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Dokumentenidentifikation DE69936870T2 20.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001113911
Titel VERFAHREN ZUM DAMPFPRESSEN EINER PLATTE AUS VERBUNDWERKSTOFF MIT MINDESTENS EINER BEARBEITETEN OBERFLÄCHE
Anmelder Masonite Corp., Tampa, Fla., US
Erfinder BONOMO, Brian, Oak Park, IL 60302, US;
WALSH, Pete, St. Charles, IL 60174, US;
MOEHR, Kelly, Sugar Grove, IL 60554, US;
VERGARA, Alex, St. Charles, IL 60174, US;
MERRELL, Michelle, Naperville, IL 60540, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69936870
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 23.06.1999
EP-Aktenzeichen 999319551
WO-Anmeldetag 23.06.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/US99/14516
WO-Veröffentlichungsnummer 1999067069
WO-Veröffentlichungsdatum 29.12.1999
EP-Offenlegungsdatum 11.07.2001
EP date of grant 15.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse B27N 3/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B27N 3/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B27N 3/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren zum Herstellen einer Platte aus Verbundstoff wie Spanplatte, Faserplatte, Graupappe oder dergleichen, und spezieller ein Verfahren zum Herstellen einer Platte aus Verbundstoff, die mindestens eine oberflächenbehandelte Fläche, z.B. geprägt, glatt oder gemustert, aufweist. Die Platte wird aus Spanvlies hergestellt, das aus Holzteilchen, Spänen und/oder Fasern sowie einem aushärtbaren oder härtbaren Bindemittel, zum Beispiel ein Kunstharz, besteht.

Verbundholzprodukte, wie eine Platte, können gebildet werden, indem loses Spanvlies aus Lignozellulose-Materialien unter Wärme und Druck verdichtet wird, bis die Materialien zusammenhaften, so dass ein festes holzähnliches Produkt gebildet wird. Die Lignozellulose-Materialien können die Form von Holzmaterialien wie Teilchen, Späne, Fasern und/oder dergleichen annehmen, wobei verständlich wird, dass diese Begriffe hier austauschbar verwendet werden. Obwohl es möglich ist, Lignozellulose-Materialien unter geeigneten Bedingungen von Wärme und Festigung ohne zusätzliche Behandlungen zu binden, ist es typisch, die Spanvlies bildenden Materialien mit einem Bindemittel wie Kunstharz zu behandeln, bevor Wärme und Festigung angewandt werden, um das Haftvermögen der Materialien zu erhöhen und die sich ergebenden Eigenschaften des oberflächenbehandelten Produkts zu verbessern.

Die Verdichtung des Spanvlieses wird normalerweise in einer Presse durchgeführt. Eine herkömmliche Presse zum Festwerden eines mit Bindemittel behandelten Verbundholz-Spanvlieses zu einer speziellen geformten Form, wie zum Beispiel eine Platte, umfasst zwei gegenüberliegende Pressplatten, die im Abstand angeordnet sind, um eine Formhohlkammer zu bilden. Typisch ist, dass mindestens eine Platte durch Wärmeleitung erhitzt wird, wie beispielsweise durch die Verwendung von elektrischen Heizspulen oder dadurch, dass ein erhitztes flüssiges oder gasförmiges Medium wie Dampf durch Kanäle geleitet wird, die sich in dem Plattenkörper befinden. Bei Kontakt mit dem Spanvlies wird durch Wärmeleitung Wärme von der Platte auf das Spanvlies übertragen. Die in einer herkömmlichen Presse verwendeten Pressplatten, d.h. normale Pressplatten, besitzen im Allgemeinen eine Fläche zur Kontaktbildung mit dem Spanvlies, die frei von Öffnungen oder Abzügen ist. Solche Öffnungen in der Kontaktfläche einer Platte würden Fehler in der Oberfläche eines oberflächenbehandelten Produkts verursachen. Folglich sind herkömmliche Platten zum Pressen von Platten geeignet, die eine „oberflächenbehandelte" Oberfläche aufweisen, z.B. eine Oberfläche, die keine weitere mechanische Bearbeitung oder spanabhebende Bearbeitung in dem Pressen nachgeordneten Arbeitsgängen wie Schleifen oder Hobeln erfordern, um eine marktfertige Oberfläche zu erreichen. Weil dem Pressen nachgeordnete Bearbeitungsvorgänge wie Schleifen oder Hobeln für Platten, die in einer herkömmlichen Presse hergestellt werden, nicht notwendig sind, kann die übliche Pressplatte angepasst werden, um eine glatte „oberflächenbehandelte" Fläche oder eine geprägte oder gemusterte „oberflächenbehandelte" Fläche bereitzustellen. Anschließend an das Entnehmen aus der Presse kann die Platte wie sie ist verkauft werden oder die „oberflächenbehandelte" Fläche des Platte kann mit einer Schutzschicht und/oder dekorativen Beschichtung wie Anstrich oder Beize behandelt werden, um ein verbessertes marktfertiges Produkt zu erhalten.

Pressen, die herkömmliche Pressplatten verwenden, haben mehrere Nachteile. Pressen mit herkömmlichen Pressplatten können zum Aushärten von bestimmten bei hohen Temperaturen aushärtbaren Kunstharzen ungeeignet sein, weil der Wärmeübergang von einer herkömmlichen Platte ins Innere eines Spanvlieses langsam sein kann, womit über die Dicke des Spanvlieses Temperaturunterschiede verursacht werden, die für eine zweckmäßige Aushärtung ungeeignet sind. Zum Beispiel können Materialien nahe der Oberfläche des Spanvlieses zu hoher Wärme ausgesetzt sein, die verursacht, dass das Kunstharz zu schnell aushärtet und Verbundstoffe verbrennen, was solche Eigenschaften wie Aussehen und Haftfestigkeit negativ beeinflusst. Umgekehrt kann das Innere des Spanvlieses nicht ausreichender Wärme ausgesetzt sein, so dass das Verbundmaterial nicht genügend fest wird und das Kunstharz nicht völlig aushärtet, was die Festigkeit der Platte schwächt. Aus den vorerwähnten Gründen, d.h. Heizunterschiede über die Dicke von Spanvlies während der Festigung und/oder Aushärten, die zu negativen Auswirkungen auf Platteneigenschaften führen, sind herkömmliche Pressplatten zum Aushärten von verhältnismäßig dicken Plattenprodukten ungeeignet.

