PL242131B1 - Drewniane płyty komórkowe z rdzeniem pryzmatycznym i sposób wytwarzania drewnianych płyt komórkowych z rdzeniem pryzmatycznym - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania warstwowych płyt komórkowych z pryzmatycznymi rdzeniami, w którym w pierwszym kroku metodą skrawania pozyskuje się arkusze obłogów rdzenia o grubości od 0,4 mm do 4 mm, korzystnie 2 mm (1) korzystnie poddając je następnie moczeniu przez zanurzenie w wodzie o temperaturze od 20°C do 40°C, korzystnie 30°C, lub nawilżaniu w parze o temperaturze od 50°C do 90°C, korzystnie 60°C, poddając je następnie uplastycznianiu przez nagrzewanie do temperatury od 60°C do 80°C, korzystnie 80°C w komorze mikrofalowej (3) w czasie od 2 minut do 8 minut, korzystnie 4 minuty, i w dalszej kolejności obłogi rdzenia poddając kształtowaniu w formach (5) wywierając obciążenie od 100 N do 400 N, korzystnie 250 N i utrzymując to obciążenie przez okres od 5 minut do 10 minut, korzystnie 7 minut, przy czym w tym samym czasie, mokre i odkształcone obłogi rdzenia poddawane są suszeniu w strumieniu gorącego powietrza o temperaturze od 40°C do 90°C, korzystnie 70°C, w kolejnym kroku na wąskie poziome powierzchnie rdzeni aplikuje się klej korzystnie PVAc w ilości od 40 g/m2 do 80 g/m2, korzystnie 80 g/m2, a następnie składa się rdzenie i okładziny wytworzone z arkuszy sklejki trzywarstwowej i uformowane stosy płyt ściska się w prasach (9) wywierając stały nacisk od 50 N do 100 N, korzystnie 70 N, przez okres od 5 minut do 30 minut, korzystnie 12 minut. Płyta komórkowa z rdzeniem pryzmatycznym zbudowana jest z zewnętrznych okładzin wykonanych z drewna, tworzyw drzewnych (korzystnie sklejki), lub innych kompozytów z dodatkiem drewna pomiędzy którymi umieszczony jest rdzeń, który jest rdzeniem pryzmatycznym, grubość okładzin wynosi od 3 mm do 25 mm, korzystnie 4 mm, rdzeń płyty według wynalazku wykonany jest z obłogów drewnianych korzystnie skrawanych obwodowo, grubość obłogów do wykonania pryzmatycznego rdzenia wynosi od 0,4 mm do 4 mm, korzystnie 2 mm, grubość rdzenia wynosi od 8 mm do 44 mm, korzystnie 12 mm, kąt pochylenia ramion pryzmatycznego rdzenia powinien być równy od 20° do 60°, korzystnie 45°, a grubość płyty komórkowej wynosi od 14 mm do 50 mm, korzystnie 20 mm.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku są drewniane płyty komórkowe z rdzeniem pryzmatycznym i sposób wytwarzania drewnianych płyt komórkowych z rdzeniem pryzmatycznym.

Płyty warstwowe z drewna oraz tworzywa drzewne stanowią znakomitą alternatywę dla podobnych kompozytów wytwarzanych z metali lub tworzyw sztucznych. Są lżejsze i w odniesieniu do ich gęstości bardziej sztywne i wytrzymałe. Pozwalają na znakomite gospodarowanie zasobami naturalnymi ziemi gdyż powstają z materiałów odnawialnych. Zwykle poszukuje się substytutów płyty wiórowej przez zastosowanie: wiórów z roślin jednorocznych [1] [2] [3] [4], długich pasm drzewnych [5], mieszanin tworzyw sztucznych z masami lignocelulozowymi [6]. Wprawdzie otrzymywane kompozyty charakteryzują się atrakcyjną gęstością, jednak ich moduł sprężystości i wytrzymałość na zginanie nie pozwalają na wykorzystanie w przemyśle budowlanym czy meblarskim. Z tych powodów podejmowane są inne próby zastosowania włókien naturalnych do budowy lekkich kompozytów warstwowych o dużej sztywności i stosunkowo małej gęstości. Kona i inni [7] przedstawili chemiczne i fizyczne właściwości kompozytów wzmacnianych włóknami naturalnymi. Mazharuddin i inni [8] określili wpływ ukierunkowania włókien na wytrzymałość biokompozytów. Majid i inni [9] przedyskutowali wpływ uderzeń o małej prędkości na zdolność absorbowania energii przez kompozyty wykonane z materiałów pochodzenia naturalnego. W pracy [10] autorzy omówili wpływ uderzenia małej prędkości na mechaniczną odpowiedź płyt komórkowych wykonanych z falistych płyt OSB.

