-
-
Beschreibung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine imprägnierte Lagenholzplatte,
insbesondere Sperrholzplatte, erhältlich durch Imprägnieren der einzelnen Holzschichten
mit einer Imprägnierlösung, anschließendes Trocknen und Verkleben der einzelnen
Holzschichten mit einem Kunstharzleim unter Druck- und Wärmezufuhr.
-
Lagenholzplatten, wie etwa Sperrholz, finden vielfältige Verwendung.
Die Verwendbarkeit wird in einigen Bereichen allerdings eingeschränkt durch die
Verzugsspannungen, die sich in den Platten als Folge der von Furnier zu Furnier
unterschiedlich starken Quell- und Schwindungskräfte ergeben, und durch die Maßänderungen,
denen die Platten trotz Absperrwirkung der abwechselnd längs und quer geschichteten
Furniere auch bei Feuchtigkeitsänderungen in Länge und Breite unterliegen. Dies
gilt z.B. bei der Verwendung von Sperrholz für Prüf- und Kontrollvorrichtungen,
für Stanzformen und zum Teil auch für Gießereimodelle. Es wurden verschiedene Methoden
zur Dimensionsstabilisierung von Holz und Holzwerkstoffplatten, wie etwa Sperrholz
und Schichtholz, entwickelt. In der Praxis durchgesetzt haben sich bislang nur Sperrholz-
und Schichtholzplatten, die durch Imprägnierung mit Zweikomponentenkunstharzen,
insbesondere Phenol-Formaldehyd-Harzen, vergütet sind.
-
Beispielsweise beschreibt die DE-AS 16 53 006 ein Verfahren zur Herstellung
von imprägnierten Schichtholzplatten durch Einlagerung eines Zweikomponenten-Kunstharzes
in die Zellwände durch eine Vakuum-Imprägnierung der einzelnen Holzlagen mit nachfolgender
Trocknung und Verklebung unter Druck- und Wärmezufuhr, bei dem die Holzlagen vor
dem Kleben mit der einen Komponente des Zweikomponenten-Kunstharzes imprägniert
werden und nach dem Trocknen die andere Komponente dieses Kunstharzes zusammen mit
einem Klebemittel auf die Holzlagen aufgebracht wird.
-
Als Zweikomponenten-Kunstharz werden hierbei insbesondere Formaldehydharze,
etwa Phenol-Formaldehyd- oder Resorcin-Formaldehyd-Harze und Harnstoff-Formaldhyd-Harze
bevorzugt, wobei die Holzschichten mit der vom Formaldehyd verschiedenen Komponente
imprägniert werden.
-
Die US-PS 23 21 258 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Lagenholzplatten
mit geringer Quellfähigkeit, bei dem ein Kunstharz in die Zellwände des Holzes eingelagert
wird. Das Einlagern der Kunstharze erfolgt durch Tränken, gegebenenfalls im Hochvakuum,
mit einer Lösung aus gleichen Teilen an Phenol, Formaldehyd und Wasser zusammen
mit einem geeigneten Katalysator. Bei der sich an die Trocknung der imprägnierten
Holzlagen anschließenden Verklebung bei Temperaturen von 150 bis 1800 C vollzieht
sich die Bildung bzw. Kondensation des-Kunstharzes aus den bis dahin nichtreaktionsfähigen
Komponenten unter Einwirkung der Wärmezufuhr. Die getränkten Holzschichten werden
quasi plastisch und verlieren aufgrund der aufgebrachten Drucke ihre ursprüngliche
Holzstruktur, so daß ein sogenanntes Preßholz mit gegenüber normalen Lagenholzplatten
geänderten Eigenschaften entsteht. Aufgrund der hohen Kunstharz-Gehalte und der
beim Verpressen erfolgten Verformung verlieren diese Platten ihr ursprüngliches
Aussehen, ihre normalen Eigenschaften, wie z.B.
-
ihre Nagelfähigkeit, und nehmen statt dessen vom eingelagerten Kunstharz
bestimmte Eigenschaften, wie z.B.
-
große Oberflächenhärte, an.
