PL234881B1 - Sposób prasowania materiałów warstwowych, zwłaszcza lignocelulozowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób prasowania materiałów warstwowych, zwłaszcza lignocelulozowych.

Z opisu patentowego nr RE3092 z roku 1865, przyznanego w Stanach Zjednoczonych Johnowi K. Mayo, wynika, że idea materiału warstwowego, zwanego sklejką, opiera się na cementowaniu lub innego rodzaju łączeniu razem pewnej liczby arkuszy, o równoległym przebiegu włókien w sąsiadujących ze sobą warstwach, lub poprzecznym przebiegu włókien w wybranych warstwach.

W opisie patentowym nr US 2068759 opisuje się technologię produkcji sklejki w procesie nanoszenia na wewnętrzne strony forniru powłok w postaci wodnych roztworów skondensowanych żywic klejowych, suszeniu tak naniesionych powłok do wilgotności poniżej 4%, następnie nawilżeniu zewnętrznych fornirów do wilgotności w przedziale od 15 do 40%, a następnie sprasowaniu zestawu fornirów z zastosowaniem podwyższonego ciśnienia i temperatury.

W opisie patentowym nr US 3384137 zastrzega się nanoszenie wody w stanie ciekłym na zewnętrzną powierzchnię (w kolejnym zastrzeżeniu - na obie zewnętrzne powierzchnie) prasowanego w podwyższonej temperaturze i ciśnieniu zestawu fornirów, w ilości co najmniej 15 g/m² prasowanej powierzchni.

Dostępne są liczne opisy patentowe (jak np. US 2724675), zastrzegające specyficzną recepturę środka wiążącego warstwy drewna spajanego do postaci sklejki (lub inaczej zwanego drewnem warstwowym).

Dostępne w literaturze opisy sposobu prasowania materiałów warstwowych, sprowadzają się do skomponowania zestawu materiałów tworzących warstwy produktu końcowego, które to materiały (warstwy) zostały uprzednio pokryte środkiem wiążącym, a następnie poddaniu skomponowanego zestawu działaniu podwyższonego ciśnienia, a nierzadko również podwyższonej temperatury. Czas prasowania takiego tworzywa warstwowego zależy od szeregu czynników, zarówno materiałowych, jak i procesowych. W procesie wytwarzania sklejki, jako tworzywa lignocelulozowego, zależy on głównie od takich czynników, jak założona grubość produktu końcowego, rodzaj zastosowanego środka wiążącego, temperatura prasowania, wilgotność prasowanego wsadu. Proces prasowania może mieć przy tym różny przebieg, tj. w czasie jego trwania może dochodzić do zmiany ciśnienia i/lub temperatury prasowania. Niemniej, podczas prasowania nie dochodzi do zmiany zasadniczych parametrów prasowanego zestawu, jak np. liczba prasowanych warstw kompozytu.

Tradycyjny sposób wytwarzania materiałów warstwowych wymaga zastosowania parametrów prasowania (czasu, ciśnienia, temperatury), zapewniających osiągnięcie minimalnych założonych warunków w całej strukturze prasowanego tworzywa. Problemem jest osiągnięcie równomiernych parametrów w całej objętości materiału.

W opisie polskiego zgłoszenia patentowego P.412954 przedstawiono sposób wytwarzania wyrobów giętkich ze sklejki. Jest to sposób dwuetapowy. W pierwszym etapie formuje się wstępnie panel zewnętrzny złożony z okleiny naturalnej, flizeliny i pojedynczej warstwy łuszczki bukowej pokrytej jednostronnie klejem. Taki panel prasuje się. W drugim etapie formatkę złożoną z łuszczki bukowej z nałożonym jednostronnie klejem i z umieszczonymi na zewnątrz panelami uformowanymi wstępnie w pierwszym etapie prasuje się w formie. Celem dwuetapowego formowania jest obniżenie liczby wadliwych elementów z uszkodzoną zewnętrzną warstwą okleiny, co jest istotnym problemem w przypadku wyrobów giętych.

Celem obecnego wynalazku jest opracowanie sposobu prasowania materiałów warstwowych, który pozwoliłby na podwyższenie wydajności procesu wytwarzania tworzyw warstwowych.

