FI92920C - Menetelmä kovapintaisen muotopuristetun puun valmistamiseksi - Google Patents

Description

92920

Menetelmä kovapintaisen muotopuristetun puun valmistamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä kovapintaisen muo-5 topuristetun puun valmistamiseksi, jossa menetelmässä puristettavaa puukappaletta ensin kuumennetaan ja sen jälkeen puristetaan kuitujen poikkisuunnassa alkuperäistä tilavuutta pienempään tilavuuteen niin, että puukappale ainakin pinnastaan muuttuu alkuperäistä puuainesta tii-10 viimmäksi ja kovemmaksi.

Puuta on pyritty saamaan kovemmaksi ja siten moniin kulutuskestävyyttä ja lujuutta vaativiin tarkoituksiin sopivammaksi puristamalla sitä kokoon niin, että puussa oleva huokoset tukkeutuvat tai pienenevät samalla, kun 15 puun tilavuus pienenee. Samoin kovaa puuta on pyritty saamaan aikaan kyllästämällä puu erilaisilla muoviaineilla tai liima-aineilla. Puuta on myös pyritty puristamaan erilaisiin ennaltamäärättyihin muotoihin esimerkiksi erilaisten tuotteiden tai tuoteaihioiden valmistamiseksi.

20 Jotta puu saataisiin puristettavaan kuntoon, sitä on joko kuumennettu höyrystämällä, mikroaaltosäteilyllä tai jollain muulla tavalla, jonka jälkeen kuuma puu on pyritty puristamaan kokoon. Samoin puuta on pyritty saamaan puristuskelpoiseksi erilaisilla kemikaaleilla kuten 25 ammoniakilla. Tällaisia ratkaisuja on tunnettu muun muassa FI-patentista 10 001, GB-patentista 1 426 555 ja US-paten-tista 4 606 388.

FI-patentissa 10 011 esitetyssä ratkaisussa puuta puristetaan kosteana tai lämmitettynä, jonka jälkeen pu-30 ristettu puu asetetaan muottiin ja karkaistaan kosteassa * · kuumassa höyryssä, jolloin puuaines turpoaa. Tämän jälkeen seuraavassa kuivatusvaiheessa puu vastaavasti kutistuu, kun kosteus häipyy puusta.

GB-patentissa 1 426 555 on esitetty ratkaisu, jossa 35 puuriukuja tai rankoja ja liima-ainetta asetetaan muot- 92920 2 tiin, jossa puristamalla liinla-aine pyritään painamaan puuaineksen sisään samalla, kun se jää rankojen tai riuku-jen väliin liimaten ne toisiinsa. Ratkaisulla saadaan aikaan muotopuristettua puumateriaalia ja puuaihioita, mutta 5 varsinaista kovaa tai kovapintaista puuta tällä menetelmällä ei saada aikaan ja lisäksi se edellyttää ylimääräistä liima-ainetta, joka hankaloittaa menetelmän soveltamista ja nostaa kustannuksia.

US-patentissa 4 606 388 on esitetty ratkaisu puun 10 puristamiseksi kovaksi puumateriaaliksi imeyttämällä siihen ensin ammoniakkia sen pehmentämiseksi, jonka jälkeen puu puristetaan useita peräkkäisiä kertoja kokoonpuristumisen aikaansaamiseksi. Lisäksi puu joudutaan erikseen kuivaamaan alle 100 °C:n lämpötilassa loppuveden poistami-15 seksi, mikä vaikeuttaa soveltamista ja lisää sen kustannuksia. Myös tässä ratkaisussa joudutaan käyttämään ylimääräistä lisäainetta eli ammoniakkia.

US-patentissa 4 469 156 on lisäksi esitetty ratkaisu, jossa vedellä kyllästetty puu kuumennetaan mikroaal-20 tosäteilyllä ja se taivutetaan tai muotoillaan haluttuun muotoon materiaalin ollessa kuumana. Muotoilun jälkeen tapahtuu erillinen kuivatus, jossa puusta poistetaan kosteus. Ratkaisulla ei edes pyritä saamaan aikaan kovaa puuta vaan pelkästään muotoilemaan sitä ja kyseessä on näin 25 ollen eri tarkoitus ja eri ongelman ratkaisu kuin nyt kyseessä olevassa ratkaisussa.