-
Das Imprägnieren von Holzwerkstoffplatten mittels Kunstharzen, etwaPhenol-
oder Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, ist mit einer Reihe von Problemen bzw. Nachteilen
verbunden. Beispielsweise führt die Formaldehyd-Komponente während der Herstellung
solcher Platten zu einer zum Teil intensiven Geruchsbelästigung, Schleimhautreizungen
und gegebenenfalls auch zu Gesundheitsgefährdungen.
-
Weiterhin tritt bei kunstharzimprägnierten Holzwerkstoffplatten unter
Beeinträchtigung der Elastizität eine Ver-
sprödung des Materials
ein, so daß die Bearbeitungskanten zum Aussplittern neigen. Eine Folge der Beeinträchtigung
der Elastizität ist außerdem eine reduzierte Klemmwirkung, wenn in derartige Platten,
die als Stanzformen Verwendung finden sollen, Stanzmesser in entsprechende Einschnitte
eingesetzt werden. Ferner sind Lagenholzplatten, die etwa durch Phenolharzimprägnierung
behandelt sind, beispielsweise darin nachteilig, daß sie für die Bearbeitung mit
Laserstrahlen zum Schneiden der Platten nicht geeignet sind, da das Phenolharz thermisch
zu stabil ist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine imprägnierte
Lagenholzplatte bereitzustellen, die weitgehend spannungsfrei ist und eine hohe
Dimensionsstabilität besitzt, die natürliche Elastizität des Holzes behält und gute
Laserschnittbearbeitbarkeit aufweist.
-
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Lagenholzplatte der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß die Holzschichten mit einer monomeren Harnstoff
enthaltenden Lösung imprägniert werden.
-
Die erfindungsgemäßen Lagenholzplatten, wie etwa Sperrholz- oder Schichtholzplatten,
bei denen unvernetzter Harnstoff in die Zellwände eingelagert ist, der auch nachträglich
keine Umwandlung in Harnstoff-Formaldehydharz erfordert, weisen eine starke Reduzierung
der feuchtigkeitsabhängigen Längen- und Breitenmaßänderungen auf, bei gleichzeitiger
Erhaltung der natürlichen Elastizität des Holzes und guter Laserschnittbearbeitbarkeit.
-
Die erfindungsgemäßen Lagenholzplatten sind insbesondere mit folgenden
Vorteilen verbunden: 1. Eine Imprägnierung mit Harnstoff ist billiger als die herkömmliche
Imprägnierung mit Kunstharzen.
-
2. Harnstoff ist im Anlieferungszustand nahezu unbegrenzt lagerfähig.
Die zur Imprägnierung dienenden Harnstoff-
lösungen unterliegen
keiner chemischen Veränderung.
-
Dahingegen besitzen herkömmliche Harnstofftränkharze eine geringe
Lagerfähigkeit, so daß oft schon nach wenigen Tagen ein Ausfallen des Harzes durch
Nachkondensation eintritt.
-
3. Monomerer Harnstoff ermöglicht aufgrund seiner geringen Molekülgröße
ein besonders gutes Eindringen in die Zellwände des Holzes. Dadurch ergibt sich
eine besonders günstige Dimensionsstabilisierung.
-
4. Die Harnstoffimprägnierlösung enthält kein Formaldehyd, auch ist
es nicht erforderlich, zu einem späteren Zeitpunkt während der Herstellung der Platten,
etwa bei der Verklebung, Formaldehyd zuzusetzen bzw.
-
formaldehydhaltige Kleber zu verwenden. Der Tatsache, daß kein Formaldehyd
verwendet wird und aus Gründen der Dimensionsstabilisierung keine formaldhydhaltigen
Kleber erforderlich sind, kommt in Anbetracht der gegenwärtigen Diskussion über
die Gesundheitsrisiken beim Umgang mit Formaldehyd besondere Bedeutung zu.