Sposób prasowania materiałów warstwowych, zwłaszcza lignocelulozowych, do postaci sklejki lub kompozytu warstwowego, według wynalazku, polega na tym, że co najmniej dwa arkusze materiału przeznaczonego do sprasowania, z których co najmniej jeden jest pokryty uprzednio środkiem wiążącym, prasuje się, po czym wywierane ciśnienie redukuje się i wprowadza się co najmniej jeden arkusz pokryty środkiem wiążącym tworzący kolejną warstwę materiału i prasuje się całość materiału, i tę operację powtarza się co najmniej jeden raz. Prasowanie prowadzi się pod ciśnieniem 0,1-25 MPa, w temperaturze do 250°C, w czasie każdego etapu od 1 sekundy do 180 minut.

Czas prasowania, ciśnienie prasowania i temperatura prasowania w kolejnych etapach mogą być różne. Korzystnie dla pierwszych warstw czas prasowania będzie dłuższy, ponieważ materiał na początku potrzebuje więcej czasu do przegrzania, następnie, kolejne warstwy mogą być prasowane w krótszym czasie, bo będą nakładane na rozgrzane podłoże, zaś ostatnie warstwy znów powinny być

PL 234 881 B1 prasowane dłużej, dla całkowitego utwardzenia kleju w warstwach zewnętrznych. Z kolei zmieniając wartość ciśnienia prasowania można zmieniać parametry produktu końcowego, np. profil gęstości, wpływający na liczne cechy mechaniczne i fizyczne produktu. Temperatura prasowania jest ściśle powiązana z ciśnieniem i czasem prasowania i jest regulowana w zależności od konkretnych warunków technologicznych.

Wprowadzanie kolejnej warstwy (kolejnych warstw) odbywa się jednostronnie albo obustronnie względem środka grubości prasowanego materiału.

Środki wiążące stosowane w sposobie według wynalazku są znane. Przykładowo można stosować masy klejowe na bazie żywicy: mocznikowo-formaldehydowej, melaminowo-mocznikowo-formaldehydowej, fenolowo-rezorcynowej, fenolowo-rezorcynowo-formaldehydowej, melaminowo-mocznikowo-fenolowo-formaldehydowej, poliuretanowej/izocyjanianowej.

Kolejne etapy prasowania mogą być realizowane na różnych urządzeniach do wywierania ciśnienia i, ewentualnie, temperatury. Proces można realizować w prasie cyklicznego działania. Możliwe jest także, że elementy urządzenia do wywierania ciśnienia i temperatury, bezpośrednio stykające się z prasowanym materiałem, będą w postaci bezkońcowych taśm, umożliwiających przemieszczanie materiału podczas prasowania. Możliwe jest również, że elementy urządzenia do wywierania ciśnienia będą w postaci walców (kalandrów), umożliwiających przemieszczanie materiału podczas prasowania. Elementy urządzenia bezpośrednio stykające się z prasowanym materiałem mogą posiadać przynajmniej jedną niepłaską powierzchnię.

Sposób według wynalazku polega na cyklicznej redukcji wywierania ciśnienia na prasowany materiał, dodawaniu kolejnych warstw prasowanego materiału podczas wymienionej redukcji ciśnienia, ponownym wywarciu ciśnienia prasowania. Rozwiązanie to powoduje szybsze przegrzanie prasowanego wsadu do osiągnięcia temperatury niezbędnej do inicjacji procesu utwardzania środka wiążącego, usytuowanego bezpośrednio pod pierwszymi (zewnętrznymi) warstwami prasowanego zestawu, i zachowania temperatury sprzyjającej procesowi żelowania środka wiążącego usytuowanego w głębszych warstwach prasowanego tworzywa, co w konsekwencji pozwala na znaczne podwyższenie wydajności procesu wytwarzania tworzyw warstwowych.

Na rysunku przedstawiono przykład dwustronnego, symetrycznego względem środka grubości prasowania kompozytu sześciowarstwowego, z wykorzystaniem zespołów z bezkońcowymi taśmami, zgodnie z przykładem 2.

Sposób według wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach.