Badano także odporność na zginanie statyczne [11] warstwowych struktur wykonanych ze sklejki z rdzeniem polimerowym lub aluminiowym. Labans and Kalnins [12] przebadali własności wytrzymałościowe kompozytów z żebrowanym rdzeniem wykonanych z sklejki. Jin i inni. [13] przygotowali płyty warstwowe z okładzinami ze sklejki oraz z rdzeniem wykonanym z drewnianych kołów. Natomiast w pracy [14] przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych kompozytów wykonanych wyłącznie z masy roślin jednorocznych. Li i inni [15] wyjaśnili zasady modelowania lekkich płyt warstwowych poddanych zginaniu. Badano także właściwości płyt wykonanych z obłogów i aglomerowanych korkiem [16]. W kolejnej pracy [17] opisano metodę wytwarzania płyty warstwowej z rdzeniem falistym na bazie drewna, którą poddano zginaniu statycznemu. Wykazano, że wytworzony materiał charakteryzuje się zadowalającą sztywnością w dwóch prostopadłych kierunkach ortotropii. Opisano także innowacyjną metodę falistego formowania sklejki za pomocą podgrzewanych rolek [18] oraz przez modyfikację termiczną obłogów [19]. Metody te mogą zwiększyć zakres użytkowania sklejek oraz wartość końcowych produktów. Stały się one inspiracją dla niniejszego zgłoszenia patentowego. Badano także płyty warstwowe z pryzmatycznymi rdzeniami wykorzystując przyjazne środowisku naturalnemu materiały recyklingowe [20].

W przedstawionych pracach nie wykazano jednak, że płyty warstwowe z rdzeniem falistym, pomimo łatwości wytwarzania, mają istotną przewagę nad płytami z rdzeniami pryzmatycznymi. Nadal problemem jest wąska powierzchnia spoiny klejowej łączącej okładziny z rdzeniem. Nadal brakuje drewnianych płyt komórkowych z rdzeniem pryzmatycznym. W tego rodzaju płytach powierzchnię sklejenia można lepiej ukształtować i technologicznie lepiej wykorzystać do łączenia z innymi warstwami płyty uzyskując lekki i wytrzymały materiał konstrukcyjny.

Przedmiotem zastrzeżenia jest płyta komórkowa z pryzmatycznym rdzeniem w całości wykonana z drewna, złożona z okładzin sklejkowych i rdzenia wykonanego z obłogów drewnianych. Rdzenie mogą być wykonane w układzie pojedynczym lub wielokrotnym.

Ze zgłoszenia patentu europejskiego nr EP2420379 znana jest struktura warstwowa zaopatrzona w warstwę rdzeniową, która ułożona jest z pasków wiotkiego materiału połączonych ze sobą w taki sposób aby tworzyć komórki wielokątne lub cylindryczne, które połączone krawędziami podstawy z warstwami okładzinowymi usztywniają element warstwowy.

Ze zgłoszenia patentu europejskiego EP1223032 znane są płytowe lekkie elementy konstrukcyjne, które pomiędzy warstwami okładzinowymi zawierają element nośny, przestrzenny. Element nośny wykonany jest z tworzywa termoplastycznego i połączony z warstwami okładzinowymi za pomocą punktów kotwiących.

Znana jest także płyta według zgłoszenia P.409789 w której falisty rdzeń umieszczony jest pomiędzy warstwami okładzin zewnętrznych.

Proponowane w zgłoszeniu patentowym rozwiązanie dotyczy budowy i technologii wytwarzania drewnianych warstwowych płyt komórkowych z pryzmatycznymi rdzeniami. Pryzmatyczne rdzenie oraz okładziny wykonane są z drewna i/lub kompozytów drzewnych i charakteryzują się wysoką zdolnością do przenoszenia obciążeń krytycznych wywołujących ich zginanie, ścinanie i wyboczenie. Wytrzymałość taka wielokrotnie przewyższa wytrzymałość znanych rozwiązań. Ponieważ struktura rdzenia może być wielowarstwowa, tak uformowane komórki wykazują właściwości auksetyczne co znacząco poprawia sztywność oraz wytrzymałość belek i paneli wykonanych z płyt warstwowych o pryzmatycznym rdzeniu.