Obwohl herkömmliche Pressen beim Herstellen von Faserplattenprodukten nur mit Wärmeleitung (Heißpressen) erfolgreich gewesen sind, machen auch die heutigen Anforderungen an die Herstellung schnellere Zykluszeiten hinsichtlich der Presse und die Verwendung von stärkeren Hochtemperatur-Kunstharzen erforderlich, um Faserplattenprodukte herzustellen, die hoch detailliert, von höherer Dichte und gleichzeitig dicker sind. Es ist bekannt, dass die Nachteile der herkömmlichen Platten überwunden werden können, indem Dampf direkt in ein Spanvlies durch modifizierte Pressplatten zugeführt oder eingespritzt wird, die für diesen Zweck mit Dampfeinspritzöffnungen versehen sind. Dies ist im Allgemeinen bekannt als Pressen mit „Dampfeinspritzung". Der Dampf verläuft von den Einspritzöffnungen in Zwischenräume zwischen den Holzteilchen, Spänen und/oder Fasern, die das Spanvlies bilden und somit Wärme schnell und gleichmäßig in das Innere des Spanvlieses transportieren. Das Pressen mit Dampfeinspritzung hat mehrere Vorteile. Pressen mit Dampfeinspritzung beschleunigt das Aushärten von typisch dimensionierten Platten unter Verwendung von üblichen Kunstharzen, womit die Presszyklen erheblich verkürzt werden. Pressen mit Dampfeinspritzung erlaubt außerdem die Verwendung von Kunstharzen, die bei hohen Temperaturen aushärten und nicht typischerweise zur Verwendung beim herkömmlichen Pressen geeignet sind, und die billiger, sicherer sein können und/oder ein stärkeres Verbundprodukt ergeben. Außerdem lässt Dampfeinspritzung das Festwerden und Aushärten von relativ dicken Platten aus Verbundstoff zu, die in einer herkömmlichen Presse entweder nicht richtig aushärten oder nicht schnell genug aushärten, um ein hinsichtlich der Kosten wettbewerbsfähiges Produkt zur Verfügung zu stellen. Folglich ist bekannt, dass Dampfeinspritzen das Aushärten eines Verbundproduktes beschleunigt, die Produktqualität verbessert und die Produktionszeit für Verbundholzprodukte, insbesondere Produkte mit dicken Abmessungen, verkürzt.

Nutzen und Vorteile von Dampfeinspritzung können erheblich verbessert werden, indem das Einspritzen in einer abgedichteten Presse durchgeführt wird, d.h. eine Presse, die die Pressenhohlkammer von der umgebenden Atmosphäre isoliert. Dies kann realisiert werden, indem der Umfang der Hohlkammer abgedichtet wird. Alternativ dazu kann die gesamte Presse in der abgedichteten Kammer isoliert werden. Eine abgedichtete Presse reduziert den Verlust von teurem Dampf erheblich oder schließt ihn aus und erleichtert das Einspritzen von Dampf in das Spanvlies bei erhöhten Temperaturen.

Pressen mit Dampfeinspritzung wird im Allgemeinen als ungeeignet zum Produzieren einer „oberflächenbehandelten" Fläche hinsichtlich Plattenerzeugnissen betrachtet, weil, wie oben angemerkt, Abzüge in einer Pressenplatte typischerweise Fehler in der Oberfläche des geformten Produkts verursachen. Oberflächenfehler müssen maschinell bearbeitet oder mechanisch entfernt werden, zum Beispiel durch Schleifen oder Hobeln in den dem Pressen nachgeordneten Fertigungsschritten, womit Kosten und Komplexität der Herstellung erhöht werden. Zusätzlich zu den Dampfeinspritzöffnungen können Dampfeinspritzplatten Kanäle in der Kontaktfläche des Spanvlieses aufweisen, um den eingepressten Dampfstrom auf verschiedene Teile des Spanvlieses zu richten.