-
Bei der herkömmlichen Herstellung von Platten mit Harnstoff-Formaldehydharzimprägnierungen
führt Formaldehyd zu intensiver Geruchsbelästigung, Schleimhautreizungen und gegebenenfalls
auch zu Gesundheitsgefährdungen am Arbeitsplatz. Bei einem Verfahren, bei dem die
Formaldehyd-Komponente eines Zweikomponenten-Kunstharzes zusammen mit dem Klebemittel
auf die mit der anderen Komponente imprägnierten Holzlagen aufgebracht wird, ist
im Klebemittel eine Zusatzmenge Formaldehyd erforderlich, die zu ähnlichen Belästigungen
bzw. Beeinträchtigungen führt.
-
5. Bei der Imprägnierung mit monomerem Harnstoff gibt es beim Laserschnitt,
bei dem das Imprägniermittel im Bereich der Schnittfuge thermisch zersetzt wird,
keine Zersetzungsprodukte, die in der dabei vorkommenden Konzentration physiologisch
bedenklich sind. Aus dem
Imprägniermittel wird im Gegensatz zur
Harnstoff-Formaldehydharzimprägnierung beim Laserschnitt kein Formaldehyd freigesetzt.
-
6. Eine Imprägnierung mit monomerem Harnstoff setzt dem Laserschnitt
kaum einen erhöhten Widerstand entgegen, so daß die in dieser Weise vergüteten Platten
im Gegensatz zu kunstharzimprägnierten Platten genauso präzise und mit etwa gleicher
Geschwindigkeit geschnitten werden können wie normales Sperrholz.
-
7. Während bei herkömmlichen, kunstharzimprägnierten Holzwerkstoffplatten
eine Versprödung des Materials eintritt, wird bei erfindungsgemäßen Lagenholzplatten
die Elastizität und Festigkeit des Holzes kaum beeinträchtigt. Die erfindungsgemäßen
Platten zeichnen sich deshalb durch splitterfreie Bearbeitungskanten aus.
-
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Platten für Stanzformen, bei
der nach dem Anbringen von Einschnitten in die Platten Stanzmesser eingedrückt werden,
werden diese Messer von den erfindungsgemäßen Platten einwandfrei festgehalten,
während die Stanzmesser von Platten mit den spröderen, unelastischeren Kunstharzimprägnierungenweniger
gut und dauerhaft gehalten werden.
-
8. Die erfindungsgemäßen Lagenholzplatten sind infolge der Verminderung
des Schwindungs-und Quellungspotentials der einzelnen Holzschichten spannungsarm
und dadurch weitgehend verzugsfrei.
-
9. Die erfindungsgemäßen Lagenholzplatten zeigen bei Erwärmung, wie
sie beispielsweise beim Stanzen mit Stanzformen auftritt, in der Plattenebene, auf
die es dabei ankommt, also in Länge und Breite, im Vergleich zu unvergüteten Platten
um 60 bis 65 % reduzierte Schrumpferscheinungen.
-
10. Bei Lagerung bei erhöhter relativer Luftfeuchtigkeit zeigen die
erfindungsgemäßen Platten im Vergleich zu herkömmlichen, unvergüteten Platten eine
um 50 bis 60 % reduzierte Quellung.
-
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Lagenholzplatten finden insbesondere
solche Holzarten Verwendung, die wegen ihrer vorteilhaften Härte und Festigkeit
günstige Voraussetzungen für die Herstellung von Sperrholz- und Schichtholzplatten
zur Verwendung als Stanzformen, Werkzeuge, Vorrichtungen und Modelle besitzen und
deren Quell- und Schwindungsverhalten andererseits aber bei unvergüteten Platten
bei solchen Verwendungen Schwierigkeiten bereitet. Dies betrifft beispielsweise
die Holzarten Rotbuche, Birke und Ahorn. Andererseits können aber auch Holzarten
mit von Natur aus günstigem Quell- und Schwindungsverhalten durch die erfindungsgemäße
Imprägnierung zusätzlich stabilisiert werden.
