FI120934B - Menetelmä kovien puuelementtien valmistamiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä kovien puuelementtien valmistamiseksi - Förfarande för framställning av härda element av trä 5 Esillä oleva keksintö koskee menetelmää kovien puuelementtien valmistamiseksi erityisesti sahatuista puutavaroista.

On tunnettua valmistaa kovia elementtejä, esimerkiksi lattialevyjä, siten että tavanmukaisissa puristimissa puristetaan eri tyyppisiä puutuotteita. Esimerkki puun 10 puristustekniikasta on annettu DE-0 601 162:ssa. Kooltaan rajallisia puulevyjä pinotaan kerroksittain höyrylämmitteisten metallilevyjen kanssa höyrykäyttöiseen puristimeen. Höyrynpainekäyttöinen mäntä puristaa alhaaltapäin pystysuunnassa metallilevy/puulevypinoa. Kahdella sivulla neljästä on sivulevyjä, mutta puu voi siis laajeta kahteen suuntaan puristuksen yhteydessä. Tämä laajenemismahdolli-15 suus asettaa rajat sille, kuinka korkeita puristuksia puuhun voi kohdistaa. Rasituksen ollessa hyvin suuri muuttaa puukappale muotoaan erittäin selvästi ja on olemassa jopa vaara, että se pusertuisi ulos pusertimesta. Näin ollen ei DE-0 601 162:ssa kuvatun menetelmän mukaisen tekniikan avulla ole mahdollista valmistaa kovia puuelementtejä erittäin korkeassa paineessa.

20 US-A-3 621 897 kuvaa menetelmää rajallisen koon omaavien puukappaleiden puristamiseksi muotissa, niin että puu saa kuvioidun pinnan. Puu esikäsitellään pitämällä sitä vesi/pyridiini-sekoituksessa muutaman minuutin ajan. Kuivatuksen jäl-·*·.. keen puristetaan sitten puu lämpimissä olosuhteissa (noin 180°:ssa) metallimuotis- . ·:·. 25 sa, jossa on toivotunlainen kuviointi. Käytettävästä paineesta ei puhuta mitään.

. · · ·. Patenttijulkaisun mukaan on hyvin tunnettua, että luonnollisella puulla on alhainen muovautuvuus ja puristuvuus. Pyridiinikäsittelyn ansiosta tulee puusta pehmeää ja * .* muotoutuvaa ja sitä voidaan puristaa muotissa ilman että se halkeilisi. Kuitenkin * · · * · j i’ on pyridiinissä kyllästys ylimääräinen käsittelyvaihe, j oka vaikeuttaa tuotantopro- ’ · ’ * 30 sessia, ja lisäksi on pyridiini kudoksia ärsyttävää ja erittäin myrkyllistä. Tällä tekniikalla ei ole mahdollista puristaa puuta kasaan ilman ennen puristusta tapah-: tuvaa pyridiinikäsittelyä, ilman että puu halkeilisi. Ottaen huomioon pyridiinin : T: myrkyllisyyden on tämä suuri haittapuoli. Lisäksi tämä tekniikka tuo vielä luon- . nollisesti mukanaan sen, että puu muuttaa voimakkaasti muotoaan.

• · · 35 • · ·;** Kuvioista käy selvästi esille se, miten puu voimakkaasti litistyy sitä puristettaessa.

• * • *·· Tällä tekniikalla ei ole myöskään mahdollista valmistaa kovia puuelementtejä, • · 2 joissa puun muoto olisi olennaisesti pystytty säilyttämään samana puristuksen jälkeen, koska tämä tekniikka perustuu siihen, että puuta puristetaan muotissa, ja muotithan eivät ole niin joustavia, että ne pystyisivät täysin mukautumaan kaikkien puukappaleiden mukaan.

5 US-A-2 666 463:ssa kuvatussa puun puristustekniikassa puu ensin nopeasti kuumennetaan, jotta kosteuspitoisuus saadaan alennettua noin 15 %:iin ja ligniini saadaan muotoutuvaksi, jonka jälkeen lämmin puu puristetaan muotissa, koska tilavuuden on määrä pienentyä sen sijaan että saataisiin vakiotilavuuden omaava litis-10 tymä. Tämän patentin mukaan puristetaan puuta suurella paineella, 800-2000 psi (55-138 baaria). Kun materiaaliin kohdistetaan näin korkea paine yhdestä suunnasta, altistuu materiaali kovalle rasitukselle, ja hyväksyttävissä olevan lopputuloksen saavuttamiseksi vaaditaan, että puuraaka-aine on tasaista ja verrattain tasalaatuista. Koska oksat ovat yleisesti huomattavasti kovempaa ainetta kuin muu 15 puuaines, voi oksaisen puukappaleen puristus synnyttää rumia halkeamia ja aiheuttaa jopa oksakohtien jauhautumisen. Lisäksi puristettu puuelementti muuttaa muotoaan käytetyn muotin mukaan. US-A-2 666 463:ssa kuvatussa tekniikassa ei näin ollen voida puristaa oksaisia tai jollain muulla tapaa epätasalaatuisia puuele-menttejä, tai mielivaltaisia ja/tai epäsäännöllisiä muotoja omaavia puuelementtejä, 20 hyväksyttävin tuloksin.