In einem Verfahren, das hier als „einseitiges" Dampfeinpressen bezeichnet ist, wird ein Spanvlies zwischen einer einzelnen Dampfeinpressplatte (eine Platte mit Dampfeinspritzöffnungen) und einer herkömmlichen Platte, die frei von Dampfeinspritzöffnungen ist, gepresst. Der durch die einzelne Dampfeinpressplatte eingespritzte Dampf beschleunigt die Aushärtung des Spanvlieses und verkürzt die Pressenzyklen. Die herkömmliche Platte in einem einseitigen Dampfeinpressprozess vermeidet unerwünschte Fehler in der einen Fläche des geformten Produkts, was sich typischerweise von den Dampfeinspritzöffnungen einer Dampfeinpressplatte ergeben würde. Jedoch wird bei einseitigem Dampfeinpressen Zwischenraumluft im nicht ausgehärteten Spanvlies durch eine sich von der Dampfeinpressplatte in Richtung der von Dampfeinspritzöffnungen freien herkömmlichen Platte bewegende Dampffront gedrückt. Gleichzeitig kann eine zweite Dampffront aus Feuchtigkeit, die durch die Wärmeleitung der herkömmlichen Platte in Dampf umgewandelt wird, eingeschlossene Luft in Richtung der Dampfeinspritzplatte drücken. Folglich wird die Luft im Kern des Spanvlieses eingeschlossen, normalerweise näher an die herkömmliche Platte als die Dampfeinspritzplatte, weil der Dampf unter Druck eingepresst wird. Die Luft ist nicht in der Lage zu ventilieren oder durch die herkömmliche Platte, die keine Abzüge aufweist, zu entweichen, und wird zwischen der Einspritzdampffront und der herkömmlichen Platte oder zwischen der Einspritzdampffront und der zweiten Dampffront eingeschlossen. Wenn der Prozess in einer abgedichteten Presse durchgeführt wird, wird das Problem durch die Unfähigkeit der eingeschlossenen Luft, durch die Kanten des Spanvlieses zu entweichen, gesteigert. Die eingeschlossene Luft hindert den Dampf daran, mit dem Bindemittel in Kontakt zu kommen und dieses völlig auszuhärten. Darüber hinaus kann die eingeschlossene Luft „Ausplatzungen" und andere Fehler in dem oberflächenbehandelten Produkt verursachen. Die sich ergebende Platte besitzt schlechte physikalische Eigenschaften.

Das D. W. Nyberg erteilte US-Patent Nr. 4 162 877 offenbart ein Dampfeinspritz-Pressensystem, das zwei gegenüber liegende Pressplatten umfasst, die eine Formhohlkammer bilden, in der sich faseriges Spanvlies befindet und zu einer gewünschten Form gepresst wird. Nur eine untere Platte ist eine Dampfverteilungs- und Einspritzplatte, die Leitungsversorgungs-Einspritzöffnungen enthält, um eine Fluidverbindung zwischen der Formhohlkammer und sowohl einer externen Dampfquelle als auch einem Belüftungssystem zu bewirken, die durch Steuerventile getrennt ist. Die obere Platte umfasst keine Einspritz- oder Belüftungsöffnungen oder -Düsen.

Bei Betrieb des Systems nach US 4 162 877 wird, nachdem faseriges Spanvlies innerhalb der Formhohlkammer angeordnet ist, Dampf von der Dampfzufuhr durch die Leitungen und Öffnungen der unteren Platte eingeleitet und in das gepresste faserige Spanvlies eingespritzt, das sich innerhalb der Formhohlkammer befindet. Nach einem ausgewählten Zeitraum werden die Steuerventile betätigt, um die Dampfzufuhr zu unterbrechen und anschließend die Formhohlkammer zum Belüftungssystem zu öffnen. Das Belüftungssystem nutzt die Leitungen und Einspritzöffnungen der Verteilungs- und Einspritzplatte, um Dampf und Feuchtigkeit aus der Formhohlkammer anzusaugen.

Da die gegenüber liegende (obere) Platte nach US 4 162 877 „sauber" ist, kann sie als eine Prägeplatte genutzt werden, um Details in das gepresste faserige Spanvlies einzudrücken jedoch nur, wenn das Spanvlies eine Dichte von weniger als 0,7 besitzt. Bei einer beliebigen höheren Dichte des Spanvlieses muss gemäß Patent ein Netz verwendet werden, um zu unterstützen, dass verhindert wird, dass Luft angrenzend an der oberen Platte eingeschlossen wird. Leider ist für viele Präge-Pressanwendungen die Dichte des faserigen Spanvlieses größer als 0,7, und jeder Gebrauch eines Drahtnetzes, wie es durch US 4 162 877 gelehrt wird, würde die Verwendung einer prägenden Flächenplatte in der gegenüber liegenden Platte ausschließen.

Es ist bekannt, dass eingeschlossene Luft aus einem Spanvlies entfernt oder entlüftet werden kann, indem Dampf durch das Spanvlies „gespült" wird. In ein Spanvlies eingespritzter Dampf wird durch die Dicke des Spanvlieses geleitet und aus dem Spanvlies abgegeben, so dass er eingeschlossene Luft aus dem Spanvlies heraus drückt oder transportiert. Luft kann zum Beispiel durch die Kanten des Spanvlieses „gespült" werden. Jedoch ist das Herausspülen von Dampf durch die Kanten des Spanvlieses wirkungslos bei der Herstellung von bestimmtem dimensionsgerechtem Bauholz aufgrund der relativ kleinen Kantenfläche im Verhältnis zu einem großen Flächenbereich eines mit Pressplatten In Kontakt befindlichen Spanvlieses. Das Spülen von Dampf durch die Kanten ist ebenfalls nicht geeignet in Anwendungen mit abgedichteter Presse oder bei hoch dichten Spanvliesen, in denen der Durchfluss eingeschränkt ist. Alternativ dazu kann Dampf von einer Einspritzdüsenplatte in das Spanvlies eingespritzt werden und durch eine gegenüberliegende, mit Abzügen versehene Pressenplatte abgegeben werden, um einen „Querstrom" des Dampfes über der Dicke des Spanvlieses herzustellen. Das US-Patent Nr. 4 684 489 für ein Verfahren zum Herstellen von Verbundholzplatten erfordert Kompression ohne Dampfeinpressen an einer ersten Kompressionsposition, anschließendes Dampfpressen mit stoßweisem „Spülen" von Dampf von einer Einspritzplatte zu einer gegenüber liegenden Einspritzplatte, einer abschließenden Kompression mit Dampfeinpressen von beiden Platten und einem Vakuumsschritt. Obwohl dieser vorhandene Entwurf einer „Querstrom-Presse" ermöglicht, den Dampf aller Bereiche des Spanvlieses gleichmäßig und wirksam zu erhitzen, schließt er die Verwendung einer Prägeplatte aus, wobei die eine Fläche der Hohlkammer „sauber" bleibt, von beliebigen Einspritzdüsen, Netzen Ausnehmungen oder Öffnungen frei ist, das heißt, dass wichtige Einzelheiten auf der Oberfläche des komprimierten Spanvlieses geprägt werden können. Deshalb ist dieses Verfahren für die Produktion von Platten, die zumindest eine „oberflächenbehandelte" Fläche aufweisen, nicht geeignet.