-
Als Holzschichten können beispielsweise Furniere aller üblichen Dicken
von 0,5 bis 6,0 mm Dicke verwendet werden, wie sie durch Schälen, Messern und Sägen
hergestellt werden. Zur Imprägnierung können sowohl trockene als auch feuchte Furniere
verwendet werden. Aus Energieersparnisgründen empfiehlt es sich, die Furniere nicht
so weit herunterzutrocknen, wie es bei Furnieren üblich ist, die direkt zur Sperrholz-
oder Schichtholzherstellung verwendet werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen,
die Holzschichten zumindest bis zur Erreichung des Fasersättigungspunktes zu trocknen,
d.h., das in Zellhohlräumen befindliche Wasser zu entfernen, um jede Beeinflussung
der Konzentration der Harnstofflösung zu vermeiden. Dementsprechend werden die Holzschichten
bzw. -lagen vorzugsweise auf eine Holzfeuchtigkeit von etwa 15 bis 25 % getrockent.
Die Imprägnierung der Holzschichten erfolgt in geeigneter Weise durch Tränken mit
einer wäßrigen Harnstofflösung. Das Tränken kann durch Tauchtränkung erfolgen; um
die Imprägnierung in einer kürzeren Zeit zu be-
wirken, ist es
bevorzugt, das Tränken unter Vakuum vorzunehmen. Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen
Lagenholzplatte mit den obengenannten, vorteilhaften Eigenschaften werden vorzugsweise
Harnstofflösungen mit einer Konzentration von ca. 15 bis 80 Gew.-% verwendet. Nach
Vervollständigung der Imprägnierung werden die Holzschichten aus der Tränklösung
entnommen und beispielsweise in Furniertrocknern bei Temperaturen von geeigneterweise
60 bis 1800 C getrocknet. Hierbei ist es bevorzugt, die imprägnierten Holzschichten
auf eine Feuchtigkeit von ca. 5 bis 12 % zu trocknen. Daran anschließend werden
die getrockneten Holzschichten in einer Presse unter Verwendung eiens Kunstharzleimes
oder sonstigen Klebemitteln zu Sperrholz- oder Schichtholzplatten oder einer Kombination
beider Plattenarten verpreßt. Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, daß eine Verklebung
der imprägnierten Holzschichten vorteilhafterweise mit Klebern vorgenommen werden
kann, die zur Vernetzung Wasser benötigen und zugleich gute Laserschnittbearbeitbarkeit
besitzen. Als derartiger Kleber wird vorzgsweise ein Polyurethankleber verwendet
. Es können abe Wch mit Erfolg andere Kleber, wie beispielsweise ein tenol-Formaldehydharz
oder Harnstoff-Formaldehydharz, eingesetzt werden.
-
Soweit solche fomaldehydhaltigen Kleber verwendet werden, ist es nicht
erforderlich, daß diese einen überschüssigen, also einen höheren Formaldehydanteil
enthalten als zur Aushärtung dieser Kleber notwendig ist. In Abhängigkeit von der
Holzart und dem verwendeten Kunstharzleim oder Klebemittel eignen sich Preßdrucke
von ca. 3 bis 25 bar.
-
Sofern eine gleichzeitige Erhöhung der Festigkeitseigenschaften der
Platten gewünscht wird, können auch erhöhte Preßdrucke, die zu einer Verdichtung
des Holzes führen, angewandt werden. Die Temperatur bei der Verklebung unter Druck
liegt je nach Kunstharzleim bzw. Klebemittel geeigneterweise zwischen Raumtemperatur
und ca. 1800 C und wird dementsprechend durch Beheizen der Presse eingestellt.
-
Gleichzeitig mit der Verklebung der Holzschichten oder durch einen
späteren Arbeitsgang kann auf die Platte ein-oder beidseitig ein Kunsttårzfilm,
vorzugsweise ein laserschnittgeeigneter Melad aufgepreßt werden.
-
e Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
-
Beispiel 1 Ein m3 geschältes Buchenfurnier, bestehend aus Furnierblättern
der Abmessung 1,5 m x 1,5 mx 1,8 mn, getrocknet auf eine Holzfeuchtigkeit von etwa
18 %, wird in einen Vakuumbehälter eingebracht, in dem ein Unterdruck von etwa 0,02
bar erzeugt wird. In den Behälter wird eine wäßrige Lösung, bestehend aus 50 Gew.-%
Harnstoff und 50 Gew.-% Wasser, eingeführt. Nach kurzer Zeit wird die vom Holz nicht
aufgenommene Imprägnierlösungsmenge aus dem Behälter entfernt. Die Furniere werden
sodann im Furniertrockner auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 7 % getrocknet.
