FI103490B - Menetelmä puukappaleiden yhteenliimaamiseksi - Google Patents

Description

1 103490

Menetelmä puukappaleiden yhteenliimaamiseksi

Esillä olevan keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetel-5 mä puukappaleiden yhteenliimaamiseksi.

Tällaisen menetelmän mukaan liimaa levitetään ainakin toiselle yhteenliimattavien puu-kappaleiden vastakkain tulevista pinnoista. Puukappaletta lämmitetään ennen liiman levitystä, niin että siihen saadaan varastoiduksi lämpöä, minkä jälkeen puukappaleet sovitetaan 10 vastakkain sanotuista pinnoistaan. Puukappaleet puristetaan yhteen, kunnes pintojen välinen liima on kovettunut, jolloin se muodostaa kappaleita yhdistävän liimasauman.

Liimaus on keskeinen prosessi puuseppäteollisuuden jatkojalostusmuodoissa. Liimauksen ongelmana ovat pitkät puristusajat, jotka pienentävät tuotantoprosessien kapasiteettia.

15 Liimattujen tuotteiden valmistusta olisi näin mahdollista nopeuttaa, jos pystyttäisiin kehittämään nopeampia liimaussysteemeitä. Useimpien reaktiivisten liimojen kovettumisnopeus on lämpötilasta riippuvainen; lämpötilan kasvaessa kovettumisnopeus kasvaa. Riittävän korkean lämpötilan saaminen puristusvaiheessa liimasaumaan on kuitenkin tuottanut vaikeuksia.

20 Lämmitys infrapunasäteilyllä (IR) on tehokas keino lämmittää puun pintaa. Eräs IR-lämmi-·· tykseen perustuva ratkaisu on kuvattu FI-kuulutusjulkaisussa 97959. Tunnetussa menetel mässä puukappaleita lämmitetään ennen liitettävien pintojen vastakkain asettamista. Lämmityksen vaikutuksesta puuhun varastoituu lämpöä, joka nopeuttaa liimasauman kuivumis-25 ta ja liiman kovettumista. Vastaavankaltainen ratkaisu on myös esitetty DK-kuulutusjul-kaisussa 138 879.

Yhtäjaksoinen puun pinnan lämmittäminen IR-säteilyllä saattaa kuitenkin aiheuttaa puu-pinnan vaurioitumista, mikä esimerkiksi Iiimausprosessissa näkyy heikentyneenä liima-30 sauman lujuutena; lämmityksen vaikutuksesta pihkaa valuu puun pintaa tai tapahtuu pinnan hiiltymistä.

2 103490

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyvät epäkohdat ja saada aikaan aivan uudenlainen ratkaisu puukappaleiden yhteenliimaamiseksi.

Keksintö perustuu säteilylämmityksen syklitykseen; lyhytaikaisten IR-. Hlg- tai tms.

5 lämmityssyklien välissä pidetään tauko. Taukojen aikana lämmölle annetaan aikaa siirtyä syvemmälle puuhun ja samanaikaisesti puun pinnassa tapahtuu jäähtymistä ja pinnan vaurioituminen estyy. Puuhun sitoutunut lämpö on tämän jälkeen hyödynnettävissä liima-saumassa puristusvaiheen aikana.

10 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä esillä olevassa menetelmässä liima levitetään lämpimälle, juuri höylätylle puun pinnalle, puuhun sitoutunut lämpö hvödynne-15 tään puristusvaiheen aikana, jolloin liimatyypin mukaan usean tunnin kylmäpuristusajat voidaan lämön vaikutuksesta lyhentää kymmeniin minuutteihin. Vaikka pinnan vaurioituminen lämmitysvaiheen aikana jääkin vähäiseksi, pinnan hyvä laatu ennen liiman levitystä taataan höyläämällä puun pinta heti lämmitysvaiheen jälkeen. Puuhun sitoutunut lämpö varmistaa sen. että liiallista puun pinnan jäähtymistä ei pääse tapahtumaan höyläysvaiheen 20 aikana. Keksintö on helposti sovellettavissa tuotantomittakaavaisiin prosesseihin.

Kekisintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan yksityiskohtaisen selostuksen sekä muutaman ei-rajoittavan sovellutusesimerkin avulla.

25 Esillä olevassa menetelmässä puukappaleet liimataan yhteen lämmittämällä ainakin toista . puukappaletta niin, että siihen saadaan varastoiduksi lämpöä. Lämmityksen jälkeen liimaa ·* levitetään ainakin toisen puukappaleen pinnalle ja puukappaleet sovitetaan vastakkain sanotuista pinnoistaan ja puristetaan yhteen, kunnes pintojen välinen liima on kovettunut. Tällöin se muodostaa kappaleita yhdistävän liimasauman. Lämmitettävään puukappalee-30 seen tuodaan lämpöä syklisesti pitämällä lämmityssyklien välillä tauko lämmön imeyttämi-seksi pintaa syvemmälle puuhun ilman pinnan palamista.