Eine Zeitschriftenveröffentlichung von Ernest W. Hsu mit dem Titel „A Practical Steam Pressing Technology for Wood Composites" („Eine praktisch anwendbare Dampfpress-Technologie für Holzverbundstoffe"), Sitzungsberichte des Internationalen Symposiums zu Spanplatten/Verbundwerkstoffe der Washington State University, Pullman, Washington, 10. April 1991 (im Folgenden „Hsu 1991") zeigt allgemein, dass eine Dampfeinpressung geeignet ist, um dicke Plattenprodukte herzustellen. Auf S. 79 der Quelle führt Hsu das folgende Beispiel eines geeigneten Dampfzyklus an: Presse schließen, 30 Sekunden langes Einpressen von Niederduckdampf 75,8. kPa (11 psi), Dampfabgabe, Einpressen von Niederdruckdampf, Einpressen von Hochdruckdampf, Dampfabgabe und Presse öffnen. Von Hsu wird außerdem gelehrt, „dass das Spanvlies zur effektiven Dampfeindringung bei verzögertem Einpressen zu sehr komprimiert werden kann, insbesondere wenn der Dampfdruck niedrig ist". Jedoch wird von Hsu kein Pressenzyklus gelehrt, der zur Herstellung einer starken, dicken Platte mit mindestens einer oberflächenbehandelten Fläche geeignet ist.

Folglich gibt es Bedarf an einem Verfahren zum einseitigen Einpressen von Dampf, das eine dicke Platte mit geeigneter Festigkeit und Dichtigkeit und mindestens einer oberflächenbehandelten Fläche herstellen kann.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Herstellen von Verbundholzprodukten in einer Dampfpresse gerichtet, in der das Spanvlies verdichtet wird, bevor irgendein Dampf eingepresst wird. Der völligen Verdichtung folgt das Einpressen von Niederdruckdampf und ausreichendes Entlüften, um Luft aus dem Spanvlies zu spülen, wobei anschließend Hochdruckdampf eingepresst wird, um das Kunstharz auszuhärten.

Das Verfahren wird vorzugsweise in einer „einseitigen" Dampfeinspritzpresse ausgeführt, d. h. eine Presse mit einer Dampfeinspritzplatte, die einer Ebene oder gemusterten herkömmlichen Platte gegenüber liegt. Das Verfahren weist die folgenden Bedampfungsschritte auf:

Völlige Verdichtung des Spanvlieses;

Einpressen von Niederdruckdampf 172,4 bis 517,1 kPa (25 bis 75 psi),

344,7 kPa (50 psi) bevorzugt; 30 bis 120 Sekunden, 90 Sekunden bevorzugt dem sich ausreichendes Entlüften durch die Dampfeinspritzöffnungen der Dampfeinspritzplatte anschließt, um eingeschlossene Luft aus dem Spanvlies zu entfernen; und

ausreichendes Einpressen von Hochdruckdampf zum Aushärten des Bindemittels 689,5 bis 1723,7 kPa (100 bis 250 psi), 1379 kPa (200 psi) bevorzugt; 30 bis 120 Sekunden, 90 Sekunden bevorzugt.

Das Verfahren macht es möglich, verdichtete, mit Bindemittel behandelte Faserspanvliese gleichmäßig auszuhärten, indem eine Dampfverteilungsplatte und eine herkömmliche Platte genutzt werden. So macht das Verfahren das Einprägen einer oberflächenbehandelten Fläche auf der Seite der durch die herkömmliche Platte gepressten Platte praktisch anwendbar.

Nach dem vorliegenden Verfahren werden vorzugsweise Holzfasern durch übliche Methoden zur Bildung von Spanvlies vorbereitet. Außerdem werden die Holzfasern durch übliche Verfahren behandelt und zu Spanvlies geformt, so dass der Gewichtsinhalt der sich ergebenden abgedichtet gepressten Platte wie folgt ist: Holzfasern mit 5 bis 15% Feuchtigkeitsgehalt; 4 bis 8% Phenolharzbinder; 1 bis 4% Wachs; und 0,5 bis 1 % Zinkborat. Es wird verständlich, dass der Gewichtsinhalt im Wesentlichen der gleiche vor und nach dem Pressen basierend auf dem gesamten Trockengewicht der Platte ist. Der Feuchtigkeitsgehalt des Spanvlieses vor dem Pressen beträgt ungefähr 7 bis 12%, und der Feuchtigkeitsgehalt des gepressten Plattenproduktes beträgt etwa 4 bis 8%. Das Wachs bewirkt wasserabweisende Eigenschaften an dem abgedichtet gepressten Produkt. Das Zinkborat wirkt wie ein pilztötendes Mittel, und das Aluminiumchlorid verbessert die maschinelle Bearbeitbarkeit des abgedichteten Pressproduktes. Andere bekannte Zusatzstoffe oder Behandlungen können an den Holzfasern, falls gewünscht, vorgenommen werden. Wie oben angegeben ist, wird das Verfahren auch mit einem Spanvlies gut arbeiten, das aus anderen Lignozellulose-Materialien, wie z.B. Holzspäne oder Teilchen, hergestellt ist.

