ITMO20120311A1 - Metodo per la lavorazione di pannelli a base di materiale legnoso incoerente. - Google Patents

Description

"METODO PER LA LAVORAZIONE DI PANNELLI A BASE DI MATERIALE LEGNOSO INCOERENTE".

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto un metodo per la lavorazione di pannelli a base di materiale legnoso incoerente.

E' noto che il ciclo di produzione di pannelli a base di materiale legnoso incoerente, del tipo di truciolato, MDF, OSB, eco., prevede una fase di formatura di un materasso costituito da particelle legnose incoerenti miscelate con opportune resine leganti ed una successiva fase di cottura e/o pressatura a caldo del materasso ad ottenere un semilavorato continuo da cui vengono sezionati pannelli finiti.

E', altresì, noto prevedere una fase intermedia di pre-ri scaldamento del materasso prima dell'ingresso in pressa al fine di incrementare la temperatura del materasso e, conseguentemente, di diminuire la quantità di calore che deve essergli ceduta nella fase di cottura e la durata della stessa, al fine di ottimizzare la produttività del processo .

Tale fase di pre-riscaldamento consiste nel cedere calore all'intero spessore del materasso e viene, generalmente, ottenuta mediante l'iniezione di vapore in corrispondenza di almeno una delle due facce principali del materasso. A tale scopo sono previsti appositi apparati di erogazione del vapore a monte della pressa, in corrispondenza del suo ingresso o direttamente al suo interno, atti ad iniettare vapore, eventualmente miscelato con aria calda, in corrispondenza di almeno una delle facce superiore od inferiore del materasso che avanza lungo la linea di produzione con giacitura orizzontale, in appoggio su un nastro trasportatore .

La quantità di vapore ceduta al materasso deve essere sufficiente a portare alla temperatura desiderata anche gli strati più interni del materasso, fino al cuore dello stesso.

Durante l'attraversamento del dispositivo di erogazione il vapore incontra inevitabilmente superfici a temperature diverse che ne possono determinare una parziale condensazione, con la conseguenza che la condensa così formatasi viene trascinata dal flusso di vapore in uscita dal dispositivo stesso e va a bagnare il materasso, riducendo l'efficacia del pre-riscaldamento e comportando il rischio che in fase di cottura si sviluppino difetti sul pannello ottenuto.

Per ridurre tali inconvenienti è stato sviluppato un dispositivo di erogazione perfezionato, descritto nella domanda di brevetto italiano n. M02010A201 a nome dello stesso Richiedente, che consente di evitare di bagnare eccessivamente il materasso o trascinare condensa a contatto con esso. Tale dispositivo, a parità di energia termica fornita tramite adduzione di vapore, consente di ridurre sensibilmente la quota di acqua immessa nel materasso.

Si fa notare che per favorire il riscaldamento del cuore del materasso lo stato dell'arte annovera dispositivi che erogano vapore direttamente all'interno del materasso, come insegna la domanda di brevetto internazionale n. W099/59788A1.

Tuttavia, questo tipo di trattamento non è comunque scevro di inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che deve essere erogata una grande quantità di vapore per riscaldare il materasso fino al cuore e parte di esso tende a condensare prima dell'ingresso in pressa, causando la formazione di rilevanti quantità di acqua trattenuta nel materasso, che devono essere fatte nuovamente evaporare e smaltite durante il riscaldamento in pressa, e comportando un allungamento dei tempi di cottura ed un maqqiore rischio che si verifichino difettosità sui pannelli finiti.

Inoltre, tale lavorazione non consente di ottenere una distribuzione ottimale e controllata del profilo di densità del pannello lunqo il suo spessore, densità che tende essere maqqiore nella zona centrale del pannello rispetto agli strati più esterni.

Analogamente, la resistenza meccanica interna del pannello (cosiddetto internai bond) risulta essere inferiore nella porzione centrale del pannello rispetto alla larghezza dello stesso (dimensione trasversale alla direzione di avanzamento della linea di produzione).

Infine, tale procedimento richiede un notevole dispendio energetico in fase di cottura, sia per il riscaldamento, che per l'azione di pressatura e, di conseguenza, comporta usura dei componenti della pressa stessa.

Compito precipuo del presente trovato è quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati della tecnica nota escogitando un metodo per la lavorazione di pannelli a base di materiale legnoso incoerente che consenta di ridurre ulteriormente la quota di condensa trasferita al materasso o comunque formatasi al suo interno prima dell'inizio della fase di cottura, al fine di ottenere una corrispondente riduzione dei tempi di cottura ed un conseguente incremento di produttività .

