Querschnittsdimension
von 3,81 cm x 8,26 cm (1 1/2 inch x 3 1/4 inch) und eine Länge von etwa 106,68 cm
(42 inches) haben.
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Test Nr.
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1. Brett,hergestellt Uberwiegend aus Weymouths-Kiefer-Sägespänen:
128 360 Elastizitätsmodul 164 232 108 462 durchschnittlicher Elastizitätsmodul:
132 351 2. Brett, hergestellt Uberwiegend aus Weymouths-Kiefer-Sägespänen bis zu
einer Länge von 1,27 cm (1/2 inch), einer Breite von 1,27 cm (1/2 inch) und einer
Dicke von 0,32 cm (1/8 inch): 398 291 Elastizitätsmodul 209 339 421 757 durchschnittlicher
Elastizitätsmodul: 343 129 3. Brett, hergestellt aus Weymouths-Kiefer - einer Misciung
aus etwa 50 56 Pallman- und 50 % Bauer-Fasern; Fasern mit einer Länge von bis zu
2, 54 cm (1 inch) und Schnitzel und Teilchen aus Sägespänen bis zu einer Größe von
1,27 cm x 1,27 cm x 1,91 cm (1/2 inch x 1/2 inch x 3/4 inch):
306
232 Elastizitätsmodul 128 302 286 138 146 521 durchschnittlicher Elastizitätsmodul:
216 798.
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4. Brett, hergestellt aus verbrauchten Hercules-Fasern, die aus 'be
arbeiteten KieferstUmp fen erhalten werden; Fasern einer -Länge von 1,27 bis 1,91
cm (1/2 bis 3/4 inch) mit einem Faserquerschnitt: 267 000 Elastizitätsmodul 197
000 394 000 durchschnittlicher Elastizitätsmodul: 286 000.
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5. Brett, hergestellt aus Douglasfichten-Teilchen einer Länge von
2,54 bis 5,08 cm (1 bis 2 inch), einer Breite von 0,64 bis 0,85 cm (1/4 bis 1/3
inch) und einer Dicke von 0,04 cm (1/64 inch): 521 242 Elastizitätsmodul 6. Brett,
hergestellt aus kurzen Cyclus-Sycomore-Spänen, die mit einem flachen Kopf herausgeschnitten
wurden, einer Länge von 2,54 bis 10,16 cm (1 bis 4-inches), wobei 80 % innerhalb
des Bereiches von 5,08 bis 10,16 cm (2 bis 4inches) liegen, einer Breite von 0,32
bis 1,91 cm (1/8 bis 3/4 inch) und einer Dicke von 0,08 bis-0,32 cm (1/32 bis 1/8
inch):
622 424 Elastizitätsmodul 653 231 637 500 durchschnittlicher
Elastizitätsmodul: 637 718 7. Brett, hergestellt aus Kiefernspänen: 80 % zwischen
5,08 und 12,70 cm (12 bis 5 inches) lang, Späne mit einer Dicke von bis zu 1,27
cm (1/2 inch): 756 548 Elastizitätsmodul 796 341 788 000 631 000 durchschnittlicher
Elastizitätsmodul: 742 920.
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8. Brett, hergestellt aus Kiefernspänen: 75 s mit einer Länge von
15,24 bis 20,32 cm (6 bis 8 inches), 25 fi mit einer willkürlichen Länge von bis
zu 15,24 cm (6 inches), einer Dicke von bis zu 0,64 cm (1/4 inch), einer Breite
von bis zu 1,91 cm (3/4 inch): 1 074 000 Elastizitätsmodul 1 099 900 976 500 884
300 durchschnittlicher Elastizitätsmodul: 1 008 450.
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9. Brett, hergestellt aus Kiefernspänen: 75 s mit einer Länge von
5,08 bis 25,4 cm (2 bis 10 inches), einer Dicke von 0,64 cm (1/4 inch) und einer
Breite von 0ç64 bis 1,91 cm (1/4 bis 3/4 inch):
1 231 000 Elastizitätsmodul
982 500 734 250 durchschnittlicher Elastizitätsmodul: 986 000.