Das bevorzugte Bindemittel ist ein Phenolharz, das langsam aushärtet und einen Alkalisierungsgrad von weniger als 2,5% und einen pH-Wert von kleiner als 10 aufweist. Die Gelierzeit bei kochendem Wasser des bevorzugten Kunstharzes sollte größer sein als 20 Minuten und vorzugsweise im Bereich von 20 bis 60 Minuten liegen. Die Gelierzeit bei kochendem Wasser wird durch einen standardisierten Kunstharztest bestimmt, der genutzt wird, um relative Aushärtungsverhältnisse verschiedener Kunstharztypen oder verschiedener Kunstharzmischungen festzustellen, indem das Kunstharz-Aushärtungsverhältnis bei 100°C (212°F) gemessen wird. Das Bindemittel wird zu den Holzfasern hinzugegeben und das Gemisch zu einem faserigen Spanvlies geformt, das zwischen den Platten der Presse vollständig zusammengedrückt wird. Nachdem das Spanvlies völlig zusammengedruckt ist, wird Wärme in Form von Dampf in einer ersten Einspritzung angewendet, um Luft abzuführen und in einer zweiten Einspritzung über das gesamte Spanvlies, um das Kunstharz auszuhärten. Zur Verwendung im Verfahren sind andere Bindemittel wie zum Beispiel hitzehärtbare Kunststoffe wie Harnstoff-Formaldehyd, Phenolformaldehyd, Resorcinformaldehyd, kondensierte Furfurylalkoholharze oder organische Polyisocyanate geeignet. Das Bindemittel klebt die Holzfasern zusammen, um eine strukturelle Ganzheit des komprimierten faserartigen Spanvlieses zu erhalten und es in der gewünschten geformten Gestalt zu halten.

Früher wurde angenommen, dass einseitige Dampfeinspritzung an einem hoch verdichteten Spanvlies insbesondere einem Spanvlies mit dicker Querschnittsabmessung aufgrund von Problemen nicht durchgeführt werden könnte, die mit dem Eindringen von Dampf, eingeschlossener Luft und Aufplatzen von Kunstharz verbunden sind. Es wurde angenommen, dass eine Verfestigung das wirksame Eindringen von Dampf verhindert. Die Erhöhung des Druckes von eingespritztem Dampf zur Erleichterung der Dampfeinbringung führt zu einer Dampffront, die sich von der Dampfeinspritzungsplatte in Richtung der herkömmlichen Platte bewegt, was dafür bekannt ist, Luft einzuschließen. Die eingeschlossene Luft kann durch die herkömmliche Platte nicht entweichen und erreicht einen Druck, der dem des eingespritzten Dampfes entspricht. Die eingeschlossene Luft unterbricht den Kontakt des Dampfes mit dem Bindemittel in Abschnitten des Spanvlieses, womit das Aushärten dieser Spanvliesabschnitte verhindert wird. Darüber hinaus kann der plötzliche Abfall des in der eingeschlossenen Luft aufgebauten Druckes bei geöffneter Formhohlkammer in dem verfestigten und ausgehärteten Produkt Defekte, z.B. Fehlerstellen oder Mängel im oberflächenbehandelten Produkt verursachen. Außerdem wurde angenommen, dass eine Einspritzung von Hochdruckdampf das Platzen von Kunstharz verursacht, d. h. die unerwünschte Entfernung von Kunstharz aus Holzteilchen oder Fasern durch die Kraft der Dampfeinspritzung normalerweise in Abschnitten des Spanvlieses, die den Einspritzöffnungen am nächsten liegen. Das Platzen von Kunstharz führt zu Defekten in dem oberflächenbehandelten Produkt.

Es wurde herausgefunden, dass das vorliegende Verfahren das Problem der eingeschlossenen Luft löst, während das Platzen von Kunstharz vermieden wird. Das der Einspritzung von Niederdruckdampf folgende Entlüften führt die eingeschlossene Luft aus dem Spanvlies ab. Das Platzen von Kunstharz wird verhindert, indem das Spanvlies vollständig verdichtet und die Presse geschlossen gehalten wird, bevor irgendeine Dampfeinspritzung angewendet wird. Das Platzen von Kunstharz wird weiter dadurch verhindert, dass Druck aus dem verfestigten Spanvlies völlig abgelassen wird, vorzugsweise durch die Dampfeinspritzöffnungen, bevor die Pressenhohlkammer zur Freigabe des fertig gestellten Produkts geöffnet wird. Die Verhinderung des Platzens von Kunstharz und die Beseitigung von eingeschlossener Luft erlaubt die Anwendung von Hochdruckdampf, der das Spanvlies völlig durchdringt. Hochdruckdampf wiederum erlaubt schnelles Aushärten von Bindemitteln, die eine langsame Aushärtzeit und/oder hohe Aushärttemperatur, wie zum Beispiel Phenolharze, besitzen. In kleineren Mengen angewandte Phenolharze bewirken Aushärteigenschaften, die mit anderen bekannten Harzen vergleichbar sind und somit wirtschaftlicher zu verwenden sind. Phenolharze sind sicherer als gegenwärtig bevorzugte Harze von MDI (Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat). So zeigt die sich ergebende oberflächenbehandelte Platte verbesserte Platteneigenschaften und wird in billigerer sicherer Weise in einer Pressenzeit hergestellt, die mit herkömmlichen Verfahren vergleichbar ist.

