FI72075C - Förfarande för framställning av limmade formprodukter. - Google Patents

Description

1 72075 Förfarande för framställning av limmade formprodukter Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för framställning av linunade formprodukter genom torkning av fuktigt trä-, träfiber- och/eller cellulosahaltigt rämaterial, till-försel av lim och pressning av rämaterialet för formning av den limmade produkten, sasom en spänskiva, plywood och liknande. Genom förfarandet erhälls förbättrade egenskaper hos den färdiga produkten.

Tillverkningen av spänskiva sker i flere skeden vilka kan nägot variera i sin utformning i olika fabriker. Huvudske-dena är spänberedning frän ravaran, torkning av spänet, siktning och fraktionering, limberedning, tillsats av lim tili spänet, formning av spänkaka, pressning av kakan tili skiva och skivans efterbehandling. Det första skedets, spenberedningens, avsikt är att erhä.lla ett material med önskad partikelstorleksfördelning och partikelform. Beroen-de pä ravaran som kan vara t.ex. sagspän, klenvirke, träav-fall frän plywoodtillverkning o.dyl. görs finfördelningen av trämaterialet med hjälp av skärande eller malande spän-maskiner. Bearbetningen sker i rumstemperatur eller i ute-luftens temperatur beroende pä fabrikens utformning. T.ex. vid malningen kan dock spänets temperatur stiga avsevärt genom den betydande mekaniska effektinsatsen.

Spänet torkas i följande skede tili en slutfukthalt av nor-malt 1-5 % räknat pä den torra vedsubstansen. En hög torr-halt fordras dels för att erhälla en god limfästning och 2 72075 dels för att skivpressningen skall kunna genomföras utan bildning av ängblasor i sklvan. Med linunet tillförs även en del vetten vilket mäste beaktas vid fastställande av lämp-lig fukthaltsnivä för det torkade spanet. I praktiken används tva olika torkförfaranden. Dels kan spanet torkas genom direkt kontakt med het rökgas eller med luft som förvärmts t.ex. i ängbatterier. Dels kan spanet torkas genom att värme indirekt tillförs via värmeytor till spanet.

I rökgastorken och hetlufttorken bringas det fuktiga spanet i god kontakt med den heta torkgasen och transporteras hu-vudsakligen i medström genom själva torkapparaten som van-ligen är av trumtyp. Torkgas och torkat span separeras i en efterföljande cyklon. Torkgasens temperatur i början av o torkningen är normalt over 200 C men kan i vissa rökgas- o torkar stiga ända till 700 C. I slutfasen av torkningen da spanet är nastan helt torrt och saledes lättantändligt o begränsas temperaturnivän vanligen till högst 150-160 C.

I den indirekta torkmetoden är den effektiva kontaktytan mellan span och värmeyta (t.ex. anguppvarmt tubpaket) rela-tivt liten varigenom en stor del av värmet överförs till den atmosfär som omger spanet (huvudsakligen luft). I praktiken kommer därför även denna torktyp att fungera som en direkt hetluftstork men med den skillnaden att luftförvärm-ningen sammanbyggts med torkdelen till ett enda steg. Spa-nets temperatur bestäms i början av torkningen, da spanet ännu har hög fukthalt, av jämvikten med den omgivande torkgasen d.v.s. närmast av torkgasens s.k. vata temperatur som o normalt är ca 50-80 C. I slutskedet av torkningen da vat- tenförängningen upphör och da träets hygroskopiska egenska- per framträder stiger spanets temperatur betydligt och när- mar sig torkgasens temperatur. Späntemperaturen närmar sig o därför i slutet nivan 150 C. Pa grund av de temperatur-begränsningar som det lättantändliga spanmaterialet ställer mäste rökgastorkens rökgasgenerator drivas med högt luft-överskott vilket leder tili betydande syrgashalter i tork-

II

3 72075 gasen. Trots förbränningens syreförbrukning kommer därför syrehalten i rökgasen inte avsevärt att skilja sig frän hetlufttorkarnas syrehaltnivä. Under torkningsprocessen kommer den fran spanet förängade vattenängan att blandas med torkgasen och säledes utspäda denna. I praktiken är torkgasmängden stor jämfört med den förängade vattenmängden och fuktkvoten stiger säilän over 0,3 kg H O/kg torr gas. Syrehalten är därför i praktiken normalt over 10 vol-% i torken. (Luftens syrehalt är 21 vol-%). Detta gäller även för indirekta torkar.