Sposób wytwarzania warstwowych płyt komórkowych z pryzmatycznymi rdzeniami według wynalazku polega na tym, że w pierwszym kroku metodą skrawania pozyskuje się arkusze obłogów rdzenia o grubości od 0,4 mm do 4 mm, korzystnie 2 mm (1). Ponieważ każdy z obłogów rdzenia wyróżniać się może niejednakową wilgotnością początkową, arkusze obłogów rdzenia korzystnie poddaje się moczeniu przez zanurzenie w wodzie o temperaturze 10 od 20° C do 40°C, korzystnie 30°C, lub nawilżaniu w parze o temperaturze od 50°C do 90°C, korzystnie 60°C. Nawilżanie obłogów rdzenia prowadzi się do 72 godzin, korzystnie 8 godzin (2). Otrzymane metodą moczenia w wodzie obłogi rdzenia o wilgotności bezwzględnej powyżej punktu nasycenia włókien (korzystnie 25%) poddaje się następnie uplastycznianiu przez nagrzewanie do temperatury od 60°C do 80°C, korzystnie 80°C w komorze mikrofalowej (3) w czasie od 2 minut do 8 minut, korzystnie 4 minuty. Nawilżanie obłogów rdzenia w parze wodnej nie wymaga dodatkowego uplastyczniania drewna. Uplastycznione obłogi rdzenia (4) charakteryzują się wyrównaną temperaturą około 80°C i wilgotnością bezwzględną w granicy punktu nasycenia włókien, korzystnie nieco powyżej 30%. W dalszej kolejności obłogi rdzenia poddaje się kształtowaniu w formach (5). Przykładowy kształt i wymiary form zilustrowano na rycinie 2. Do kształtowania obłogów, na każdy z nich wywiera się obciążenie od 100 N do 400 N, korzystnie 250 N i utrzymuje się to obciążenie przez okres od 5 minut do 10 minut, korzystnie 7 minut. W tym samym czasie, mokre i odkształcone obłogi rdzenia poddawane są suszeniu w strumieniu gorącego powietrza o temperaturze od 40°C do 90°C, korzystnie 70°C. Po tym czasie otrzymuje się suche i uformowane rdzenie. W kolejnym kroku na wąskie poziome powierzchnie rdzeni aplikuje się klej korzystnie PVAc w ilości od 40 g/m² do 80 g/m², korzystnie 80 g/m². Czynności te wykonuje się korzystnie przy użyciu walcy klejarskich (6) z prędkością posuwu od 20 m/min do 60 m/min., korzystnie 30 m/min.

Następnie składa się rdzenie i okładziny wytworzone z arkuszy sklejki trzy warstwowej. Arkusze sklejki można w innym przykładzie wykonania zastąpić dowolnym arkuszem płyty wykonanej z drewna np. płyty wiórowej płyty pilśniowej, płyty OSB itp. Składając poszczególne warstwy płyt według wynalazku zachowuje się kierunki ortotropii, co przedstawiono na rycinie 1. Przy czym X odpowiada kierunkowi wzdłuż włókien drzewnych (L), Y to kierunek promieniowy (R), Z kierunek styczny (T). Uformowane stosy płyt ściska się w prasach (9) wywierając stały nacisk od 50 N do 100 N, korzystnie 70 N, przez okres od 5 minut do 30 minut, korzystnie 12 minut. Korzystnie, gdy w celu uniknięcia zgniecenia rdzeni, na brzegach sklejanych płyt aplikuje się listwy o wysokości równej wysokości rdzenia. Po sklejeniu otrzymuje się płyty z rdzeniem odpowiednio pojedynczym lub wielokrotnym (10) o grubości około od 16 mm do 50 mm. Należy przy tym zauważyć, że rdzenie uformowane z trzech warstw obłogów tworzą struktury o właściwościach auksetycznych znane w literaturze jako układy strzałkowe [21].

Płyta komórkowa z rdzeniem pryzmatycznym zbudowana jest z zewnętrznych okładzin wykonanych z drewna, tworzyw drzewnych (korzystnie sklejki), lub innych kompozytów z dodatkiem drewna pomiędzy którymi umieszczony jest rdzeń pryzmatyczny. Grubość okładzin wynosi od 3 mm do 25 mm, korzystnie 4 mm. Rdzeń płyty według wynalazku wykonany jest z obłogów drewnianych korzystnie skrawanych obwodowo. Grubość obłogów do wykonania pryzmatycznego rdzenia wynosi od 0,4 mm do 4 mm, korzystnie 2 mm. Grubość rdzenia powinna być równa od 8 mm do 44 mm, korzystnie 12 mm. Grubość płyty komórkowej powinna być równa od 14 mm do 50 mm korzystnie 20 mm. Kąt pochy lenia ramion pryzmatycznego rdzenia powinien być równy od 20° do 60°, korzystnie 45° (ryc. 4). Warstwy rdzenia skleja się ze sobą przy użyciu kleju PVAc aplikowanego korzystnie w ilości od 40 g/m² do 80 g/m², korzystnie 80 g/m². Obłogi i rdzeń skleja się ze sobą przy użyciu kleju PVAc aplikowanego korzystnie w ilości od 40 g/m² do 80 g/m², korzystnie 80 g/m² na wąskie górne powierzchnie rdzenia.

Porównano właściwości mechaniczne płyt warstwowych z pryzmatycznym rdzeniem z właściwościami tradycyjnych tworzyw drzewnych takich jak: płyta wiórowa (PB), płyta pilśniowa średniej gęstości (MDF), sklejka (PL) w dwóch kierunkach ortotropii (PL χ, PL z ). W tabeli 1 zestawiono podstawowe właściwości tych materiałów, płyty z rdzeniem potrójnym (auksetycznym) (TR) oraz płyty z rdzeniem pojedynczym (SI). Jako mierniki jakości tych kompozytów zastosowano współczynniki:

PL 242131 Β1 _ MOE Qmoe — ,

P oraz _n _ MOR Qmor — -~, (2) (3) gdzie: Qmoe i Qmor odpowiednio współczynnik sztywności względnej oraz współczynnik wytrzymałości względnej (Nm/kg), p - gęstość (kg/m³).

