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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 re lative 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