Även andra torktyper har föreslagits för späntorkning men dessa har inte i praktiken kömmit till användning.

Efter torkningen görs en fraktionering av spanet i normalt tvä fraktioner d.v.s. en ytskiktsfraktion med fint material och en mittskiktsfraktion med grovt material. Dessa fraktioner halls separerade och behandlas skilt ända till formningen av spänkakan där fraktionerna bildar skivans ytskikt resp. mittskikt. Fraktioneringen kan även ske fore torkningen varvid torkningen sker skilt för vardera frak-tionen.

I nästa skede av tillverkningen tillsätts lim till spän-fraktionerna under effektiv omblandning sä att limmet förde-las jämnt over spänpartiklarnas ytor. Av limtyperna är kar-bamidlim vanligast. I samband med limtillsatsen tillförs även limhärdare och andra eventuella tillsatsamnen.

Därefter följer den egentliga skivtillverkningen som besti°ir av skivformning och efterföljande pressning. Vid skivform-ningen eftersträvar man en jämntjock spänmatta av yt-/mitt-/ ytspän med önskad ytvikt och i övrigt homogen uppbyggnad.

Den sä framställda spänmattan pressas mellan heta presski-vor. Trycket bringar spänen i närä kontakt med varandra och 4 72075 värinen härdar limmet varvid spänen sammanbinds tili en en-hetlig spänskiva. Skivan far sin slutliga form i pressen.

Det är klart att spänskivans styrkeegenskaper helt beror pä hur väl limmet förmär halla spanen sammanbundna da spän-konglomeratet inte sjalv uppvisar sammanhällande krafter.

Tillverkningen av plywood (kryssfaner) uppvisar, trots de yttre olikheterna, flere produktionsskeden med motsvarighet i spänskivetillverkningen. Den egentliga tillverkningspro-cessen begynner med fanersvarvningen där av stocken erhäl-les en läng fanermatta med en tjocklek av 1-3 mm, vanligen 1,5 mm. Därefter följer fanertorken. Torken kan dock före-gäs av en klippning av fanermattan tili ark och en arksor-tering. Torken är därefter antingen utformad för torkning av länga fanermattor eller för torkning av fanerark. Den förstnämnda är vanligen utformad sä att fanermattan mellan metallnät transporteras i en fram- och ätergäende rorelse genom torkkamraaren, s.k. bandtork. I arktorken sker trans-porten genom torkkammaren med hjälp av roterande cylinder-par, s.k. rulltork. I vardera typen sker torkningen med het luft vilken uppvärms med ängbatterier. I moderna torkar har torkningen effektiverats genom att torkluften biases mot faneret frän dyslador varvid en intern ätercirkulation och ateruppvärmning av luften ordnats. I enstaka fall har torken utförts som en rökgastork.

Av samtna orsaker som anförts för spantorkning eftersträvas en slutfukthalt pä faneret av ungefär 2-7 %. Torkluftens o temperatur hälls normalt vid 150-190 C. Fanerets tempera- tur följer samma mönster som späntemperaturen vid späntork- o ning d.v.s. ungefär torkluftens väta temperatur, 60-85 C, o i början och upptill 150 C i slutet av torkningen. Kätt sä Stora läckageluftmängder gär in tili torkkammaren och därigenom är torkluftens maximala fuktkvot i praktiken 0,8- li 1,0 kg H^O/kg torr luft (i genomsnitt betydligt lägre).

Detta betyder att den fuktiga torkluftens syrehalt i prak- tiken normalt är högre än 10 vol-%.