Z zestawionych obliczeń wynika, że wytworzone nowe płyty warstwowe TR i SI charakteryzują się bardzo dobrymi wskaźnikami sztywności i wytrzymałości względnej, ustępując jedynie sklejce (PLx) o wzdłużnym kierunku włókien drzewnych w warstwach zewnętrznych.

Przedmiot według wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 prezentuje sposób wytwarzania płyt według wynalazku, fig. 2 przedstawia formę i przeciw-formę do kształtowania rdzenia. Fig. 3 przedstawia budowę płyty według wynalazku fig. 4 przedstawia geometrię płyty według wynalazku.

Przykład I

Sposób wytwarzania warstwowych płyt komórkowych z pryzmatycznymi rdzeniami według wynalazku polega na tym, że w pierwszym kroku metodą skrawania pozyskuje się arkusze obłogów rdzenia o grubości 0,4 mm (1). Ponieważ każdy z obłogów rdzenia wyróżniać się może niejednakową wilgotnością początkową, arkusze obłogów rdzenia poddaje się moczeniu przez zanurzenie w wodzie o temperaturze 20°C. Nawilżanie obłogów rdzenia prowadzi się do 72 godzin (2). Otrzymane metodą moczenia w wodzie obłogi rdzenia o wilgotności bezwzględnej powyżej punktu nasycenia włókien (korzystnie 25%) poddaje się następnie uplastycznianiu przez nagrzewanie do temperatury 60°C w komorze mikrofalowej (3) w czasie 2 minut. Uplastycznione obłogi rdzenia (4) charakteryzują się wyrównaną temperaturą około 80°C i wilgotnością bezwzględną w granicy punktu nasycenia włókien powyżej 30%. W dalszej kolejności obłogi rdzenia poddaje się kształtowaniu w formach (5). Kształt i wymiary form zilustrowano na rycinie 2. Do kształtowania obłogów, na każdy z nich wywiera się obciążenie 100 N i utrzymuje się to obciążenie przez okres 5 minut. W tym samym czasie, mokre i odkształcone obłogi rdzenia poddawane są suszeniu w strumieniu gorącego powietrza o temperaturze 40°C. Po tym czasie otrzymuje się suche i uformowane rdzenie. W kolejnym kroku na wąskie poziome powierzchnie rdzeni aplikuje się klej PVAc w ilości 40 g/m². Czynności te wykonuje się przy użyciu walcy klejarskich (6) z prędkością posuwu 20 m/min.

Następnie na stanowisku (8) składa się rdzenie i okładziny wytworzone z arkuszy sklejki trzywarstwowej. Składając poszczególne warstwy płyt według wynalazku zachowuje się kierunki ortotropii, co przedstawiono na rycinie 1. Przy czym X odpowiada kierunkowi wzdłuż włókien drzewnych (L), Y to kierunek promieniowy (R), Z kierunek styczny (T). Uformowane stosy płyt ściska się w prasach (9) wywierając stały nacisk 50 N, przez okres 5. W celu uniknięcia zgniecenia rdzeni, na brzegach sklejanych płyt aplikuje się listwy o wysokości równej wysokości rdzenia.

Płyta komórkowa z rdzeniem pryzmatycznym zbudowana jest z zewnętrznych okładzin wykonanych z drewna, pomiędzy którymi umieszczony jest rdzeń pryzmatyczny. Grubość okładzin wynosi 3 mm. Rdzeń płyty według wynalazku wykonany jest z obłogów drewnianych skrawanych obwodowo. Grubość obłogów do wykonania pryzmatycznego rdzenia wynosi 0,4 mm. Grubość rdzenia wynosi 8 mm a grubość płyty komórkowej wynosi 14 mm. Kąt pochylenia ramion pryzmatycznego rdzenia wynosi 20° (ryc. 4). Warstwy rdzenia sklejone są ze sobą przy użyciu kleju PVAc aplikowanego w ilości 40 g/m². Obłogi i rdzeń sklejone są ze sobą przy użyciu kleju PVAc aplikowanego w ilości 40 g/m² na wąskie górne powierzchnie rdzenia.

Porównano właściwości mechaniczne płyt warstwowych z pryzmatycznym rdzeniem z właściwościami tradycyjnych tworzyw drzewnych takich jak: płyta wiórowa (PB), płyta pilśniowa średniej gęstości (MDF), sklejka (PL) w dwóch kierunkach ortotropii (PLx, PLz). W tabeli 1 zestawiono podstawowe właściwości tych materiałów, płyty z rdzeniem potrójnym (auksetycznym) (TR) oraz płyty z rdzeniem pojedynczym (SI). Jako mierniki jakości tych kompozytów zastosowano współczynniki:

MOE P ’ oraz _n _ MOR Qmor —

PL 242131 Β1 gdzie: Qmoe i Qmor odpowiednio współczynnik sztywności względnej oraz współczynnik wytrzymałości względnej (Nm/kg), p - gęstość (kg/m³).