103490 3

Keksinnön mukaan voidaan menetellä siten, että liimaa levitetään vain toiselle yhteenliitet-tävälle pinnalle ja vain toista puukappaletta (eli sitä. jonka pinnalle liimaa ei ole levitetty) lämmitetään. On kuitenkin mahdollista lämmittää myös molempia vastakkain sovitettavia puukappaleita.

5

Erään edullisen sovellutusmuodon mukaan puukappaletta (-kappaleita) lämmitetään infra-punasäteilyllä. Infrapunasäteily kohdistetaan puukappaleeseen sopivimmin liimattavan pinnan suunnasta. Lämmitykseen tarvittavan lämmitystehon tarve vaihtelee mm. sen mukaan, mikä on puukappaleen massa ja mikä on haluttu pintalämpötila. Erään edullisen 10 sovellusmuodon mukaan, jossa käsitellään lamellimaisia puukappaleita, joiden paksuus on noin 10 - 250 mm. lämmitettävälle pinnalle tuodaan infrapunasäteilyä. jonka tehotiheys on ainakin noin 20 kW/m2.

Puukappaleiden lämmitys tapahtuu jaksollisesti, jolloin kunkin yksittäisen IR-lämmitysjak-15 son kesto on noin 1 - 120 s, edullisesti noin 5 - 80 s. Lämmitvsjaksojen välillä pidetään tauko, jonka kesto on samoin noin 1 -120 s. Koko syklin pituus on sopivimmin noin 10 -1000 s, edullisesti noin 60 - 600 s, erityisen edullisesti noin 120 - 400 s. Jaksottaminen voidaan saada aikaan useammallakin tavalla. Seuraavassa kuvataan lähemmin kolmea edullisiksi katsottua ratkaisua (A, B ja C): 20 A. Ensimmäisessä edullisessa sovellutusmuodossa IR-laitteisto sekä lämmitettävä puukappale järjestetään vakioetäisyydelle toisistaan lämmitysvaiheen aikana. Teollisuusmittakaa-vassa puukappaleet voidaan järjestää halutussa järjestyksessä esim. kul jetushihnalle. jolla ne kuljetetaan IR-laitteiston kohdalle. Lämmityksen syklittämiseksi IR-laitteisto saatetaan 25 ON- ja OFF-tilaan tarkoin määritetyin aikavälein. Koska IR-laitteiston käynnistys kuluttaa energiaa, on taloudellista säätää IR-laitteisto OFF-tilan asemesta alhaisimman mahdollisen säteilyn tilaan. Lämmityksen jälkeen puukappaleet siirretään kuljetushihnalla odotus-asemaan, jossa niiden lämmön annetaan tasaantua. Tässä ratkaisussa käytetään yhtä IR-säteilijää.

30 B. Toisessa edullisessa sovellutusmuodossa on käytössä 2 - 6 IR-säteilijää. jotka on sijoitettu kuljetushihnan yläpuolelle etäisyyden päähän toisistaan. Syklitvs tapahtuu automaatti- , 103490 4 sesti lämmitettävän puukappaleen kulkiessa linjalla eteenpäin. IR-säteilijöiden leveys ja/tai linjan kulkunopeus on säädetty siten, että lämmitys/tauko-syklityksen kestoa voidaan säätää.

5 C. Kolmannessa edullisessa sovellutusmuodossa IR-laitteisto on koko ajan päällä (ON-tilassa). Kappale tuodaan kuljettimella säteilijän alle. Sen annetaan olla tässä halutun ajan. minkä jälkeen kappale käännetään. Tällöin säteily kohdistuu kappaleen toiselle pinnalle. Toistamalla kääntöä ja säteilytystä saadaan kappaleen kummatkin pinnat lämmitetyksi yhdellä yläpuolisella säteilijällä.

10

Keksinnön mukaan puukappaletta lämmitetään, kunnes sen lämpötila noin 10 mm etäisyydellä pinnasta on yli 40 °C. Sopivimmin lämmitystä jatketaan, kunnes puukappaleen lämpötila noin 10 mm etäisyydellä pinnasta on pienempi kuin noin 80 °C. Yleisesti pyritään siihen, että puukappaletta lämmitetään niin. että liimasauman maksimilämpötilaksi 15 puukappaleita yhteenpuristettaessa tulee 60 - 80 °C.