5 72075

Efter fanertorken följer uppklippning tili ark, arksorte-ring, kanthopfogning av ark och arkdelar samt limbestryk-ning. Önskat antal limbestrukna ark staplas sa att fiber-riktningarna för närliggande ark star vinkelrätt mot va-randra. Detta fanerpaket pressas mellan heta presskivor varvid lirunet faster fanerarken vid varandra. Efter kant-skärning är den slutliga plywoodprodukten färdig.

Styrkan hos det enkla faneret är god vid böjning vinkelrätt mot fiberriktningen men mycket dalig vid böjning längs fi-berriktningen. Genom sammanfogningen sä att fiberriktningar-na star turvis vinkelrätt mot varandra far plywooden goda styrkeegenskaper i alla riktningar. En förutsättning är na-turligtvis da att limfogens styrka är tillräcklig. Det är saledes viktigt att limfogen och limfästningen är sa god som möjligt även om detta krav inte är lika utpräglat som för spanskiva.

Det är allmänt känt att om trä upphettas tili temperaturer o over 200-250 C börjar olika kemiska sönderfallsreaktioner att ske och träets kemiska och fysikaliska egenskaper andras. Detta gäller alltsa för trätemperaturer högre än de som förekommer vid tillverkning av t.ex. spanskiva och plywood. Det är även känt att om torkningen av faner i kon-ventionella apparater föres för längt ("Övertorkning") för-sämras fanerets limningsegenskaper med inverkan även pä plywoodens styrkeegenskaper. Det kan saledes sägas vara känt att vid behandling av trä vid förhöjd temperatur (sä-som t.ex. vid tillverkning av spanskiva och plywood) sker en del förändringar i träet vilket har en skadlig inverkan pä träets limningsegenskaper och styrkan pä av träet gjorda produkter.

6 72075

Det har nu oväntat visat sig att dessa oönskade förändrin-gar kan minskas eller belt eiimineras om man förhindrar kontakt med syre i de processteg där träets temperatur är förhöjd.

Ändamälet med föreliggande uppfinning är sälunda att ästad-komraa ett förfarande för framställning av limmade formpro-dukter genom torkning av fuktigt trä-, träfiber- och/elier cellulosahaltig rämaterial, tiliförsel av lim och press-ning av rämaterialet för formning av en limmad produkt med förbättrade egenskaper jämfört med liknande produkter, som torkats, limmats och pressats pä liknande sätt.

Föreliggande uppfinning baserar sig pä den oväntade upp-täckten att ovannämnda oönskade förändringar i träet kan minskas eller belt eiimineras genom att förbindra kontakt med syre i de förfarandesteg där träets temperatur är förhö jd .

I det steg eller de steg där temperatun är förhöjd och minst o 60 C räder enligt uppfinningen en atmosfär innehällande högst 5 vol-%, fördelaktigen mindre än 1 vol-%, syre.

„ o

Temperaturen halls lämpligen lägre än 200 C. Vidare är det fördelaktigt att tillföra limmet tili rämaterialet medan detta har förhöjd temperatur för att undvika kontakt med syre mellan torkningen och limappliceringen.

Den inerta atmosfären i det steg eller de steg i vilka temperaturen är förhöjd, ästadkommes och uppratthalles lämpligen genom att rämaterialet isoleras frän luft genom att förtränga luften med icke-oxiderande gas.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen upphettas rämaterialet med t.ex. het änga, varefter det heta, torra rämaterialet mätäs genom en sluss och bringas i kontakt med

II

72075 kyld, väsentligen avfuktad icke-oxiderade gas före uttagning genom sluss till omgivningen. Fore kylningen förträngs ängan lämpligen med en icke-oxiderande gas. Kylningen kan även utföras vid ett undertryck.

Som exempel pä material lampiiga att användas som rämaterial vid framstalining av limmade formprodukter enligt förelig-gande förfarande, mä nämnas span och faner.