Z zestawionych obliczeń wynika, że wytworzone nowe płyty warstwowe TR i SI charakteryzują się bardzo dobrymi wskaźnikami sztywności i wytrzymałości względnej, ustępując jedynie sklejce (PLx) wzdłużnym kierunku włókien drzewnych w warstwach zewnętrznych.

Przykład II

Sposób wytwarzania warstwowych płyt komórkowych z pryzmatycznymi rdzeniami według wynalazku polega na tym, że w pierwszym kroku metodą skrawania pozyskuje się arkusze obłogów rdzenia o grubości 4 mm (1). Ponieważ każdy z obłogów rdzenia wyróżniać się może niejednakową wilgotnością początkową, arkusze obłogów rdzenia poddaje się moczeniu przez zanurzenie w wodzie o temperaturze do 40°C. Nawilżanie obłogów rdzenia prowadzi się do 72 godzin (2). Otrzymane metodą moczenia w wodzie obłogi rdzenia o wilgotności bezwzględnej powyżej punktu nasycenia włókien 25% poddaje się następnie uplastycznianiu przez nagrzewanie do temperatury 80°C, w komorze mikrofalowej (3) w czasie do 8 minut. Nawilżanie obłogów rdzenia w parze wodnej nie wymaga dodatkowego uplastyczniania drewna. Uplastycznione obłogi rdzenia (4) charakteryzują się wyrównaną temperaturą około 80°C i wilgotnością bezwzględną w granicy punktu nasycenia włókien, nieco powyżej 30%. W dalszej kolejności obłogi rdzenia poddaje się kształtowaniu w formach (5). Kształt i wymiary form zilustrowano na rycinie 2. Do kształtowania obłogów, na każdy z nich wywiera się obciążenie do 400 N i utrzymuje się to obciążenie przez okres 10 minut. W tym samym czasie, mokre i odkształcone obłogi rdzenia poddawane są suszeniu w strumieniu gorącego powietrza o temperaturze 90°C. Po tym czasie otrzymuje się suche i uformowane rdzenie. W kolejnym kroku na wąskie poziome powierzchnie rdzeni aplikuje się klej PVAc w ilości do 80 g/m². Czynności te wykonuje się przy użyciu walcy klejarskich (6) z prędkością posuwu do 60 m/min. Następnie składa się rdzenie i okładziny wytworzone z arkuszy sklejki trzywarstwowej. Składając poszczególne warstwy płyt według wynalazku zachowuje się kierunki ortotropii, co przedstawiono na rycinie 1. Przy czym X odpowiada kierunkowi wzdłuż włókien drzewnych (L), Y to kierunek promieniowy (R), Z kierunek styczny (T). Uformowane stosy płyt ściska się w prasach (9) wywierając stały nacisk do 100 N, przez okres 30 minut. W celu uniknięcia zgniecenia rdzeni, na brzegach sklejanych płyt aplikuje się listwy o wysokości równej wysokości rdzenia.

Płyta komórkowa z rdzeniem pryzmatycznym zbudowana jest z zewnętrznych okładzin wykonanych z drewna. Grubość okładzin wynosi do 25 mm. Rdzeń płyty według wynalazku wykonany jest z obłogów drewnianych skrawanych obwodowo. Grubość obłogów do wykonania pryzmatycznego rdzenia wynosi do 4 mm. Grubość rdzenia wynosi do 44 mm. Grubość płyty komórkowej wynosi do 50 mm. Kąt pochylenia ramion pryzmatycznego rdzenia wynosi do 60° (ryc. 4). Warstwy rdzenia skleja się ze sobą przy użyciu kleju PVAc aplikowanego w ilości do 80 g/m². Obłogi i rdzeń skleja się ze sobą przy użyciu kleju PVAc aplikowanego w ilości do 80 g/m² na wąskie górne powierzchnie rdzenia.

Porównano właściwości mechaniczne płyt warstwowych z pryzmatycznym rdzeniem z właściwościami tradycyjnych tworzyw drzewnych takich jak: płyta wiórowa (PB), płyta pilśniowa średniej gęstości (MDF), sklejka (PL) w dwóch kierunkach ortotropii (PLx, PLz). W tabeli 1 zestawiono podstawowe właściwości tych materiałów, płyty z rdzeniem potrójnym (auksetycznym) (TR) oraz płyty z rdzeniem pojedynczym (SI). Jako mierniki jakości tych kompozytów zastosowano współczynniki:

_n _ MOE

Qmoe — oraz _n _ MOR

Qmor — (2) gdzie: Qmoe i Qmor odpowiednio współczynnik sztywności względnej oraz współczynnik wytrzymałości względnej (Nm/kg), p - gęstość (kg/m³).