Kuten edellä todettiin, lämmityksen syklitvksellä pyritään varastoimaan lämpöä puukappaleeseen, jolloin puukappale luovuttaa lämpöä liimasaumaan puristusvaiheen aikana. Samalla puukappale tietenkin jäähtyy. Edullisesti puukappaleen lämmityksessä tähdätään siihen, 20 että puun liimasauman puoleisen pinnan lämpötila alenee korkeintaan noin 20 °C, edullisesti korkeintaan noin 15 °C, liimauksen aikana.

· ·

Edellä kuvatun IR-tekniikan ohella puukappaleiden lämmitys voidaan myös suorittaa muilla lämmitystavoilla, etenkin säteilylämmittimillä. Erään edullisen sovelluksen mukaan 25 lämmittämiseen käytetään näkyvän valon alueella toimivia lämmittimiä, kuten halogeeni-lamppuja (seuraavassa lyhennettynä Hlg). Yllä kuvattuja ratkaisuja (syklitys. vaihtoehdot A - C jne.) voidaan sopivasti soveltaa myös tämänkaltaisille lämmittimille. Hlg-valolla \ yksittäisen lämmitysjakson pituus voi olla sama kuin yllä esitettiin IR-lämmityksen kohdalla. Tyypillisesti se on noin 10 - 300 s. edullisesti noin 50 - 180 s. lämmittimen tehon.

30 lämmitettävän kappaleen koon ja lämmittimen ja kappaleen välisen etäisyyden mukaan.

Lämmitys vaiheen jälkeen puun virheetön liimapinta varmistetaan höyläämällä lämmitet- 5 103490 tyä puukappaletta liimasaumaan tulevan pinnan osalta. Tavallisesti riittää, että höylätään pois noin 0,1-5 mm pinnasta. Höyläämisellä poistetaan esim. mahdollisesti tummentu-nut/värjäytynyt puuaines sekä havupuusta pintaan tullut pihka.

5 Puristus suoritetaan tavanomaista liimapuristustekniikkaa käyttämällä. Puukappaleita puristetaan yhteen noin 0.1 - 10 MPa:n, edullisesti noin 0.2 - 2 MPa:n. paineella.

Liimana voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa fenoli-, urea- tai melamiinipohjaista hartsia tai ligniini- tai mineraalipohjaista sideainetta, isosyanaatti-, epoksy-. tärkkelys-, kaseiini-10 tai gluteiiniliimaa tai luuliimaa. Sopivia liima-ainehartseja ovat esim. fenoliformaldehydi-hartsi, resorsinoli-fenoli-formaldihydihartsit. ureaformaldehydihartsi, melamiiniureafor-maldehydihartsi, vinyylihartsit, kuten polyvinyyliasetaatti, ABS-kopolymeerit ja polysty-reeni.

15 Keksintö soveltuu käytettäväksi kaikissa puusepänteollisuuden jatkojalostustuotteissa. Eräs erityisen kiinnostava sovelluskohde on liimattujen puurakenneosien valmistus. Esimerkkeinä voidaan mainita liimapalkit ja lamellihirret. Näissä liimataan yhteen 10 - 200 mm paksuja lamelleja.

20 Seuraavat ei-rajoittavat esimerkit havainnollistavat keksintöä.

·· Esimerkki 1

Liimattavat puukappaleet olivat mäntyä ja kooltaan 45 mm * 145 mm * 400 mm. Toinen 25 liimattavista pinnoista lämmitettiin IR-säteilijällä. Lämmityksen kokonaiskesto vaihteli välillä 185 - 215 s. Aikaan sisältyy lämmitysjaksojen väliset tauot, jotka olivat yhtä pitkät kuin lämmitysjaksot (tyypillisesti 15-30 s). Lämmityksen jälkeen sekä lämmitetty että lämmittämätön pinta höylättiin pihkan ym. pinnalle kerääntyneiden aineiden poistamiseksi. Liima, joka oli fenoliresorsinoliformaldehydiliimaa. levitettiin lämmittämättömälle pinnal-30 le. Liiman levitysmäärä oli 300 g/m2. Puristusaika oli 15 min. Vertailuna tehtiin liimausko-keet samanlaisilla kappaleilla ja samalla liimalla ilman lämmitystä. Liimasauman laatu määritettiin viikon kuluttua liimauksesta. Liimasauman mekaaninen lujuus määritettiin 6 103490 standardin ASTM D-905 ja delaminoitumis-% standardin EN 391 mukaisesti. Liimaustu-lokset, taulukko 1.