Nell'ambito di tale compito tecnico, altro scopo del presente trovato è quello di ottenere una distribuzione ottimale e controllata della densità lungo lo spessore del pannello finito.

Ulteriore scopo del presente trovato è quello di evitare la formazione di scarti di lavorazione a causa di difettosità sviluppate dal pannello in fase di cottura dovute alla presenza di elevate quantità di condensa al suo interno.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di diminuire lo sforzo richiesto alla pressa e, quindi, il fabbisogno energetico della stessa sia nell'azione idraulica di pressatura, che in quella di traino del nastro trasportatore, nonché di ridurre l'usura dei relativi componenti.

Ulteriormente è stato riscontrato un considerevole abbattimento del quantitativo di resine leganti impiegate, in quanto a parità di parametri di pressatura e di tempo di ciclo si riduce la quantità di resina necessaria ad ottenere il valore minimo richiesto di internai bond.

Ancora, il metodo secondo il trovato consente un aumento della produttività complessiva della linea di produzione, particolarmente nel caso di produzione di pannello di elevato spessore, grazie ad una corrispondente riduzione del tempo richiesto per la pressatura.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di poter essere attuato mediante un apparato presentante una struttura semplice, di relativamente facile attuazione pratica, di sicuro impiego ed efficace funzionamento, nonché di costo relativamente contenuto.

Questo compito e questi scopi vengono tutti raggiunti dal presente metodo per la lavorazione di pannelli a base di materiale legnoso incoerente comprendente : una fase di formatura di un materasso in materiale legnoso incoerente miscelato con mezzi leganti; una fase di erogazione di vapore in corrispondenza di almeno una delle facce principali di detto materasso e una fase di cottura di detto materasso ad ottenere almeno un pannello in materiale legnoso, caratterizzato dal fatto che detta fase di erogazione comprende l'iniettare vapore saturo o vapore surriscaldato in corrispondenza di almeno una faccia principale di detto materasso ad ottenerne la penetrazione parziale nello spessore del materasso stesso per una quota inferiore alla metà dello spessore totale.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di dettaglio di un metodo per la lavorazione di pannelli a base di materiale legnoso incoerente illustrato a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:

le figure 1-3 sono schematiche e parziali viste in sezione longitudinale di un impianto per l'attuazione del metodo secondo il trovato in successive fasi di lavorazione;

la figura 4 è un diagramma illustrativo dell'andamento della densità di un pannello ottenuto con il metodo secondo il trovato lungo il suo spessore.

Il metodo per la lavorazione di pannelli a base di materiale legnoso incoerente secondo il trovato prevede una prima fase di formatura di un materasso M in materiale legnoso incoerente miscelato con mezzi leganti, del tipo di convenzionali resine termoplastiche o termoindurenti .

Il materasso M formato ha una geometria sostanzialmente a forma di parallelepipedo, avente due facce principali contrapposte di maggiore estensione rispetto alle altre, e viene movimentato con giacitura orizzontale, in appoggio sulla faccia principale inferiore.

In caso di lavorazione in continuo il materasso M è costituito da uno strato continuo.

Tale fase di formatura può essere svolta secondo la tecnologia nota in un impianto 100 che preveda un convenzionale apparato di formatura (non rappresentato) su di un nastro trasportatore 101 di alimentazione del materasso M ottenuto alle successive lavorazioni lungo una direzione di avanzamento A.

Il metodo secondo il trovato comprende, inoltre, una seconda fase di erogazione di vapore saturo, preferibilmente con titolo almeno pari a 0,90, o surriscaldato in corrispondenza di una o di entrambe le facce principali del materasso M ad ottenerne la penetrazione parziale nello spessore del materasso stesso per una profondità inferiore alla metà dello spessore totale partendo da ciascuna delle facce principali.

A seconda della tipologia di materasso in lavorazione può essere sufficiente erogare vapore in corrispondenza di una sola faccia, ovvero può essere necessario erogarlo in corrispondenza di entrambe .

In particolare la quota di penetrazione del vapore in corrispondenza di ciascuna faccia è compresa tra il 2% ed il 20% dello spessore totale del materasso M.

Lo strato centrale del materasso M non viene, quindi, penetrato dal vapore durante la fase di erogazione .

La quantità di vapore necessaria per raggiungere la profondità di penetrazione desiderata, mantenendo inalterato il cuore del materasso M, dipende dalla tipologia del materiale costituente il materasso, dallo spessore dello stesso e da altri parametri di produzione. Tuttavia, al variare della tipologia di pannello da produrre è possibile regolare la quantità di vapore immessa in funzione di prove eseguite in laboratorio su un pannello campione appena prodotto, in particolare rilevando il parametro di internai bond, ossia di resistenza alla trazione interna del pannello, attraverso metodologie operative note al tecnico del settore. Il valore minimo di tale parametro, definito dalle normative internazionali che definiscono la qualità dei pannelli in TRC, MDF e OSB deve essere raggiunto.