Edellä mainituissa patenteissa kuvatuissa puristimissa kehittyy kaikissa paine niin, että männät puristuvat levyjä vasten, jotka puolestaan jakavat ja toimittavat pai- neen eteenpäin puristettavaan aineeseen. Tämän tyyppisillä puristimilla ei saavu- . ·: ·. 25 teta mitään tasalaatuista puristuskuormitusta vaan puristettavaan aineeseen kohdis- • · · .···. tuu korkein paine levyn keskiosassa alueella, joka on vastapäätä sitä aluetta, missä • · puristusmäntä kiinnittyy levyyn. Kauempana kehällä on paine sitten pienempi.

* Edellä kuvatuilla puristimilla ei siis näin ollen ole mahdollista kohdistaa korkeita ♦ · · tasalaatuisia paineita suurille pinnoille.

V ; 30 Näin ollen on olemassa tarve saada aikaan kovien puuelementtien valmistusmene-:: telmä, jossa puuta puristetaan puristimessa, jossa puristimessa puu ei muuta muo- : T: toaan vaan pääasiallisesti säilyttää muotonsa, vaikka sen tilavuus pienenee, jossa . *. 4 puristimessa ei tarvitse käyttää mitään myrkyllisiä tai muulla tavoin epämiellyttä- • ♦ ♦ 35 viä kyllästyskemikaaleja, ja jossa puristimessa lähtöaine, joka on oksaista, epätasa- *; * * laatuista tai epäsäännöllistä, ei johda lopputuloksen huonontumiseen tai merkittä- • · • *·. vään muodonmuutokseen lukuunottamatta sitä, että tilavuus pienenee. Lisäksi on • · 3 olemassa tarve pystyä puristamaan suuria pintoja korkealla paineella, esimerkiksi pöytälevyjen tai lattiamateriaalin valmistamiseksi.

Edellä esitetyt tunnetussa tekniikan tasossa esiintyvät haittakohdat voitetaan esillä 5 olevan keksinnön mukaisella odottamattomalla ja edullisella tavalla.

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään, jossa puuainesta puristetaan puristimessa, joka pystyy tuottamaan korkeaa isostaattista painetta, edullisesti yli 800 baarin painetta, ja kaikkein edullisimmin yli 1000 baarin painetta.

10

Termeillä "puuaine" tai "puuaines" viitataan tässä erilaisiin puutavaroihin, kuten muun muassa sahatavaroihin, lastulevyihin, pöytälevyihin ja vanerilevyihin.

Keksintö on erityisesti käyttökelpoinen hukkapuun ja ylijäämäpuun jalostuksen 15 yhteydessä.

Isostaattisella paineella tarkoitetaan painetta, joka on yhtä suuri kaikkiin ilmansuuntiin jossain tilavuudessa. Paine mielivaltaisesti valitussa pisteessä nesteessä tai kaasumassassa on esimerkki luonnon omista isostaattisista paineista. Puristimella, 20 joka synnyttää isostaattista painetta, on näin ollen kyky puristaa yhtä suurella paineella kaikkiin suuntiin ja kaikissa pisteissä. Tästä seuraa, että tasalaatuinen puristettava aine voidaan puristaa yhteen tilavuudeltaan, mutta ilman että sen muoto muuttuisi. Korkeilla paineilla toimiva isostaattinen puristin voi puristaa samalla korkealla paineella puristettavan kohteen koko ulkopintaa eikä ainoastaan pientä . 25 osaa, kuten tapahtuu käytettäessä tavallisia puristimia. Tämän perusteella voidaan • · · erittäin korkeita paineita hyödyntää ilman että puristettavat aineet tuhoutuisivat.