Taulukko 1. Liimauskokeiden tulokset 5 lämmitysjakso °C*) puristusaika leikkauslujuus puustam. delaminoitumis- [ s ] [N/mnr] [%] % 215 52 15 min 12.3 88 0.00 215 55 15 min 11.7 94 0.00 185 53 15 min 13.6 89 0.00 10 185 52 15 min 12.6 90 0,00 185 53 15 min 13.2 95 0,00 185 52 15 min 12.3 85 0,00 ei lämmitystä 20 18 h 8.5 100 0,00 ei lämmitystä 20 18 h 9,2 100 5 15 ei lämmitystä 20 18 h 8.4 100 8 *) max. lämpötila liimasaumassa puristusvaiheen alussa Esimerkki 2 20

Liimauskokeet tehtiin muuten kuten esimerkissä 1, paisti että molemmat liimattavat pinnat lämmitettiin. Lämmityksen jälkeen molemmat liimattavat pinnat höylättiin. Liima levitettiin toiselle lämmitetylle pinnalle. Puristusaika oli 10 min. Liimauskokeiden tulokset, taulukko 2.

25 i 103490

Taulukko 2. Liimauskokeiden tulokset lämmitysjakso °C *) puristusaika leikkauslujuus puustani. delaminoitu- [ s j [ N/mm:j % mis-% 185 63 lOmin 11.1 98 0.00 5 185 69 lOmin 13.1 96 0.00 185 66 lOmin 12,6 99 0.00 185 70 lOmin 12.1 95 0.00 *) max. lämpötila liimasaumassa puristusvaiheen alussa

Claims (20)

1. Menetelmä puukappaleiden yhteenliimaamiseksi. jonka menetelmän mukaan - liimaa levitetään ainakin toiselle yhteenliimattavien puukappaleiden vastakkain 5 tulevista pinnoista, - ainakin yhtä puukappaletta lämmitetään ennen liiman levitystä, niin että siihen saadaan varastoiduksi lämpöä. - puukappaleet sovitetaan vastakkain sanotuista pinnoistaan, ja - puukappaleita puristetaan yhteen, kunnes pintojen välinen liima on kovettunut. 10 jolloin se muodostaa kappaleita yhdistävän liimasauman, tunnettu siitä, että - lämmitettävään puukappaleeseen tuodaan lämpöä syklisesti, jolloin lämmityssvk-lien välillä pidetään tauko lämmön imeyttämiseksi pintaa syvemmälle puuhun ilman pinnan palamista. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liimaa levitetään vain toiselle yhteenliitettävälle pinnalle.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vain toista 20 puukappaletta lämmitetään.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitetään puu-kappaletta, jonka pinnalle ei ole levitetty liimaa.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että molempia vastak kain sovitettavia puukappaleita lämmitetään.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puukappaletta lämmitetään infrapunasäteilvllä tai näkyvää valoa tuottavalla lämmityslait- 30 teella, kuten halogeenisäteilimellä.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säteily tuodaan 9 103490 puukappaleeseen liimattavan pinnan suunnalta.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitettävälle pinnalle tuodaan infrapunasäteilyä. jonka tehotihevs on ainakin noin 20 kW/m:. 5

8 103490

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puukappaletta lämmitetään jaksollisesti Jolloin yksittäisten lämmitysvaiheiden kesto on noin 1 -300 s.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puukappaletta lämmitetään IR-säteilyllä edullisesti noin 5 - 80 s.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitysvaiheiden välillä säteily lämmitin säädetään minimiteholle. 15

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään ainakin kahta etäisyyden päähän toisistaan jäljestettyä säteilvlämmitintä. jotka on sovitettu vakioteholle, jolloin lämmitettävät puukappaleet jäljestetään kuljetuslaitteelle, jolla ne kuljetetaan säteilylämmittimien ohi. 20

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmityssyklien · · kestoa säädetään vaihtelemalla kuljetuslaitteen kulkunopeutta säteilylämmittimien ohi.

14. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitettävä 25 kappale käännetään halutun lämmityssyklin jälkeen, minkä jälkeen kappaleen toista pintaa lämmitetään halutun ajan.

15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puu-kappaletta lämmitetään, kunnes sen lämpötila noin 10 mm etäisyydellä pinnasta on yli 40 30 °C.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puukappaletta 103490 lämmitetään, kunnes sen lämpötila noin 10 mm etäisyydellä pinnasta on pienempi kuin noin 80 °C.

17. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 puukappaletta lämmitetään siten, että liimasauman maksimilämpötilaksi puukappaleita yhteenpuristettaessa tulee 60 - 80 °C.

18. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puukappaletta lämmitetään siten, että puun liimasauman puoleisen pinnan lämpötila alenee 10 korkeintaan noin 20 °C, edullisesti korkeintaan noin 15 DC. liimauksen aikana.

19. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puun pinta höylätään lämmittämisen jälkeen.

20. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puukappaleita puristetaan yhteen noin 0,1 - 10 MPa:n, edullisesti noin 0,2 - 2 MPa:n. paineella. 103490