Uppfinningen avser även en anordning för kylning av trä-, träfiber- och/eller cellulosahaltigt rämaterial, som torkats under upphettning i en icke-oxiderande atmosfär. Enligt uppfinningen omfattar en dylik anordning en sluten kammare med slussar för inmatning av hett rämaterial och utmatning av avkylt rämaterial för framställning av de limmade formprodukterna, ett inlopp för icke-oxiderande gas, en kylanordning kommunicerande med kammaren, organ för ästadkommande av en gasströmning frän kammaren tili kyl-anordningen och tillbaka samt ett utlopp för kondensat frän kylanordningen.

Förfarandet enligt uppfinningen kan genomföras i praktiken enligt t.ex. följande riktlinjer.

Av de behandlingsfaser där träets temperatur är förhöjd är torkningsprocesserna de viktigaste. Förhöjd temperatur kan även förekomma vid värmebehandlingsprocesser och t.ex. vid malningsprocesser där temperaturen stiger p.g.a. den höga mekaniska energitillförseln. Det bör även observeras att dä hett trämaterial utmatas frän ett processteg kommer det lätt i kontakt med omgivande luft.

Sasom ovan beskrivits är syrehalten i torkatmosfären minst 10 % i de apparater som nu används vid span- och fanertork-ning. Detta gäller även för torkning av andra träprodukter.

8 72075

Syrehalten kan väsentligt sänkas om torkningen utförs i angatmosfär pa sädant sätt att syret undanträngs. Här kan särskiljas tvä möjligheter. Dels indirekt torkning där alltsa värmet tillförs via en värmeyta och där ängfasen bildas av det frän träet förangade vattnet. Dels direkt torkning där värmet tillförs i form av överhettad änga och ängfasen bildas av denna tillförda änga jämte den frän träet avdunstade ängan. Torkapparatur för dessa torkmetoder är i och för sig känd, t.ex. den sa kallade mottryckstor-ken (FI-patent nr 60072).

I motsats tili vad som tidigare värit fallet bör särskild vikt fästas vid inmatning och utraatning av trämaterialet tili den egentliga torkkammaren där förhöjd temperatur rä-der. Inmatningen bör ske pa sädant sätt att minsta möjliga luftmängd (syremängd) följer med trämaterialet in tili torkkammaren. Genom att lata en mindre ängmängd strömma i motström mot det inmatade materialet erhälls en förträng-ning av syret samtidigt som en gradvis uppvärmning av materialet sker. Vid utmatning av trämaterialet fran torkkammaren bör tillses att materialet kyls tillräckligt före kontakt med syre (luft). Detta kan uppnäs t.ex. med en apparatur visad i figuren. Figuren visar schematiskt och sä-som exempel ett utförande för span som dock enkelt kan mo-difieras för andra material. Materialet strömmar frän torkkammaren via en cyklon 1 genom en cellmatare 2 tili kylkammaren 3. Materialet har härvid förhöjd temperatur och med det följer en del änga dels direkt, dels i form av vat-ten som kan förängas i kylkammaren. I kylkammaren 3 upprätthälls en syrefri inertgasatmosfär som innehäller smärre mängder vattenänga. Inertgasen cirkuleras med hjäip av en fläkt 4 genom ett kyibatteri 5 och bringas därefter i god kontakt med trämaterialet i kammaren 3. Inertgasen kyls av kylbatteriet 5 som genomströmmas av t.ex. kalit vatten och samtidigt kondenserar en del av inertgasens vattenänga 9 72075 i batter iet och kondensatet utleds genorn ski Id rörledning 6. Det kyIda och torra trämaterialet utmatas med cellmataren 7. Kylkammaren 3 kan förses med inbyggnader för att erhalla god kontakt med intertgasen och tillräcklig uppehällstid i apparaten. Förluster av inertgas tacks genorn tillförsel av inertgas (t.ex. kväve) via rörledning 8. Kammaren 3 halls lampiigen under svagt övertryck för att förhinda luftläcka-ge till kammaren. I apparaten erhälles en kylning av trämaterialet i en syrefri atmosfär utan att materialets fukt-halt ätminstone nämnvärt stiger da angans partialtryck kon-tinuerligt halls lagt genorn kylbatteriets avfuktande verkan.