• · • · · • · • · · ’1 SE-C-452 436:ssa on kuvattu painekammiotyyppinen puristin. Puristinta käytetään j · · •: · 1 ennen kaikkea lentokone- j a autoiluteollisuudessa levyn vaikeastimuotoutuvien V : 30 yksityiskohtien pienisarjaisessa valmistuksessa muovauspuristusmenetelmällä.

Levykappale asetetaan kovalle alustalle (työkalu), jossa on kohokuva siitä, miltä valmiin valmiin peltikappaleen halutaan näyttävän ja joka ei muutu näöltään pai- : neen vaikutuksesta. Levykappaleen päälle asetetaan esimerkiksi kumikalvo. Tä- . ' . män jälkeen levykappale paineistetaan niin, että hydraulinestettä pumpataan kai- • · · *“.1 35 von taakse paineen alaisena ja levykappaleesta muodostuu alustan jäljennös.

> : • · · • · · • · • · · 4

Nyt on käynyt ilmi, että SE-C-452 436:ssa kuvatun kaltaista puristinta voidaan käyttää tavalla, joka aikaansaa sen, että puristin puristaa puristettavaa ainetta isostaattisella paineella. Jos edellä mainittu alusta tai työkalu korvataan altaalla, joka on verhottu tai täynnä plastista tai elastista ainetta, esimerkiksi kumia tai elastista 5 polyuretaania, joka puristettaessa muotoutuu puristettavan aineen mukaan sen sijaan että muotoilisi puristettavaa ainetta, syntyy tilanne, jossa saavutetaan puristus isostaattisella paineella.Virtaava työneste kalvon takana painaa samalla paineella kaikkiin suuntiin, ja koska sekä kalvo että alusta muuttavat muotoaan puristettavan aineen mukaan, tulevat jopa ne painevoimat, jotka vaikuttavat ulkoapäin suoraan 10 puristettavaan aineeseen, olemaan yhtä suuria kaikkiin suuntiin.

Huolimatta isostaattisesta paineesta voivat puuaineet muuttaa muotoaan jonkin verran puristuksessa, ja ne tulevat tällöin jonkin verran kapeammiksi siltä puolelta, joka on puristimen altaaseen päin. Tämä johtuu siitä, että kitka altaassa olevaa 15 plastista/elastista materiaalia kohtaan vaikuttaa paikallisesti puuaineksen kutistumista vastaan. Tähän voi osittain auttaa plastisen/elastisen materiaalin sopiva valinta ja puristettavien aineittein sopiva sijoitus altaaseen ennen puristusta.

Keksinnön mukaista menetelmää ei voida soveltaa juuri hakatusta hirrestä oleviin 20 puuaineisiin tai aivan liian korkean kosteuspitoisuuden omaavaan hirteen. Koska puussa oleva neste ei puristu, ei kostean puuaineksen tilavuus pienene puristuksessa. Toisaalta puuainekset, joilla on liian alhainen kosteuspitoisuus, halkeavat puristettaessa. Puuaineilla, joita voidaan puristaa, on näin ollen kosteuspitoisuus sillä välillä, joka ylöspäin rajoittuu maksimaaliseen kosteuspitoisuuteen, jollainen ! *: *. 25 voi olla toivotun tilavuudenpienemisen saavuttamiseksi, ja joka alaspäin rajoittuu • · · I.. suurimpaan mahdolliseen kosteuspitoisuuteen, jossa puuainekset alkavat halkeilla, *.*'*. kun niitä puristetaan. Tämä väli vaihtelee eri puulajeilla ja puulaaduilla. Alan am- • · · *· " mattimiehet voivat kuitenkin helposti määritellä, jos puuaineerää voidaan puristaa, • *. · * suorittamalla puristus kyseisen erän koepalalle.

•V’: 30

Puuaineksia, joissa on markkinoilla tavallisesti esiintyvät kosteuspitoisuudet, voi-: daan edullisesti puristaa keksinnössä esitetyn menetelmän mukaisesti. Aineet, joita puristetaan erittäin korkealla paineella (yli 800 baaria, erityisesti yli 1000 baaria), . *. saavat tällä tavoin uusia edullisia ja odottamattomia ominaisuuksia. Kappaleiden ” |: 35 tilavuus voi pienentyä puoleen ilman että kappaleet vahingoittuisivat tai että niiden ·;·* muoto oleellisesti muuttuisi, minkä täytyy katsoa olevan erityisen yllättävää, επί’·.. tyisesti kun on aikaisemmin käytetty hyvin alhaista painetta yhdistettynä kylläs- • · 5 tykseen paineesta aiheutuvien halkeilemisten ennaltaestämiseksi. Se, että kappaleet eivät vahingoitu ja että ne säilyttävät olennaisesti muotonsa, voidaan esimerkiksi todeta siitä, että vuosirenkaat säilyvät vahingoittumattomina vaikka ne olivat lähempänä toisiaan. Kaikkea puuta, mikä mahtuu edellä mainittuun altaaseen, 5 voidaan miltei muodosta riippumatta puristaa samalla olennaisesti säilyttäen puun alkuperäisen muodon, lukuunottamatta tilavuuden pienentymistä. Riittävän suurella puristimella voidaan jopa puristaa kaupallisesti hyväksyttävää pintaa, ts. edullisesti yli 1 m2;n pintaa.