Z zestawionych obliczeń wynika, że wytworzone nowe płyty warstwowe TR i SI charakteryzują się bardzo dobrymi wskaźnikami sztywności i wytrzymałości względnej, ustępując jedynie sklejce (PLx) o wzdłużnym kierunku włókien drzewnych w warstwach zewnętrznych.

Przykład III

Sposób wytwarzania warstwowych płyt komórkowych z pryzmatycznymi rdzeniami według wynalazku polega na tym, że w pierwszym kroku metodą skrawania pozyskuje się arkusze obłogów rdzenia o 2 mm (1). Ponieważ każdy z obłogów rdzenia wyróżniać się może niejednakową wilgotnością początkową, arkusze obłogów rdzenia poddaje się moczeniu przez zanurzenie w wodzie o temperaturze 30°C.

PL 242131 Β1

Nawilżanie obłogów rdzenia prowadzi się 8 godzin (2). Otrzymane metodą moczenia w wodzie obłogi rdzenia o wilgotności bezwzględnej powyżej punktu nasycenia włókien 25% poddaje się następnie uplastycznianiu przez nagrzewanie do temperatury korzystnie 80°C w komorze mikrofalowej (3) w czasie 4 minut. Uplastycznione obłogi rdzenia (4) charakteryzują się wyrównaną temperaturą około 80°C i wilgotnością bezwzględną w granicy punktu nasycenia włókien, korzystnie nieco powyżej 30%. W dalszej kolejności obłogi rdzenia poddaje się kształtowaniu w formach (5). Kształt i wymiary form zilustrowano na rycinie 2. Do kształtowania obłogów, na każdy z nich wywiera się obciążenie 250 N i utrzymuje się to obciążenie przez okres 7 minut. W tym samym czasie, mokre i odkształcone obłogi rdzenia poddawane są suszeniu w strumieniu gorącego powietrza o temperaturze 70°C. Po tym czasie otrzymuje się suche i uformowane rdzenie. W kolejnym kroku na wąskie poziome powierzchnie rdzeni aplikuje się klej PVAc w 80 g/m². Czynności te wykonuje się przy użyciu walcy klejarskich (6) z prędkością posuwu 30 m/min.

Następnie składa się rdzenie i okładziny wytworzone z arkuszy sklejki trzywarstwowej. Arkusze sklejki można w innym przykładzie wykonania zastąpić dowolnym arkuszem płyty wykonanej z drewna np. płyty wiórowej płyty pilśniowej, płyty OSB itp. Składając poszczególne warstwy płyt według wynalazku zachowuje się kierunki ortotropii, co przedstawiono na rycinie 1. Przy czym X odpowiada kierunkowi wzdłuż włókien drzewnych (L), Y to kierunek promieniowy (R), Z kierunek styczny (T). Uformowane stosy płyt ściska się w prasach (9) wywierając stały nacisk 70 N, przez okres 12 minut. W celu uniknięcia zgniecenia rdzeni, na brzegach sklejanych płyt aplikuje się listwy o wysokości równej wysokości rdzenia. Po sklejeniu otrzymuje się płyty z rdzeniem odpowiednio pojedynczym lub wielokrotnym (10) o grubości do 50 mm. Należy przy tym zauważyć, że rdzenie uformowane z trzech warstw obłogów tworzą struktury o właściwościach auksetycznych znane w literaturze jako układy strzałkowe [21].

Płyta komórkowa z rdzeniem pryzmatycznym zbudowana jest z zewnętrznych okładzin wykonanych z drewna, pomiędzy którymi umieszczony jest rdzeń pryzmatyczny. Grubość okładzin wynosi 4 mm. Rdzeń płyty według wynalazku wykonany jest z obłogów drewnianych skrawanych obwodowo. Grubość obłogów do wykonania pryzmatycznego rdzenia wynosi 2 mm. Grubość rdzenia powinna być równa 12 mm. Grubość płyty komórkowej wynosi 20 mm. Kąt pochylenia ramion pryzmatycznego rdzenia wynosi 45° (ryc. 4). Warstwy rdzenia skleja się ze sobą przy użyciu kleju PVAc aplikowanego w ilości 80 g/m². Obłogi i rdzeń skleja się ze sobą przy użyciu kleju PVAc aplikowanego w ilości 80 g/m² na wąskie górne powierzchnie rdzenia.

Porównano właściwości mechaniczne płyt warstwowych z pryzmatycznym rdzeniem z właściwościami tradycyjnych tworzyw drzewnych takich jak: płyta wiórowa (PB), płyta pilśniowa średniej gęstości (MDF), sklejka (PL) w dwóch kierunkach ortotropii (PLx, PLz). W tabeli 1 zestawiono podstawowe właściwości tych materiałów, płyty z rdzeniem potrójnym (auksetycznym) (TR) oraz płyty z rdzeniem pojedynczym (SI). Jako mierniki jakości tych kompozytów zastosowano współczynniki:

MOE P ’ oraz _ MOR _n

MOR — gdzie: Qmoe i Qmor odpowiednio współczynnik sztywności względnej oraz współczynnik wytrzymałości względnej (Nm/kg), p - gęstość (kg/m³).