Tunnettujen ratkaisujen heikkoutena on, että niillä ei pystytä saamaan tasalaatuista puuainesta, jossa pinnalla olevan puun kovuus olisi riittävä niin, että samalla 30 saataisiin myös poikkileikkaukseltaan mutkikkaita ja käyttötarkoitukseen valmiiksi muotoiltuja profiileja tai puutuotteita. Myöskään tunnetuilla ratkaisuilla ei voida saada jo käyttötarkoitukseensa valmiiksi kalibroituja ja pinnaltaan erimuotoiseksi muotoiltuja kappaleita, koska niil-35 lä ei kyetä saamaan riittävän tasaista puuaineksen peh- li 3 92920 menemistä ennen puristamisvaihetta.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen menetelmä puristetun puun valmistamiseksi, jolla voidaan saada aikaan halutunlainen puun puristuminen ja 5 ulkomitoiltaan sekä poikkileikkaukseltaan sellaisenaan käytettäväksi sopiva ja pintaosistaan riittävän tiivis ja kova puristepuu. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että olennaisesti nesteellä kyllästettyä puristettavaa puukappaletta kuumennetaan johtamalla sen läpi säh-10 kövirtaa niin, että puukappaleen puuaines kuumenee kokonaisuudessaan olennaisesti tasaisesti, että kuumennettu puukappale puristetaan haluttuun poikkileikkausmuotoon, että puristamisen jälkeen puukappale pidetään puristetussa muodossaan samalla, kun se kuumennetaan sellaiseen lämpö-15 tilaan, että sen sisältämät lämmön vaikutuksesta pehmenevät ainesosat saadaan pehmeämmäksi ja tarttumaan muuhun kuituainekseen, ja että puristettu puukappale edelleen puristetussa muodossaan ja tilavuudessaan jäähdytetään sellaiseen lämpötilaan, että kuumennettaessa pehmenneet 20 ainesosat jähmettyvät sitoen puristetun puukappaleen pysyvästi puristettuun muotoonsa.

Keksinnön olennainen ajatus on, että nesteellä kyllästetty puukappale kuumennetaan johtamalla sen läpi sähkövirta, jolloin koko puuaines saadaan kuumenemaan tasai-25 sesti haluttuun lämpötilaan. Edelleen keksinnön olennainen ajatus on, että näin kuumennettu puukappale puristetaan poikkileikkaukseltaan ja mitoiltaan ennaltamäärättyyn muotoon, jolloin puukappaleen pintakerros tiivistyy halutun tiiviiksi ja kovaksi samalla, kun ydin voi muodostua joko 30 läpikotaisin kovaksi tai halutulla tavalla pintakerrosta pehmeämmäksi käyttötarkoituksesta riippuen. Edelleen keksinnön olennaisena ajatuksena on, että puristettu puukappale lopullisessa puristetussa muodossaan ja tilavuudessaan ollessaan kuumennetaan kuumaksi niin, että siinä ole-35 va ligniini ja muut kuumuudessa pehmenevät ainesosat peh- 4 92920 menevät ja sitovat puun kuidut' tiiviisti kiinni samalla, kun puussa oleva loppuneste kuten vesi saadaan haihdutetuksi puukappaleesta, jonka jälkeen puukappale jäähdytetään niin, että se jäähdyttyään jää puristamalla aikaan-5 saatuun muotoon ja tilavuuteen. Edullisemmin kuumentaminen tehdään johtamalla puukappaleen läpi sähkövirtaa, jolloin puuaineksen kuumeneminen saadaan tehdyksi varmasti tasaisesti samalla, kun se voidaan kuumentaa jopa 500 - 600°C tai jopa kuumemmaksi.

10 Keksinnön mukaisen menetelmän etuna on, että puu saadaan pehmeäksi läpikotaisin tasaisesti ja siten helposti puristettavaksi. Edelleen keksinnön mukaisen menetelmän etuna on, että puristettava puukappale voi olla käyrä tai mutkainen ilman, että se puristettaessa katkeaa tai mur-15 tuu, koska se pehmeytensä vuoksi joustaa riittävästi. Edelleen keksinnön etuna on, että eri käyttötarkoituksiin voidaan käyttää puumateriaalista lähes 100 % samalla, kun saadaan lopputuote, jonka mitoitus ja muoto on juuri käyttötarkoitukseen sopivat. Edelleen keksinnön mukaisen mene-20 telmän etuna on, että lopputuotteeseen voidaan puristimen leuat sopivasti muotoilemalla saada aikaan erilaisia syvennyksiä ja upotuksia esimerkiksi helojen tai muiden lisätarvikkeiden kiinnittämiseksi, jolloin ylimääräisiä jyr-simisiä tai muita työstötoimenpiteitä ei aina tarvita. 25 Erityisesti käyttötarkoituksissa, joissa tarvitaan tiivis yhtenäinen pintakerros, mutta joko kiinnitys- tai eristys-syistä pehmeämpää ja vähemmän tiivistä sydänosaa, voidaan keksinnön mukaisella menetelmällä valmistaa erilaisia ja erimuotoisia ja sydänosan tiiviydeltä erilaisia puukappa-30 leita. Keksinnön mukaisesti valmistettu puukappale voidaan myös pinnoittaa tai pintakäsitellä halutun ulkonäön saamiseksi erilaisilla sinänsä tunnetuilla tavoilla.

Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirustuksissa, joissa 35 kuvio 1 esittää kaavamaisesti lohkokaaviona keksin- li .

5 92920 nön mukaisen menetelmän totehttamisen vaiheittain, kuvio 2 esittää kaavamaisesti erään keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen soveltuvaa puristinta sivusta katsottuna ja 5 kuvio 3 esittää kaavamaisesti lämmityslaitteistoa, jolla keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan lämmittää puristettava puukappale etukäteen sekä vastaavasti kuumentaa puristettu puukappale.

Kuviossa 1 on esitetty kaavamaisesti lohkokaaviona 10 keksinnön mukainen menetelmä, jossa kukin valmistukseen liittyvä vaihe on merkitty omana lohkonaan. Puristettavan puukappaleen kuumennusvaiheessa 1 puristettavan puukappaleen päihin asetetaan elektrodit, jonka jälkeen puukappaleen läpi johdetaan sähkövirta niin, että puussa oleva 15 neste ja siten sen avulla koko puuaines kuumenee sopivan pehmeäksi. Puukappale on edullisesti poikkileikkaukseltaan koko pituudeltaan samanlainen eli sen ainetilavuus on olennaisesti sama jokaisessa poikkileikkauskohdassa. Puu-kappale voi olla mutkainen tai käyrä, koska kuumennettuna 20 puristettaessa se ei katkea. Puristettava puukappale on nesteellä kyllästetty. Puu voi tällöin olla lähes vasta-kaadettua puuta, joka ei vielä ole ehtinyt kuivumaan ja on siten kasvunesteidensä kyllästämä. Puukappale voi olla myös jälkikäteen vedellä kyllästettyä, jolloin edullisem-25 min kyllästäminen tapahtuu asettamalla puukappaleet pystyyn vesialtaaseen niin, että puukappaleen toinen pää on vesipinnan tasolla tai sen yläpuolella. Tällöin kyllästyminen tapahtuu kapillaari-ilmiön vaikutuksesta nopeasti ja varmasti.

30 Kuumentamisen 1 jälkeen puukappale puristetaan kui tujen poikkisuunnassa haluttuun muotoon, jolloin se suore-nee tai siitä saadaan myös halutulla tavalla kaareva tai vaikka mutkikas. Samalla sen poikkileikkaus saadaan puris-tinleukojen muodon valinnalla halutuksi, jolloin esimer-35 kiksi voidaan pyöreästä puukappaleesta puristaa suorakai- 92920 6 teen muotoinen tai syvennyksellä varustettu puukappale kuten esimerkiksi oven karmi tai muu vastaava poikkileikkaukseltaan monimuotoinen puukappale. Puristuksen 2 yhteydessä puukappaleen pinta tiivistyy tiiviiksi ja kovak-5 si. Mikäli puristussuhde pysyy sopivana, eli tyypillisesti 1,5 - 2, jää puun ydinosa pintaa pehmeämmäksi. Tällöin esimerkiksi oven karmien tai ikkunakarmien valmistuksessa puun eristyskyky osittain säilyy samalla, kun pintaosa saadaan halutulla tavalla lujaksi ja tiiviiksi helojen 10 kiinnittämistä varten ja toisaalta säänkestäväksi tiiviytensä vuoksi. Haluttaessa voidaan puristussuhde pitää suurempana, jolloin saadaan halutunmuotoisia läpitiiviitä ja kovia kappaleita, jotka voidaan sellaisenaan käyttää eri tarkoituksiin.