10 Huolimatta siitä, että puristuksen tulee tapahtua ainoastaan hieman yli huoneenlämpötilassa (25-60°C) ja että puuta ei kyllästetä etukäteen jollain plastisoivalla aineella, ei ole saatu mitään merkkejä siitä, että puristus olisi aiheuttanut minkäänlaisia halkeamia. Puussa olevat oksat ovat myös puristettuja ja vahingoittumattomia.

15

Edellä kuvatun menetelmän mukaisesti puristetulla puulla on, kuten mainittua, paremmat ominaisuudet verrattuna lähtöaineeseen. Puristuksessa syntyvät korkeat paineet (yli 800 baaria, edullisimmin yli 1000 baaria) aikaansaavat sen, että män-typuuaines saa kovuuden ja kulumiskestävyyden, joita voidaan verrata tammeen, 20 ja pehmeistä lehtipuista oleva puuaines, esimerkiksi haapa, saa sellaisen kovuuden, että tuotetta voidaan käyttää huonekaluteollisuudessa, esimerkiksi pöytälevy-jen muodossa. Luonnollisesti jopa käsiteltyjen puuainesten tiheys kasvaa, ja tam-mipuu, joka on puristettu esillä olevan keksinnön mukaisesti, uppoaa esimerkiksi • * ·.. veteen. Puristetusta rakenteestaan johtuen on lisäksi näin puristettua puuta vaike- . ·: ·. 25 ampi polttaa kuin tavallista puuta. Joutuessaan suoraan kosketukseen tulen kanssa . · · ·. tavallisesti vain päällipinta mustuu.

• · • · · • · • ♦ · • · ·

Seuraavassa selostetaan kuvioita: • · · ♦ · ♦ ··· «·· f · · ·* ‘ 30 Kuvio 1 esittää luonnosta itse puristuskammiosta. Viitenumerolla 10 viitataan itse puristimeen, jossa on yläosa Ilja alaosa 12, jotka ovat yhteydessä toisiinsa, mitä ei kuvioissa sen tarkemmin ole esitetty, niin että puristin voi saavuttaa hyvin suu- ret puristusvoimat. Puuaines 13 on asetettu alempaan puristusosaan (allas) 11.

: * ·. Puuaineiden ympärille on pakattu kumiromua 16.

• · · 35 i : T Ylempi puristusosa käsittää kumikalvon 17, joka muodostaa alemman raja-alueen • · • ' · · kammiolle 18 ja joka puristustoimenpidettä aloitettaessa yhdessä puristusosan 11 * • 9 6 kanssa viedään alas kohti alempaa puristusosaa. Kalvo 17 levitetään tällöin kumi-romun 16 ja puuaineksen 13 päälle ja se joutuu ulommista osistaan kosketuksiin alemman puristusosan 12 kanssa, 5 Kammiossa 18 on työnestettä. Tämän nesteen avulla puukappale altistetaan vastaavalle isostaattiselle paineelle, niin että kalvoja kalvon ja puuainesten välissä sijaitseva kumiromu siirtävät tasaisesti paineen puukappaleen kaikkiin osiin.

Kuviossa 2 kuvataan puutavaran puristusta samalla puristimella kuin edellä, mutta 10 tässä ovat ainekset 13 kasattu toistensa päälle ja jokaisen ainekerroksen välissä on kumiromua 16.

Kuviossa 3 on esitetty, miltä näyttää puuaines, joka on asetettu kumiromun joukkoon puristuksen yhteydessä.

15

Kuvio 4 näyttää miltä näyttää puuaines, jota ei ole asetettu kumiromun joukkoon puristuksen yhteydessä.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin seuraavien ei-rajoittavien suoritus-20 esimerkkien avulla.