P r z y k ł a d 1

Kompozyt warstwowy wytwarzano z 12 fornirów bukowych o grubości 2 mm, za wyjątkiem pierwszego forniru pokrytych jednostronnie masą klejową na bazie żywicy melaminowo-mocznikowo-formaldehydowej. W pierwszej kolejności w prasie o półkach rozgrzanych do 140°C umieszcza się forniry ułożone w stos, po czym wywiera się maksymalne ciśnienie jednostkowe rzędu 2 MPa w czasie 120 s. Po tym czasie redukuje się ciśnienie do 0, otwiera prasę i prasowany stos powiększa o kolejną warstwę (fornir), umieszczając ją na powierzchni prasowanego stosu, stroną pokrytą masą klejową w kierunku prasowanego stosu. Następnie prasę zamyka się, wywiera ciśnienie jak wyżej i prasuje w czasie 60 s. Cykl prasowania przy parametrach: maksymalnym ciśnieniu jednostkowym 2 MPa, czasie prasowania 60 s i dokładania kolejnej warstwy (kolejnego forniru) powtarza się do przedostatniej warstwy. Po nałożeniu ostatniej warstwy wywiera się ciśnienie - jak wyżej, oraz prasuje przez czas 180 s.

P r z y k ł a d 2

Kompozyt warstwowy wytwarzano z 16 fornirów z drewna iglastego (świerkowego, sosnowego) o grubości 3,2 mm, za wyjątkiem pierwszego forniru pokrytych jednostronnie masą klejową na bazie żywicy fenolowo-rezorcynowo-formaldehydowej. Wytwarzanie kompozytu realizowano w prasie wyposażonej w taśmy bezkońcowe o różnej długości, umożliwiającej wywieranie ciśnienia i/lub temperatury oraz jednoczesne przemieszczanie prasowanego materiału, pokazanej schematycznie na Fig. 1. Dwa forniry 2 ułożone w stos, z których powierzchnia jednego pokryta jest masą klejową, wprowadza się pomiędzy zespoły robocze prasy, wyposażone w taśmy bezkońcowe 1, rozgrzane do temperatury 140°C. Taśmy bezkońcowe wywierają na prasowany zestaw fornirów maksymalne ciśnienie jednostkowe 1,5 MPa w czasie 3 min, jednocześnie przemieszczając go w zaznaczonym strzałką kierunku kolejnych zespołów roboczych prasy z taśmami bezkońcowymi. Po opuszczeniu zespołów roboczych prasy do prasowanego zestawu fornirów dodaje się po jednej warstwie (fornirze) 3 z każdej strony prasowanego zestawu, w odniesieniu do środka grubości prasowanego zestawu, po czym zestaw fornirów trafia do kolejnych zespołów roboczych prasy z taśmami bezkońcowymi, które wywierają maksymalne

PL 234 881 B1 ciśnienie prasowania 1,5 MPa w czasie 40 s. Cykl ten powtarza się do uzyskania kompozytu o 14 warstwach, po czym po dodaniu do prasowanego zestawu ostatnich dwóch warstw (fornirów), prasuje się je pomiędzy bezkońcowymi taśmami przy maksymalnym ciśnieniu jednostkowym 1,5 MPa w czasie 3 min.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób prasowania materiałów warstwowych, zwłaszcza lignocelulozowych, do postaci sklejki lub kompozytu warstwowego, w którym arkusze materiału przeznaczonego do sprasowania, pokryte uprzednio środkiem wiążącym poddaje się działaniu podwyższonego ciśnienia i, ewentualnie, podwyższonej temperatury, znamienny tym, że w pierwszym etapie prasuje się co najmniej dwa arkusze materiału, z których co najmniej jeden jest pokryty uprzednio środkiem wiążącym, po czym wywierane ciśnienie redukuje się i wprowadza się co najmniej jeden arkusz materiału pokryty środkiem wiążącym tworzący kolejną warstwę materiału i prasuje się całość materiału, i tę operację powtarza się co najmniej jeden raz, przy cz ym prasowanie prowadzi się pod ciśnieniem 0,1-25 MPa, w temperaturze do 250°C, w czasie każdego etapu od 1 sekundy do 180 minut.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas prasowania, ciśnienie prasowania i temperatura prasowania w kolejnych etapach są różne.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kolejną warstwę wprowadza się jednostronnie albo obustronnie względem środka grubości prasowanego materiału.