Apparaten kan även utformas sa att i kylkammaren upprätt-hälls ett undertryck genorn att änga kondenseras bort med kylbatteriet och inertgas avlägsnas med en vakuumpump. Spä-nets temperatur bestäms härvid av jämnvikten vid ifrägava-rande tryck och en kylning kan sa erhallas utan syrekontakt.

Vid satsvis torkning kan syrefrihet vid förhöjd temperatur erhallas om syre i torkkammaren förtrangs med syrefri inertgas före uppvärmningen och om torkkammarens anginne-hall förtrangs med syrefri inertgas efter torkningen varvid trämaterialet kan kylas utan äterkondensation av vatten.

Vid andra processteg än torkningen, sasom t.ex. värmebe-handling och malning där förhöjd temperatur pä trämaterialet uppträder kan kontakt med syre förhindras genorn för-trängning av syret med syrefri inertgas eller änga. Vid t.ex. malning av fuktigt trämaterial kan apparaturen ordnas sa att den vid malningen bildade vattenängan förtränger syret frän apparaten.

Om i det sista processteget före limtillsatsen förekommer förhöjd temperatur kan dessa steg kombineras sa att 1 immet tillförs före materialet uttas till syreatmosfär.

-· U— - - ..

10 72075 Föreliggande uppfinning beskrivs nedan mera detaljerat med hjälp av följande jämförelseexempel.

Exempel

Frän en spänskivefabrik togs frän sanuna spänparti fore tor- ken tva spanprov vilka behandlades pä olika sätt. bet ena spanprovet (referensprov) torkades i en laboratorietork med hetluft till normal slutfukthalt och av det torkade spänet gjordes enligt normala laboratorieförfaranden provspänski- vor vars egenskaper testades. Det andra spanprovet torkades i en ängtork med hjälp av överhettad syrefri änga. Torknin- gen tillgick pa följande sätt. Det icke förvärmda spänet inmatas med en cellmatare tili en cirkulerande angstrom under tryck (i detta fall ca 0,2 MPa abs.) där änghastighe- ten är tillräcklig för transport av spänet genom torken.

Äng-spän-suspensionen passerar harvid genom tuber vilka värms frän yttre sidan med hjälp av änga (ca 1,0 MPa abs.).

Bärängan hälls därigenom kontinuerligt överhettad (ängtempe- o raturer i detta fall 150-170 C) varigenom det i spänet varande vattnet forängas och spänet säledes torkar. Efter torkapparaten avskiljs spänet med en cyklon frän ängan och utmatas med en cellmatare. Huvuddelen av ängan ätercirkule-ras med en fläkt men en del, motsvarande det frän spänet förängade vattnet, uttas frän apparaten.

Spänets temperatur i torken var säledes i början (efter uppvärmningsfasen) lika med vattnets kokpunkt vid ifrägava- o rande tryck (ca 120 C) och i slutet av torkningen lika o med ängtemperaturen d.v.s. cirka 150 C. Späntemperaturen lag därför i sanuna intervall som vid konventionell torkning.

Däremot var syrehalten i torkapparaten mycket läg. De smä luftmangder som oundvikligen följde med spänet vid inmat-ningen avlägsnades med den kontinuerliga ängavtappningen.

Syrehalten var därför uppenbar1igen betydligt under 1 % i 11 72075 angan. Spänet innehöll smä mängder vatten vid utmatningen fran apparaten och genom den snabba trycksänkningen förän-gas en del av detta vatten. Därigenom sker en snabb kylning av spänet samtidigt som spänet omges av ängan. Spänet upp-samlades i säckar och p.g.a. de smä spänmängderna erhölls en relativt snabb kylning av spänet ned tili rumstemperatur. Kännetecknande för detta späntorkningsexperiment var saledes att spänet vid förhöjd temperatur inte kom i kontakt med sy-re. Av det sä torkade spänet med en fukthalt av 2-3 % fram-ställdes även provspänskivor med samma tjocklek och sanuna limmängder och tillsatsämnen som for referensprovet. Prov-skivorna, som pressats tili samma täthet (688 resp. 689 kg/ m ) och som hade samma fukthalt (6,5 %), testades enligt standardförfaranden med följande resultat:

Enhet Referens Syrefri 2 Böjhällfasthet N/mm^ 11,4 16,8

Elasticitetsmodul N/mm 1931 2346 2

Tvärdraghallfasthet N/mm 0,56 0,93

Svällning i vatten, 2 h % 10,6 8,1

Svällning i vatten, 24 h 25 x 25 mm % 37,7 21,8

Svällning i vatten, 24 h 100 x 100 mm % 33,4 19,9 Därtill konstaterades att skivan var nagot ljusare tili fär-gen jämfört med referensskivan. Referensskivans mätvärden motsvarar de värden man normalt finner vid konventionell tillverkning.

Vid syrefri späntorkning erhölls sälunda 21-66 % bättre hällfasthetsvärden och 24-42 % bättre svällningsvärden.

Detta är väsentligt större skillnader än den normala sprid-ningen hos mätvärdena.

12 72075

De här funna bättre egenskaperna kan utnyttjas pä t.ex. nä-got av följande sätt: a) Limmängden i skivan kan minskas utan att skivans egenskaper jämfört med konventionell tillverkning försämras.

b) Skivan kan pressas tili lägre täthet utan försäm-ring av egenskaperna jämfört med konventionell teknik.

c) För visst ändamal avsedda skivor kan göras tunnare.

Pa detta sätt kan en väsentlig inbesparing erhallas i lim-förbrukning eller i trärävaruförbrukning eller i bädadera.

Rent kemiskt kan de iakttagna kvalitetsförändringarna tankas förklarade pa följande sätt. En god limfästning fordrar att en bindning av kemisk natur uppstär mellan limmet och vissa molekylgrupper i träet. Fogens styrka beror saledes av antalet kemiskt reaktiva grupper i träytan. Om dessa grupper vid förhöjd temperatur reagerar med syre minskar möjligheterna att erhälla en god limfästning. Om syre ej finns tillgängligt kvarstär dessa molekylgruppers reaktivi-tet. Efter det att limmet tillförts har kemisk bindning uppstätt mellan limmet och rämaterialets aktiva grupper och sälunda kan efterföljande behandling vid förhöjd temperatur eventuellt även ske i en oxiderande atmosfär.

Il

Claims (8)

13 72075

1. Förfarande för framställning av limmade formproduk- ter genom torkning av fuktigt trä-, träfiber- och/eller cellulosahaltigt rämaterial, tillförsel av lim och press- ning av rämaterialet för formning av den limmade produkten, kännetecknat av att förfarandet utföres ätmins- . o tone delvis vid en förhöjd temperatur pa minst 60 C och därvid städse i en väsentligen icke-oxiderande atmosfär innehällande högst 5 volymprocent, fördelaktigen mindre än 1 voi-% syre.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att förfarandet utförs sä att ramaterialets tem- . o peratur halls lägre än 200 C.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknat av att limmet tillförs ramaterialet utan att emellan kylä detta efter torkningen.

4. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att ramaterialet före uppvärm-ningen isoleras frän syre genom att förtränga syret med en icke-oxiderande gas.

5. Förfarande enligt nägot av de föregäende kraven, kännetecknat av att ramaterialet upphettas t.ex. med änga, varefter det heta torra ramaterialet mätäs genom en sluss och bringas i kontakt med kyId, väsentligen avfuk-tad icke-oxiderande gas före uttagning genom sluss tili omgivningen.

6. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att änga före kylning av rämaterialet förträngs med annan icke-oxiderande gas. 14 72075

7. Förfarande enligt patentkravet 5 eller 6, k ä n n e-tecknat av att kylningen utförs vid ett undertryck.

8. Förfarande enligt nagot av de föregäende patent-kraven, kännetecknat av att som ramaterial används span eller faner. fi 72075