15 Puristuksen jälkeen seuraa kuumennus 3, jolloin puukappale pidetään siinä muodossa ja tilavuudessa, johon se puristuksen 2 yhteydessä puristettiin. Tällöin puukappale voidaan kuumentaa käyttäen erilaisia kuumennustapoja, esimerkiksi kuumentamalla puristinleuat niin, että puukap-20 paleen lämpötila voi olla yli 500°C. Nopean kuumentamisen avulla saadaan puussa oleva ligniini ja muut kuumuudesta pehmenevät ainesosat pehmenemään ja tiiviisti tarttumaan puukuituihin, jolloin puusta sen omien ainesten avulla muodostuu täysin tiivistä materiaalia, joko pelkästään 25 pintaosista tai, mikäli puu on puristettu tarpeeksi tiiviisti läpikotaisin. Saunalla kuumentaminen saa aikaan sen, että puussa oleva jäännösneste tai kosteus saadaan poistetuksi ja puu saadaan haluttuun muotoon pysyvästi. Kuumennus voidaan tehdä myös käyttämällä alkukuumennuksen tavoin 30 puukappaleen läpi johdettua sähkövirtaa, mikä on helpointa tehdä asettamalla elektrodit puukappaleen päihin ja johtamalla sähkövirta sen läpi puukuitujen suuntaisesti.

Kuumennuksen jälkeen seuraa hallittu lämpötilan lasku 4 samalla, kun puukappale edelleen pidetään siinä 35 muodossa ja tilavuudessa mihin se puristettiin. Näin saa-

II

7 92920 daan puun ainesosat hallitusti jähmettymään ja siten muodostamaan halutulla tavalla tiivis ja kova puu. Kun lämpötila on sopivasti laskettu noin 100°C suuruiseksi, tapahtuu suhteellisen nopea jäähdytys 5. Tämä voidaan tehdä 5 esimerkiksi jäähdyttämällä puukappaletta puristinleukojen tai muun muotin jäähdyttämisellä esimerkiksi kylmän veden avulla, jolloin puukappaleen lämpötila saadaan nopeasti lasketuksi esim. alle 50°C. Tämän jälkeen puukappale voidaan ottaa pois puristinleukojen välistä tai muotista, 10 johon se on puristinleuoista siirretty ja se säilyttää tällöin pysyvästi puristetun muotonsa.

Kuviossa 2 on esitetty kaavamaisesti eräs keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen soveltuva puristin sivusta katsottuna. Tässä puristimessa puristettava puukap-15 pale 6 kuumennetaan johtamalla sen läpi sähkövirtaa edullisemmin päästä päähän sen kuitujen suunnassa, jonka jälkeen se syötetään syöttöpöydän 7 avulla puristinyksikköön 8. Puristinyksikön 8 muodostavat puristinleuat 9 ja 10 sekä puristinleukaa 10 painava puristinsylinteri 11. Puu-20 kappale 6 asetetaan puristinleukojen 9 ja 10 väliin, johon on voitu asettaa esimerkiksi erillinen muotokappale 12 olakkeen saamiseksi puristettuun kappaleeseen 6'. Puukappaleen 6 ollessa puristinleukojen 9 ja 10 välissä leukaa 10 painetaan sylinterin 11 avulla kuviossa alaspäin, jol-25 loin kuumennettu puukappale 6 muotoutuu leukojen määrittelemän tilan mukaiseksi puristetuksi puukappaleeksi 6'. Tällöin puristussuhteen ollessa noin 1,5-2 puukappaleen 6' pintaosa tiivistyy tiiviiksi ja kovaksi puumateriaaliksi, mutta keskiosa jää pintaa pehmeämmäksi ja huokoisem-30 maksi. Jotta saadaan samaan tarkoitukseen käytettävien • · < puristettujen puukappaleiden ominaisuudet keskenään vastaaviksi, on edullista karkeasti kalibroida puristettavat puukappaleet 6 poikkileikkaukseltaan niin, että poikkileikkauspinta-ala koko pituudelta on olennaisesti sauna. 35 Kun puristettu puukappale 6' on kuvion 2 mukaisesti puris- 8 92920 tinleukojen 9 ja 10 sekä muotokappaleen 12 puristamina halutussa muodossa, tapahtuu kuumentaminen sekä lämpötilan lasku ja jäähdytys kuvion 1 yhteydessä esitetyllä tavalla. Jotta puukappale pysyisi puristetussa muodossa, voidaan 5 käyttää irrallisia puristinleukoja 9 ja 10, jotka puristuksen loputtua kytketään toisiinsa niin, että puukappale 6' pysyy niiden välissä ja lopputoimenpiteet voidaan tehdä siirtämällä kytketyt puristinleuat 9 ja 10 seuraavaan vaiheeseen samalla, kun seuraavaa puristettavaa puukappaletta 10 asetetaan uudet irralliset puristinleuat puristimeen. Toisena vaihtoehtona on suorittaa kuumennus 3 ja lämpötilan hallittu laskeminen 4 sekä jäähdytys puristimessa käyttäen kiinteätä paikalleen asennettuja puristinleukoja 9 ja 10, mikä kuitenkin suurempia tuotantomääriä ajatellen on suh-15 teellisen hidas tai vaatii useita erillisiä puristinlaitteita riittävän kapasiteetin aikaansaamiseksi.