Esimerkki 1 • ♦ • ♦ • ·* , ·: ·, 25 Mäntyä oleva puukappale, jossa oli oksia, piti puristaa keksinnön mukaisella me- • » ·

netelmällä. Painekammiopuristin, jota käytettiin, oli QUINTUS-puristin (ABB

• · Γ*. Pressure Systems AB, Västeräs, Ruotsi), jonka avulla aikaansaadaan enimmillään • · · ** / 1400 baarin paine.

* · · * · · ··· ··· : 30 Osa puukappaleesta sahattiin pois ja säästettiin myöhempää vertailua varten. Lo put puukappaleesta 13 asetettiin alemmalle puristusosalle (allas) 11. Puuaineksien ympärille pakattiin tämän jälkeen kumiromua 16 puristimessa olevien onteloiden : T: täyttämiseksi ja paineen siirtämiseksi kappaleen sivuille.

• · j ψ · 35 Puukappaletta puristettiin 1030 baarissa ja 35°C:ssa 1,5 minuutin ajan. Sen jälkeen •;· * kun paine oli poistettu ja puristinosat erotettu toisistaan, otettiin puukappale ulos puristimesta ja sitä verrattiin siihen kappaleeseen, jota ei ollut puristettu. Puukap- • · 7 paleiden poikkileikkauspinnat ja kovuudet mitattiin ja tulokset on esitetty lyhyesti seuraavassa taulukossa. Puristettu kappale näytti säilyttäneen muotonsa ja itse vuosirenkaat ja oksat vaikuttivat vahingoittumattomilta. Suoritettiin myös yksinkertaisempi testi, jossa mitattiin puukappaleiden palamiskyky, mistä kävi ilmi, että 5 puristamaton puukappale syttyi helposti kun taas puristettu puukappale ainoastaan mustui kevyesti pinnastaan.

Taulukko 1 10 Poikkileikkaus Kovuus leveys (mm) korkeus (mm) (Rockwell) Puristettu kappale 65 22 99 Käsittelemätön kappale 77 33 86 15

Esimerkki 2

Tammea oleva puukappale puristettiin käyttäen samaa puristinta kuin esimerkissä 1. Puristus tehtiin samalla tavoin, mutta tammikappaleen ympärille ei pakattu 20 kumiromua vaan mainittu kappale sijoitettiin suoraan altaan pohjalle elastiselle kumikerrokselle. Saatiin seuraavat mittaustulokset:

Taulukko 2 • 4 4 · 4 04 *·;·, 25 alempi leveys (mm) ylempi leveys (mm) korkeus (mm) V'! Ennen puristusta 45 45 15 ’· Puristuksen jälkeen 43 38 11 * · · • » · »·« V * 30 Kun puukappaleen ympärille ei pakattu kumiromua, tuli ylemmistä kulmista pyö reät samalla kun puristus ei vaikuttanut mainittavasti puukappaleen alapuoleen.

• · * • « · »·# ··· « * « • · · « ♦ · » » · • · · «*· · • · · j : • · · » · 0 m * 44 4 * • »

Claims (6)

1. Sätt att framställa härda element av trä, kännetecknat av att ett isosta- :·. 25 tiskt tryck överstigande 800 bar, företrädesvis överstigande 1000 bar, appliceras pä *..]* ett eller flera ämnen av trä. • · · • · · •

1. Menetelmä kovien puuelementtien valmistamiseksi, tunnettu siitä, että isostaattista painetta, joka on yli 800 baaria, edullisesti yli 1000 baaria, kohdistetaan yhdelle tai useammalle puuaineelle. 5

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att ämnena av trä utgörs av sägade : trävaror. *· / 30

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puuaineet muodostuvat sahatusta puutavarasta.

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu 10 siitä, että puuaineita puristetaan kokonaispuristusajan ollen alle 5 minuuttia.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puuaineita puristetaan kokonaispuristusajan ollen alle 3 minuuttia.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puristus suoritetaan 25 - 60 °C:een lämpötilassa.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että isostaattinen paine saadaan aikaan painekammiotyyppisellä puristimella. 20

3. Sätt enligt nägot av föregäende krav, kännetecknat av att ämnena av trä pressas under en totaltid som är mindre än 5 minuter.

. . 4. Sätt enligt krav 3, kännetecknat av att ämnena av trä pressas under en ·.·.· 35 totaltid som är mindre än 3 minuter.

• · · ♦ ♦ · .·. 5. Sätt enligt nägot av föregäende krav, kännetecknat av att pressningen ; sker vid en temperatur mellan 25 och 60 °C. ··· 40

6. Sätt enligt nägot av föregäende krav, kännetecknat av att det isostatis- ka trycket ästadkommes med en press av tryckcellstyp. • «