Z zestawionych obliczeń wynika, że wytworzone nowe płyty warstwowe TR i SI charakteryzują się bardzo dobrymi wskaźnikami sztywności i wytrzymałości względnej, ustępując jedynie sklejce (PLx) o wzdłużnym kierunku włókien drzewnych w warstwach zewnętrznych.

Przykład IV

Sposób wytwarzania warstwowych płyt komórkowych z pryzmatycznymi rdzeniami według wynalazku polega na tym, że w pierwszym kroku metodą skrawania pozyskuje się arkusze obłogów rdzenia o 2 mm (1). Ponieważ każdy z obłogów rdzenia wyróżniać się może niejednakową wilgotnością początkową, arkusze obłogów rdzenia poddaje się nawilżaniu w parze o temperaturze 60°C. Nawilżanie obłogów rdzenia prowadzi się 8 godzin (2). Otrzymane metodą moczenia w wodzie obłogi rdzenia o wilgotności bezwzględnej powyżej punktu nasycenia włókien 25% poddaje się następnie uplastycznianiu przez nagrzewanie do temperatury korzystnie 80°C w komorze mikrofalowej (3) w czasie 4 minut. Uplastycznione obłogi rdzenia (4) charakteryzują się wyrównaną temperaturą około 80°C i wilgotnością bezwzględną w granicy punktu nasycenia włókien, korzystnie nieco powyżej 30%. W dalszej kolejności

PL 242131 Β1 obłogi rdzenia poddaje się kształtowaniu w formach (5). Kształt i wymiary form zilustrowano na rycinie 2. Do kształtowania obłogów, na każdy z nich wywiera się obciążenie 250 N i utrzymuje się to obciążenie przez okres 7 minut. W tym samym czasie, mokre i odkształcone obłogi rdzenia poddawane są suszeniu w strumieniu gorącego powietrza o temperaturze 70°C. Po tym czasie otrzymuje się suche i uformowane rdzenie. W kolejnym kroku na wąskie poziome powierzchnie rdzeni aplikuje się klej PVAc w 80 g/m². Czynności te wykonuje się przy użyciu walcy klejarskich (6) z prędkością posuwu 30 m/min.

Następnie składa się rdzenie i okładziny wytworzone z arkuszy sklejki trzywarstwowej. Arkusze sklejki można w innym przykładzie wykonania zastąpić dowolnym arkuszem płyty wykonanej z drewna np. płyty wiórowej płyty pilśniowej, płyty OSB itp. Składając poszczególne warstwy płyt według wynalazku zachowuje się kierunki ortotropii, co przedstawiono na rycinie 1. Przy czym X odpowiada kierunkowi wzdłuż włókien drzewnych (L), Y to kierunek promieniowy (R), Z kierunek styczny (T). Uformowane stosy płyt ściska się w prasach (9) wywierając stały nacisk 70 N, przez okres 12 minut. W celu uniknięcia zgniecenia rdzeni, na brzegach sklejanych płyt aplikuje się listwy o wysokości równej wysokości rdzenia. Po sklejeniu otrzymuje się płyty z rdzeniem odpowiednio pojedynczym lub wielokrotnym (10) o grubości do 50 mm. Należy przy tym zauważyć, że rdzenie uformowane z trzech warstw obłogów tworzą struktury o właściwościach auksetycznych znane w literaturze jako układy strzałkowe [21].

Płyta komórkowa z rdzeniem pryzmatycznym zbudowana jest z zewnętrznych okładzin wykonanych z drewna, pomiędzy którymi umieszczony jest rdzeń pryzmatyczny. Grubość okładzin wynosi 4 mm. Rdzeń płyty według wynalazku wykonany jest z obłogów drewnianych skrawanych obwodowo. Grubość obłogów do wykonania pryzmatycznego rdzenia wynosi 2 mm. Grubość rdzenia powinna być równa 12 mm. Grubość płyty komórkowej wynosi 20 mm. Kąt pochylenia ramion pryzmatycznego rdzenia wynosi 45° (ryc. 4). Warstwy rdzenia skleja się ze sobą przy użyciu kleju PVAc aplikowanego w ilości 80 g/m². Obłogi i rdzeń skleja się ze sobą przy użyciu kleju PVAc aplikowanego w ilości 80 g/m² na wąskie górne powierzchnie rdzenia.