Kuviossa 3 on esitetty kaavamaisesti kuumenninlai-te, jolla puristettava puukappale 6 voidaan esikuumentaa ennen puristusta ja jollaista laitetta vastaavasti voidaan 20 käyttää puristetun puukappaleen 6' kuumentamiseen puristamisen jälkeen.

Kuviossa 3 on puristettava puukappale on asetettu kahden elektrodin 13 ja 14 väliin niin, että elektrodit kuumennettaessa asettuvat puukappaleen 6 päätyjä vasten. 25 Elektrodit 13 ja 14 on kytketty johtimien 15 ja 16 avulla virtalähteeseen 17, jonka avulla elektrodien 13 ja 14 välille saadaan aikaan jännite niin, että niiden välillä kulkee virta puukappaleen 6 läpi. Virtalähde voi syöttää joko tasa- tai vaihtojännitettä, kunhan puukappaleen 6 30 läpi saadaan sopiva virta niin, että puukappale 6 kuumenee kokonaisuudessaan tasaisesti.

Edellä selityksessä ja piirustuksissa on keksintöä esitetty vain esimerkinomaisesti eikä sitä ole millään tavoin rajoitettu siihen. Puristin voi olla rakenteeltaan 35 varsin monenlainen ja sen leukojen rakenne ja toiminta 9 92920 voidaan toteuttaa varsin väpaasti. Olennaista on, että puristettava puukappale 6 saadaan koko pituudeltaan samanlaisen puristuksen alaiseksi. Puristetun puukappaleen 6' kuumentaminen voidaan tehdä joko, kuten edellä on esitet-5 ty, johtamalla sen läpi sähkövirtaa tai kuumentamalla pu-ristinleukoja 9 ja 10. Vastaavasti puukappaleen jäähdyttäminen kuumentamisen jälkeen voidaan tehdä joko sallimalla sen jäähtyä itsestään, kun kuumennus lopetetaan tai hallitusti jäähdyttämällä esimerkiksi puristinleukoja 9 ja 10 10 joko höyryllä, vedellä tai muulla sopivalla tavalla.

*« $ · .

I 1 Λ ♦

Claims (7)

92920

1. Menetelmä kovapintaisen muotopuristetun puun 5 valmistamiseksi, jossa menetelmässä puristettavaa puukappaletta ensin kuumennetaan ja sen jälkeen puristetaan kuitujen poikkisuunnassa alkuperäistä tilavuutta pienempään tilavuuteen niin, että puukappale ainakin pinnastaan muuttuu alkuperäistä puuainesta tiiviimmäksi ja kovemmaksi, 10 tunnettu siitä, että olennaisesti nesteellä kyllästettyä puristettavaa puukappaletta kuumennetaan johtamalla sen läpi sähkövirtaa niin, että puukappaleen puuaines kuumenee kokonaisuudessaan olennaisesti tasaisesti, että kuumennettu puukappale puristetaan haluttuun poikki-15 leikkausmuotoon, että puristamisen jälkeen puukappale pidetään puristetussa muodossaan samalla, kun se kuumennetaan sellaiseen lämpötilaan, että sen sisältämät lämmön vaikutuksesta pehmenevät ainesosat saadaan pehmeämmäksi ja tarttumaan muuhun kuituainekseen, ja että puristettu puu-20 kappale edelleen puristetussa muodossaan ja tilavuudessaan jäähdytetään sellaiseen lämpötilaan, että kuumennettaessa pehmenneet ainesosat jähmettyvät sitoen puristetun puukappaleen pysyvästi puristettuun muotoonsa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n-25 n e t t u siitä, että puukappale kuumennetaan puristamisen jälkeen yli 500°C lämpötilaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puukappaleen lämpötilaa lasketaan kuumentamisen jälkeen olennaisesti tasaisesti, kun- 30 nes se on noin 100°C, jonka jälkeen puukappale jäähdytetään nopeasti.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puukappale kuumennetaan puristamisen jälkeen johtamalla sen läpi sähkövir- 35 ta. 92920

5. Jonkin edellisen “patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähkövirta johdetaan puukappaletta kuumennettaessa sen läpi puukuitujen suunnassa.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puukappale kuumennetaan ja puristetaan sen ollessa kyllästyneenä sen omilla kasvunesteillä ilman ylimääräistä kyllästämistä.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen mene-10 telmä, tunnettu siitä, että puukappale kyllästetään ennen kuumentamista ja puristamista vedellä tai muulla sopivalla nesteellä. 92920