Im Verlauf der Tränkung hat das eingebrachte Buchenfurnier etwa 700 1 an Imprägnierflüssigkeit
und somit 350 kg Harnstoff aufgenommen , was einem Anteil von ca. 52 Gew.-% entspricht.
-
Fünfzehn der so imprägnierten und getrockneten Furniere werden zur
Herstellung einer Sperrholzplatte.übereinander geschichtet, wobei jedes Furnier
mit dem Faserverlauf senkrecht zum Faserverlauf des vorhergehenden Furniers gelegt
wird. Auf jedes zweite Furnier wird zuvor beidseitig ein Phenol-Formaldehyd-Leim
in einer Menge von jeweils etwa 200 g/m2 aufgetragen. Dieses Furnierpaket wird in
eine auf 1200 C erwärmte Heizplattenpresse eingeschoben, in der die Furniere unter
einem Druck von etwa 18 bar zusammengepreßt werden. Nach 25 % der Preßzeit, die
zur Durchwärmung aller Furniere notwendig ist, wird der Preßdruck auf etwa die Hälfte
gesenkt, um ein unnötiges Zusammenpressen der Platte zu vermeiden. Nach weiteren
25 % der Preßzeit wird der Preßdruck auf etwa 1/3 des Anfangspreßdrucks reduziert.
-
Die Festigkeitseigenschaften dieser Platte entsprechen den Festigkeitseigenschaften
einer üblichen Sperrholzplatte dieser Holzart bei entsprechend niedriger durchschnittlichen
Rohholzdichte von 0,62 g/cm3, , wie sie sich im blokkierten Zellwandzustand infolge
Harnstoffeinlagerung und bei Nichtberücksichtigung der aufgenommenen Harnstoffmenge
ergeben. Während die üblichen Buchen-Sperrholzplatten als Folge der starken Quellungs-
und Schwindungskräfte, mit denen diese Holzart behaftet ist, und aufgrund unterschiedlichen
Quellungs- und Schwindungsverhaltens der beim Pressen miteinander verbundenen Furniere
wegen der Unterschiede in der Holzfeuchtigkeit, des Faserverlaufs, des jeweiligen
Früh- und Spätholzanteils im allgemeinen Verzugsspannungen aufweisen, die deren
Verwendung in vielen Anwendungsbereichen beeinträchtigen oder zum Teil sogar ausschließen,
ist die nach diesem Beispiel erfindungsgmeäß hergestellte, imprägnierte Platte weitgehend
spannungsfrei, denn die einzelnen Furniere sind durch die Einlagerung des Harnstoffs
in die Zellwand im gequollenen Zustand in einem solchen Maße fixiert bzw. blockiert,
daß bei Feuchtigkeitsänderungen nur noch eine geringe Schwindung bzw. Quellung stattfinden
kann. Dementsprechend zeichnen sich diese Platten durch ein außergewöhnliches Stehvermögen
aus. Die Blockierung des Quellungs- und Schwindungsverhaltens erwirkt darüber hinaus
eine Dimensionsstabilisierung in der Weise, däß diese Platte von ca.
-
25 mm Dicke bei Klimaschwankungen und den damit verbundenen Änderungen
des Feuchtigkeitsgehaltes der Platte nur noch eine im Durchschnitt um 60 bis 65
% reduzierte Schwindung und um 50 bis 60 % verminderte Quellung in Länge, Breite
und Dicke aufweist, verglichen mit einer normalen Sperrholzplatte gleicher Holzart.