Porównano właściwości mechaniczne płyt warstwowych z pryzmatycznym rdzeniem z właściwościami tradycyjnych tworzyw drzewnych takich jak: płyta wiórowa (PB), płyta pilśniowa średniej gęstości (MDF), sklejka (PL) w dwóch kierunkach ortotropii (PLx, PLz). W tabeli 1 zestawiono podstawowe właściwości tych materiałów, płyty z rdzeniem potrójnym (auksetycznym) (TR) oraz płyty z rdzeniem pojedynczym (SI). Jako mierniki jakości tych kompozytów zastosowano współczynniki:

_n _ MOE

Qmoe — oraz _n _ MOR

Qmor — (2) (3) gdzie: Qmoe i Qmor odpowiednio współczynnik sztywności względnej oraz współczynnik wytrzymałości względnej (Nm/kg), p - gęstość (kg/m³).

Z zestawionych obliczeń wynika, że wytworzone nowe płyty warstwowe TR i SI charakteryzują się bardzo dobrymi wskaźnikami sztywności i wytrzymałości względnej, ustępując jedynie sklejce (PLx) o wzdłużnym kierunku włókien drzewnych w warstwach zewnętrznych.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania warstwowych płyt komórkowych z pryzmatycznymi rdzeniami znamienny tym, że w pierwszym kroku metodą skrawania pozyskuje się arkusze obłogów rdzenia o grubości od 0,4 mm do 4 mm, korzystnie 2 mm (1, korzystnie poddając je następnie moczeniu przez zanurzenie w wodzie o temperaturze od 20°C do 40°C, korzystnie 30°C, lub nawilżaniu w parze o temperaturze od 50°C do 90°C, korzystnie 60°C, poddając je następnie uplastycznianiu przez nagrzewanie do temperatury od 60° C do 80°C, korzystnie 80°C w komorze mikrofalowej (3) w czasie od 2 minut do 8 minut, korzystnie 4 minuty, i w dalszej kolejności obłogi rdzenia poddając kształtowaniu w formach (5) wywierając obciążenie od 100 N do 400 N, korzystnie 250 N i utrzymując to obciążenie przez okres od 5 minut do 10 minut, korzystnie 7 minut, przy czym w tym samym czasie, mokre i odkształcone obłogi rdzenia poddawane są suszeniu w strumieniu gorącego powietrza o temperaturze od 40°C do 90°C, korzystnie 70°C, w kolejnym kroku na wąskie poziome powierzchnie rdzeni aplikuje się klej korzystnie PVAc w ilości od 40 g/m² do 80 g/m², korzystnie 80 g/m², a następnie składa się rdzenie i okładziny wytworzone z arkuszy sklejki trzywarstwowej i uformowane stosy płyt ściska się w prasach (9) wywierając stały nacisk od 50 N do 100 N, korzystnie 70 N, przez okres od 5 minut do 30 minut, korzystnie 12 minut.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nawilżanie obłogów rdzenia prowadzi się do 72 godzin, korzystnie 8 godzin (2), a klej nanosi się przy użyciu walcy klejarskich (6) z prędkością posuwu od 20 m/min do 60 m/min.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że klej nanosi się z prędkością 30 m/min.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że okładziny płyty wybrane są spośród sklejki, płyty wiórowej, płyty pilśniowej, płyty OSB, a poszczególne warstwy płyt według wynalazku ułożone są z zachowaniem kierunki ortotropii, przy czym X odpowiada kierunkowi wzdłuż włókien drzewnych (L), Y to kierunek promieniowy (R), Z kierunek styczny (T).
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że na brzegach sklejanych płyt aplikuje się listwy o wysokości równej wysokości rdzenia.
6. 6. Płyta komórkowa z rdzeniem pryzmatycznym zbudowana jest z zewnętrznych okładzin wykonanych z drewna, tworzyw drzewnych (korzystnie sklejki), lub innych kompozytów z dodatkiem drewna pomiędzy którymi umieszczony jest rdzeń znamienna tym, że rdzeń jest rdzeniem pryzmatycznym, grubość okładzin wynosi od 3 mm do 25 mm, korzystnie 4 mm, rdzeń płyty według wynalazku wykonany jest z obłogów drewnianych korzystnie skrawanych obwodowo, grubość obłogów do wykonania pryzmatycznego rdzenia wynosi od 0,4 mm do 4 mm, korzystnie 2 mm, grubość rdzenia wynosi od 8 mm do 44 mm, korzystnie 12 mm, kąt pochylenia ramion pryzmatycznego rdzenia powinien być równy od 20° do 60° korzystnie 45°, a grubość płyty komórkowej wynosi od 14 mm do 50 mm korzystnie 20 mm.
7. 7. Płyta według zastrz. 6, znamienna tym, że warstwy rdzenia sklejone są ze sobą przy użyciu kleju PVAc aplikowanego w ilości od 40 g/m² do 80 g/m², a obłogi i rdzeń skleja się ze sobą przy użyciu kleju PVAc aplikowanego w ilości od 40 g/m² do 80 g/m².
8. 8. Płyta według zastrz. 6 albo 7, znamienna tym, że elementy płyty sklejone są klejem w ilości, 80 g/m² naniesionego na wąskie górne powierzchnie rdzenia.