Nachdem das Spanvlies behandelt und geformt worden ist, wird es in die Presse geladen. Eine einseitige Dampfpresse, die zum Komprimieren von Spanvlies und Bindemitteln zu einer speziellen geformten Gestalt verwendet werden kann, umfasst zwei Platten mit gegenüber liegenden Flächen, die jeweils die Oberseite und Unterseite einer Formhohlkammer bilden. Die Presse besitzt eine übliche heiße Pressplatte mit einer „sauberen" Pressfläche, die frei von Einspritz- oder Belüftungsöffnungen ist. Die „saubere" Pressfläche der herkömmlichen Platte liegt einer mit Öffnungen versehenen Pressfläche einer Dampfeinspritzungsplatte gegenüber. Entlang des Umfangs der herkömmlichen Platte ist ein Unterbrechungsrahmen befestigt. Die Kanten der Formhohlkammer werden somit durch den Unterbrechungsrahmen begrenzt. Wenn die Presse geschlossen ist, dichtet ein Dichtungsring mit rundem Querschnitt den Umfang der Dampfeinspritzungsplatte ab, so dass eine abgedichtete Formhohlkammer/Bedampfungskammer gebildet wird. Der Unterbrechungsrahmen kann mehreren Funktionen dienen, einschließlich der Einrichtung der Dicke von Platte zu Platte des Formhohlraums, der Minimierung von Dampfverlust an den Spanvlieskanten und der sonstigen Stabilisierung des Spanvlieses während des Pressens.

Die herkömmliche Platte ist zum Pressen einer „oberflächenbehandelten" Fläche auf einer Seite des verfestigten Spanvlieses geeignet, weil sie eine von Öffnungen freie Oberfläche besitzt. Wie oben angegeben ist, kann die oberflächenbehandelte Fläche der verfestigten Platte glatt sein oder kann mit einem hoch detaillierten Muster, das von der Pressfläche der herkömmlichen Platte übertragen wird, geprägt werden. Die Dampfeinspritzungsplatte besitzt eine Vielzahl von Dampfeinspritzungsöffnungen in der Pressfläche, die durch Dampfverteilungsleitungen im Körper der Platte versorgt werden. Die Vielzahl von Dampfeinspritzöffnungen und die Leitungen bewirken zwischen der Formhohlkammer und sowohl einer außen liegenden Dampfquelle als auch einem Entlüftungssystem, die durch Steuerventile getrennt sind, eine Fluidverbindung. Durch Handhabung der Steuerventile wird die Platte so angepasst, dass durch die Dampfeinspritzöffnungen in das Spanvlies Dampf eingepresst wird und Dampf, zu viel Feuchtigkeit und Luft aus dem Spanvlies durch die gleichen Dampfeinspritzöffnungen entlüftet wird. Alternativ dazu können die mit einer Dampfzufuhr verbundenen Dampfeinspritzöffnungen und die mit einem Belüftungssystem verbundenen Entlüftungsöffnungen in der Pressfläche der Dampfeinspritzplatte vorgesehen sein, so dass die Arbeitsgänge von Einspritzung und Entlüftung voneinander isoliert sind und getrennt gesteuert werden können. In dieser alternativen Anordnung besteht die einzige Verbindung zwischen dem Dampfversorgungssystem und dem Belüftungssystem durch das Spanvlies in der Formhohlkammer.

Während des Dampfeinspritzprozesses muss jede Platte zum Beispiel durch elektrische Heizspulen oder dadurch, dass Dampf durch in dem Plattenkörper angeordnete geeignete Leitungen hindurchgeführt wird, auf eine Temperatur erhitzt werden können, die größer oder gleich der Temperatur des eingepressten Dampfes ist. Durch Halten der Temperatur der Platten an oder oberhalb der des eingepressten Dampfes wird eine Kondensation des eingepressten Dampfes im Inneren des Spanvlieses vermieden, und zuviel Feuchtigkeit im Spanvlies wird zu Dampf umgewandelt.

Die Presse wird mit dem zwischen den Pressenplatten geladenen und angeordneten Spanvlies geschlossen, und das Spanvlies wird völlig verfestigt, indem zumindest eine der zwei Pressenplatten in Richtung der anderen der Pressenplatten in eine endgültige Verfestigungsposition bewegt wird.

Die Dicke des völlig verfestigten Spanvlieses ist im Wesentlichen die gleiche Dicke wie die Dicke des Endprodukts. Zum Beispiel kann ein Plattenprodukt für Plattenverkleidung eine Dicke von ungefähr 1,27 cm (0,5 Zoll) aufweisen, während ein Einfassbrettprodukt eine Dicke von ungefähr 2,54 cm (1 Zoll) oder größer aufweisen kann. Das völlig verfestigte Spanvlies, d. h. die Platte aus Verbundstoffen, besitzt eine Dichte im Bereich von 0,65 bis 0,85 g/cm3. Die bevorzugte Dichte des verfestigten Spanvlieses beträgt 0,80 für eine Platte mit einer Dicke von 1,27 cm (Halbzoll-Platte) und 0,70 für ein Platte mit einer Dicke von 2,54 cm (Einzoll-Platte).

Nachdem das Spanvlies völlig verfestigt ist, wird eine erste Dampfeinspritzung an dem Spanvlies bei einem geringen Druck in ausreichender Menge und eine genügende Zeitgröße lang angewendet, um die Temperatur der Dicke des Spanvlieses, die der Dampf durchdringen kann, auf mindestens 100°C zu erhöhen, d. h. die Dicke des Spanvlieses, die keine eingeschlossene Luft in Zwischenräumen aufweist. Im vorliegenden Kontext wird erwogen, dass „Niederdruck" kleiner als 689,5 kPa (100 psi) ist. Für den oben vorgeschlagenen Gewichtsinhalt des Produkts wurde Dampf mit einer Temperatur von ungefähr 121,1 bis 148,9°C (250 bis 300°F), bei 344,7 kPa (50 psi) 90 Sekunden lang eingespritzt, um die Temperatur der im Wesentlichen gesamten Dicke des Spanvlieses auf 100°C (212°C) zu erhöhen. Jedoch werden mit dem bevorzugten Material, d.h. Holzfasern, Veränderliche wie zum Beispiel Dicke und Dichte des Spanvlieses, verwendetes Kunstharz, usw. den ersten Dampfeinspritzzyklus, der sich im Druckbereich von 172,4 bis 517,1 kPa (von 20 bis 75 psi) befinden kann, einen Zeitraum von 30 bis 120 Sekunden lang beeinflussen. Es wird verständlich, dass andere Kombinationen von Lignozellulose-Materialien und Kunstharzen ins Auge gefasst werden, die einen geeigneten Dampfeinspritzdruck kleiner als 689,5 kPa (100 psi) erfordern werden, der eine geeignete Zeit lang angewendet wird, um diejenigen Teile des Spanvlieses zu durchdringen, die keine eingeschlossene Luft aufweisen.