Mit diesen Verbesserungen, die sich besonders auf die Ebenheit und die Maßkonstanz
positiv auswirken, wird insbesondere den Anforderungen des Vorrichtungs- und Formenbaus
sowie des Gießerei-Modellbaus und Karosserie-Modellbaus Rechnung getragen. rr
Beispiel
2 Sieben gleichgroße, jeweils 2,6 mm dicke Buchen-Schälfurniere, die auf eine Feuchtigkeit
von ca. 5 % getrocknet sind, werden in einet Behälter mit einer wäßrigen 50 gew.-%igen
Harnstofflösung getaucht, bis sich die Furniere mit der Imprägnierlösung vollgesogen
haben. Nach Entfernung aus diesem Tauchbehälter werden die Furniere auf eine Feuchtigkeit
von etwa 5 % getrocknet. Die imprägnierten und getrockneten Furniere werden mit
jeweils wechselnder Faserrichtung aufeinandergelegt, nachdem zuvor auf jedes zweite
Furnier beidseitig je 200 g/m2 eines Polyurethan-Klebers oder Harnstoff-Formaldehyd-Harzes
aufgetragen wurden. Anschließend wird dieses Furnierpaket in einer Presse bei einer
Temperatur von 1200 C und einem Druck von ca. 10 bar während einer Dauer von 15
Minuten zu einer dimensionsstabilisierten Sperrholzplatte verklebt.
-
Gleichzeitig mit der Verklebung der Holzschichten kann auf die Platte
beidseitig ein Kunstharzfilm - vorzugsweise ein laserschnittgeeigneter Malaminharzfilm
- aufgepreßt werden.
-
Die Festigkeitseigenschaften dieser Platte, die unter anderem zur
Herstellung von Bandstahlstanzformen vorgesehen ist, entsprechen den Festigkeitseigenschaften
einer üblichen Sperrholzplatte dieser Holzart mit entsprechend niedriger durchnittlicher
Rohholzdichte von etwa 0,62 g/cm3, wie sie sich im blockierten Zustand infolge Harnstoffeinlagerung
in die Zellwände des Holzes und bei Nichtberücksichtigung der aufgenommenen Harnstoffmenge
ergibt. Im Gegensatz zu der üblichen Sperrholzplatte besitzt diese erfindungsgemäße,
durch Harnstoffimprägnierung vergütete Platte jedoch das für diesen Verwendungszweck
erforderliche Stehvermögen. So wurde an dimensionsstabilisertem Sperrholz mit obigem
Aufbau nach einer fünftägigen Wärmebehandlung bei 1000 C nur eine durchschnittliche
Längen- bzw. Breitenschwidnung von 0,20 mm an einer 270 mm langen Meßstrecke festgestellt.
Eine ent-
sprechende Wärmebehandlung an einer normalen, nichtimprägnierten
Sperrholzplatte mit gleichem Aufbau verursachte dagegen eine durchschnittliche Schwindung
von 0,51 mm bei einer Meßlänge von ebenfalls 270 mm. Aufgrund der dimensionsstabilisierenden
Wirkung der Harnstoffimprägnierung sind die bei Veränderungen der Holz feuchtigkeit
aufgrund von Klimaschwankungen auftretenden Veränderungen der Längen- und Breitenmaße
gegenüber üblichen Sperrholzplatten derart reduziert, daß es möglich ist, mit diesen
erfindungsgemäßen Platten Präzisionsstanzformen herzustellen, die auch im Gebrauch
ein hohes Maß an Genauigkeit beibehalten.
-
Während Stanzformen aus phenolharzimprägniertem Sperrholz sich bei
der Bearbeitung mit einem Laserstrahl nicht sauber und präzise und nur mit geringer
Schneidgeschwindigkeit schneiden lassen, setzen die erfindungsgemäße Harnstoffimprägnierung
und auch die Harnstoffharz- oder Polyurethan-Leimfugen dem Laserstrahl beim Einbringen
der Einschnitte einen so geringen Widerstand entgegen, daß sich die Platten mit
nahezu gleicher Geschwindigkeit (etwa 17,5 m/h) schneiden lasen,wie übliches, nichtimprägniertes
Sperrholz, wobei sich ein so sauberer Schnitt ergibt, daß sich eine Bearbeitungsgenauigkeit
von unter 0,1 mm erreichen läßt. Bei der Bearbeitung mit einem Laserstrahl treten
keine störenden Beeinträchtigungen in Form von Geruchsbelästigungen oder anderer
Art auf.