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Der Elastizitätsmodul fUr die verschiedenen vorstehend angegebenen
Bretter steigt an mit der Länge der Splitter bzw. Späne bis zu einem Wert von etwa
20,32 cm (8 inches).
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Als Folge davon, daß die Splitter bzw. Späne unregelmäßig geformt
sind, entsteht noch dem Formen und Pressen ein Wellen- oder Holzmaserungseffekt,
so daß keine definierte Scherebene entlang des Brettes 16 vorhanden ist. Die Klebstofflinie
18, die sich Uber das Brett erstreckt, hot die Form einer Wabenkonfiguration 20,-die
sich Uber die Länge des Brettes erstreckt. Dies ist eine Folge davon, daß der Klebstoff
auf der Oberfläche des Holzes geformt wird anstatt in die Holzsplitter bzw. -späne
einzudringen.
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Wie weiter oben erwähnt, dringt der Klebstoff (Leim) nicht in die
Holzsplitter bzw. -späne ein, da die Splitter bzw. Späne mit einem Schutzmittel
bzw. Abdichtungsmittel, wie Natriummetasilikat, überzogen sind. Der Vorteil der
Verwendung von Natriummetasilikat besteht darin, daß es die Splitter bzw. Späne
steifer macht. Der CalciumcarbonatfUllstoff, der dem Klebstoff zugesetzt wird, verleiht
der Klebstofflinie eine zusätzliche Festigkeit.
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Da die Splitter bzw. Späne aus Holz bestehen, kann das Kunstholzbrett
ähnlich wie natUrliches Holz genagelt und gesägt werden und es ist deshalb fUr das
Bauhandwerk akzeptabel. FUr'die Herstellung der Splitter bzw. Späne ist nur wenig
Ehergie erforderlich
und fUr die gesamte Herstellung wird nur eine
minimale Energiemenge angewendet. Das heißt mit anderen Worten, das Kunstholzbrett
stellt im wesentlichen eine Nachbildung des Naturproduktes dar, so daß die Holzsplitter
bzw. -späne dem Wachstum im FrUhjahr und die Klebstoff-Wabenkonfiguration dem Wachstum
im Sommer des natUrlichen Holzes entsprechen.
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Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäß hergestellten Kunstholzbrettes
besteht darin, daß es leicht feuerbeständig (flammwidrig) gemacht werden kann durch
Zugabe von Aluminiumhydrat zu dem Klebstoff, um die Klebstofflinie feuerbeständig
(flammwidrig) zu machen, und durch Behandlung der Splitter bzw. Späne mit Aluminiumphosphat.
Das Kunstholzbrett kann noch stärker feuerbeständig (flammwidrig) gemacht werden,
da diese Splitter bzw. Späne auf wirksame Weise mit dem feuerbeständig bzw. flammwidrig
machenden Mittel Uberzogen werden können.
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Das Holz kann ebenfalls verrottungsbeständig gemocht werden durch
eine ähnliche Behandlung der Splitter bzw. Späne mit irgendeinem geeigneten Verrottungs-
bzw. Fäulnisverzögerungsmittel, wie Pentachlorphenol.
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Die in der Fig. 4 gezeigten Splitter bzw. Späne sind in einem durch
das Lineal mit der Angabe in cm bzw. inches dargestellten Maßstabe gezeichnet, um
einen typischen Stapel- bzw. Haufen von Splittern bzw. Spänen zu erläutern, wie
sie zur Herstellung des Kunstholzbrettes 16 verwendet werden. In entsprechender
gleise ist die Stirnseite des Brettes 16 in einem Maßstabe gezeichnet, wie er durch
das
angelegte Lineal mit cm- bzw.inch-Einteilung angezeigt wird.
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Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte
Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch fur den Fachmann selbstverständlich,
daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht
abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden
Erfindung verlassen wird.
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L e e r s e i t e