Wenn die Temperatur eines ausreichenden Abschnitts des Spanvlieses 100° (212°F) erreicht hat, wird die Einspritzung mit Niederdruckdampf unterbrochen. Durch Handhabung der Steuerventile für das Dampfeinspritzungssystem und das Belüftungssystem werden die Dampfeinspritzöffnungen in der Pressfläche der Dampfeinspritzplatte in eine Dampfentlüftungsfunktion umgeschaltet und auf nahezu Umgebungsdruck geöffnet. Die in dem Spanvlies enthaltene Niederdruckdampf-Zunahme entweicht durch die Öffnungen, indem zu viel Feuchtigkeit und Luft mit ihm transportiert werden. Außerdem entspricht die Temperatur der herkömmlichen Platte zumindest der Temperatur des eingespritzten Dampfes oder ist höher als diese. Folglich wandelt die zum Spanvlies von der herkömmlichen Platte geleitete Wärme überschüssige Feuchtigkeit in dem Spanvlies zu Dampf um, der ebenfalls Luft durch die entlüftenden Einspritzöffnungen drückt. Die Dampfeinspritzöffnungen werden nahezu bei Umgebungsdruck gehalten, bis das Spanvlies von Luft gereinigt ist. Nachdem die im Spanvlies eingeschlossene Luft abgeführt worden ist, werden die Öffnungen von der Entlüftungsfunktion in die Dampfeinspritzungsfunktion umgeschaltet.

Auf das Spanvlies wird eine zweite Dampfeinspritzung bei einem Druck angewendet, der ausreichend ist, um das Bindemittel auszuhärten und das Spanvlies fest werden zu lassen. Die zweite Dampfeinspritzung findet vorzugsweise bei hohem Druck statt. Im vorliegenden Kontext ist „hoher Druck" 689,5 kPa (100 psi) oder größer. Für den oben beschriebenen Gewichtsinhalt des Produktes wurde Dampf bei einer Temperatur von ungefähr 165,6 bis 204,4°C (330 bis 400°F) mit 1379 kPa (200 psi) 90 Sekunden lang eingespritzt, kann jedoch in einem Bereich von 689,5 bis 1723,7 kPa (100 bis 250 psi) 30 bis 120 Sekunden lang eingespritzt werden. Wenn zur Erreichung des gewünschten Aushärtungsgrades des Bindemittels genügend Hochdruckdampf eingespritzt worden ist, wird die Dampfeinspritzung unterbrochen.

Die Plattenöffnungen werden wieder in die Entlüftungsfunktion geschaltet und der Druck im Spanvlies entlastet, bevor die Pressenhohlkammer geöffnet wird. Nach ausreichender Entlüftung, zur Verhinderung von Fehlern im Produkt, wird die Pressenhohlkammer geöffnet. Das geformte ausgehärtete Faserplattenprodukt wird entnommen.

Probeplatten mit einer Dicke von 1,27 cm (Halbzoll-Platten) wurden in einer herkömmlichen Presse durch bekannte Verfahren und in einer abgedichteten Presse durch das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hergestellt. Ein Vergleich der Eigenschaften ist unten in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Standards der American Hardboard Association sind in der rechten Spalte der Tabelle aufgelistet.

Tabelle 1

Das „einstündige Aufschwellen" ist ein Test, der von den Erfindern genutzt wird, um die relative Haltbarkeit eines Plattenprodukts aus Verbundstoffen zu bestimmen, indem der prozentuale Anteil der Dickenänderung der Platte bei einstündigem Eintauchen einer 2,54 cm (1 Zoll) mal 30,48 cm (12 Zoll) großen Platteprobe in kochendem Wasser berechnet wird. Nach dem Entnehmen aus dem kochenden Wasser wird die Dicke der Plattenprobe gemessen und mit der Dicke der Plattenprobe vor dem Kochen verglichen. Die Differenz zwischen den Messungen wird genutzt, um den prozentualen Anteil einer Änderung zu berechnen.

Die Ergebnisse der Vergleichsdaten in Tabelle 1 beweisen, dass die abgedichtet gepressten Produktproben, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, erheblich verbessertes (geringeres) Aufschwellen und Fäulnisbeständigkeit, niedrigere relative Dichte (Dichtheit), die Verringerung oder Beseitigung von Befeuchtung nach dem Pressen und eine wesentlich kürzere Presszeit zeigten.

Die Verringerung oder Beseitigung von Befeuchtung nach dem Pressen ist ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem herkömmlichen Pressen. Es ist bekannt, dass Schwankungen des Feuchtigkeitsgehaltes eines Plattenprodukts aus Verbundstoff nach Herstellung unerwünschte Maßänderungen wie zum Beispiel eine lineare Ausdehnung oder Verwertung des Produkts verursachen. Beim typischen Ausgesetztsein im Endverbrauch nehmen Produkte auf der Basis von Umweltfaktoren, wie zum Beispiel Feuchte, Regen, Dürre usw., Feuchtigkeit auf und verlieren diese. Um unerwünschte Maßänderungen beim Ausgesetztsein im Endverbrauch zu vermeiden ist es typisch, dass Plattenprodukte aus Verbundstoff nach herkömmlichen Pressverfahren befeuchtet werden, um den durchschnittlichen Feuchtegehalt des Produkts auf eine Größe zu erhöhen, die für den speziellen geografischen oder klimatischen Bereich geeignet ist, um die Schwankung des Feuchtigkeitsgehalts zu minimieren. Eine Befeuchtung nach dem Pressen erhöht den Feuchtigkeitsgehalt für Plattenprodukte aus Verbundstoff. Eine Befeuchtung nach dem Pressen ist besonders für Produkte wichtig, die beim herkömmlichen Heißplatten-Pressen hergestellt werden, deren gesamte Feuchtigkeit während des Pressens im Wesentlichen „heraus gekocht" wird und somit die Presse mit einer Feuchtigkeit von nahezu 0% verlassen.

Der ideale Feuchtigkeitsgehalt von Plattenprodukten aus Verbundstoff sollte typischerweise 7% (mit einem Bereich von 2%) in trockenen Umweltbereichen und 12% oder mehr in nassen Umweltbereichen aufweisen. Wie oben angegeben ist, besitzen nach der vorliegenden Erfindung hergestellte Platten einen Feuchtigkeitsgehalt von 4 bis 8%. Somit sind nach der vorliegenden Erfindung hergestellte Platten besonders für Innen- oder Außenanwendungen in vielfältigen Klimas mit geringer Befeuchtung nach dem Pressen oder ohne diese besonders geeignet. Beabsichtigte Anwendungen für die Plattenprodukte umfassen Einfassungsplatten, Zäune, Plattenverkleidung, Bodenbelag, Fenster oder Türteile, Warenkistenträger für die Möbelindustrie, Paletten und Behälter, innen liegendes Gesims und Fertigerzeugnisse oder Halbfertigerzeugnisse aus Holz, dekorative Produkte wie Gartenlauben, Fensterläden und Wandverkleidung sowie Wandsysteme, sind aber nicht darauf beschränkt. Es soll verständlich werden, dass zahlreiche andere Anwendungen, obwohl sie nicht speziell erwähnt sind, ebenso in Erwägung gezogen werden.


Anspruch[de]
Ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundholzproduktes, umfassend die Schritte:

– Bilden eines Spanvlieses umfassend Holzpartikel, die mit einem nicht ausgehärtetem Binder behandelt sind;

– Plazieren besagten Spanvlieses in eine Pressaussparung, die zwischen einer ersten und einer zweiten Pressenplatte festgelegt ist;

– Schließen der Pressaussparung;

– Völliges Verdichten des Spanvlieses durch Bewegen von mindestens einer der ersten und der zweiten Pressenplatte, in Richtung der anderen der ersten und der zweiten Pressenplatte bis zu einer endgültigen Kompressionsstellung;

– Zuführen einer ersten Dampfmenge an das Spanvlies durch mindestens eine Dampföffnung in der ersten Pressenplatte und Auslassen der ersten Dampfmenge von dem Spanvlies durch mindestens eine Dampföffnung in der ersten Pressenplatte, indem die erste Dampfmenge mit einem Druck und für eine Zeitdauer zugeführt wird und derart ausgelassen wird, dass die überschüssige Luft von dem Spanvlies abgeführt wird, und

– Zuführen einer zweiten Dampfmenge an das Spanvlies durch mindestens eine Dampföffnung in der ersten Pressenplatte, indem die zweite Dampfmenge mit einer Temperatur und einem Druck zugeführt wird, der ausreichend ist, um den Binder auszuhärten.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundholzproduktes gemäß Anspruch 1, weiterhin die Schritte umfassend:

– Auslassen von überschüssigem Druck von dem Spanvlies vor dem Öffnen der Druckaussparung, und

– Öffnen der Druckaussparung.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundholzproduktes gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dampfmenge mit einem Druck zugeführt wird, der kleiner ist als 689,5 kPa (100 psi), vorzugsweise mit einem Druck in einem Bereich von 172,4 kPa bis 517,1 kPa (25 bis 75 psi). Verfahren zum Herstellen eines Verbundholzproduktes gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dampfmenge für eine Zeitdauer von 30 bis 120 Sekunden zugeführt wird. Verfahren zum Herstellen eines Verbundholzproduktes gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dampfmenge mit einem Druck zugeführt wird, der höher ist als der Druck der ersten Dampfmenge. Verfahren zum Herstellen eines Verbundholzproduktes gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dampfmenge mit einem Druck zugeführt wird, der gleich oder größer ist als 689,5 kPa (100 psi), vorzugsweise mit einem Druck in einem Bereich von 689,5 kPa bis 1723,7 kPa (100 bis 250 psi). Verfahren zum Herstellen eines Verbundholzproduktes gemäß mindestens einem der Ansprüche 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dampfmenge für eine Zeitdauer von 30 bis 120 Sekunden zugeführt wird. Verfahren zum Herstellen eines Verbundholzproduktes gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder ein langsam aushärtender Phenolformaldehydbinder ist, der eine Alkalinität von weniger als 2,5 % und einen pH von weniger als 10 aufweist, und dass die erste Dampfmenge mit einem Druck in einem Bereich von 172,4 kPa bis 517,1 kPa (25 bis 75 psi) und für eine Zeitdauer von 30 bis 120 Sekunden zugeführt wird, und dass die zweite Dampfmenge mit einem Druck in einem Bereich von 689,5 kPa bis 1723,7 kPa (100 bis 250 psi) zugeführt wird. Verfahren zum Herstellen eines Verbundholzproduktes gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pressenplatte frei von Dampfinjektionsöffnungen zum Zuführen oder Abführen von Dampf ist.






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