E', dunque, possibile regolare l'iniezione di valore procedendo per affinamenti successivi in base ai risultati delle analisi di laboratorio effettuate su un campione di pannello in uscita dalla pressa, fino a raggiungere il valore ottimale del parametro di internai bond.

Sperimentalmente, è stato quindi verificato che la quantità di vapore da iniettare su ciascuna faccia del materasso M è compresa tra 5 e 100 gr/m<2>a seconda del tipo di materiale legnoso impiegato ovvero, più nel dettaglio: 5-100 gr/m<2>per OSB (scaglie di legno), 5-80 gr/m<2>per MDF (fibra di legno) , 5-60 gr/m<2>per TRC (truciolare).

Vantaggiosamente il vapore erogato è preferibilmente saturo secco (titolo pari a 1) o surriscaldato, in modo da minimizzare la quantità d'acqua apportata al materasso.

Inoltre, il rapporto tra la massa di vapore erogata, su entrambe le facce del materasso M, e la massa del materasso stesso è compresa tra lo 0,1% ed il 5% e mediamente pari all'1%. Si fa notare che nei processi tradizionali che prevedono il riscaldamento del materasso M fino al cuore tramite iniezione di vapore tale rapporto è compreso tra il 45% ed il 55%, per cui è del tutto evidente la considerevole riduzione della quantità di vapore impiegato.

Si è verificato che a seguito di questo trattamento gli strati esterni del materasso pervasi di vapore, che tende progressivamente nel tempo a raffreddarsi e condensare, subiscono un rammollimento e riducono la propria resistenza termica .

Per l'esecuzione di tale fase di erogazione (figura 1) l'impianto 100 prevede un convenzionale dispositivo di erogazione 102 di vapore disposto lungo il nastro trasportatore 101 a valle dell'apparato di formatura lungo la direzione di avanzamento A. Il dispositivo di erogazione 102 è impostato per lavorare con pressione di uscita del vapore al più pari a 0,5 bar in considerazione del fatto che i getti di vapore non devono penetrare l'intero spessore del materasso M, mentre nel processo tradizionale che prevede il riscaldamento dell'intero spessore del materasso M, la pressione di erogazione del vapore è circa di 1-1,5 bar.

Preferibilmente l'apparato di erogazione 102 utilizzato è del tipo descritto nella domanda di brevetto italiano n. M02010A201 a nome dello stesso Richiedente.

Nella forma di attuazione rappresentata il dispositivo di erogazione 102 inietta vapore su entrambe le facce principali del materasso M, ma non si esclude che possa essere prevista l'iniezione solo su una delle due.

Il metodo comprende, infine, una terza fase di cottura del materasso M ad ottenere almeno un pannello finito.

In caso di lavorazione in continuo la fase di cottura produce un semilavorato da cui vengono sezionati i vari pannelli.

La fase di cottura prevede un riscaldamento ad una temperatura compresa tra 170°C e 220°C ed una contemporanea pressatura del materasso ad una pressione dell'ordine di 15-30 kg/cm<2>. La fase di cottura ha una durata che risulta essere del 20% inferiore rispetto ad un processo di lavorazione senza iniezione di vapore.

Inizialmente, in fase di cottura (figura 2) l'azione di pressatura interessa principalmente gli strati esterni del materasso M, rammolliti a seguito dell'assorbimento di vapore, la cui compattazione viene contrastata dallo strato interno del materasso che non è ancora stato raggiunto dal vapore. In questo modo si può ottenere una maggiore densità degli strati esterni rispetto al cuore del pannello finito e, quindi, una maggiore durezza e resistenza meccanica. Questo aspetto è evidenziato nel grafico di figura 4, che illustra l'andamento della densità lungo lo spessore di un pannello ottenuto con il metodo secondo il trovato.

Contemporaneamente il contatto con le piastre riscaldate della pressa di cottura comporta la ri-evaporazione del vapore che nel frattempo si è condensato ed è rimasto trattenuto entro il materasso sotto forma di condensa. Il vapore così formatosi penetra verso l'interno del pannello, anche per effetto della compressione esercitata dalle piastre riscaldate, allontanandosi da esse ed andando a riscaldare e rammollire anche gli strati sottostanti e così via fino a raggiungere lo strato centrale del materasso, favorendone la completa cottura (figura 3).

La minore resistenza sia termica, che meccanica offerta dal materasso M, rispettivamente, al riscaldamento e alla compattazione consente di ridurre il fabbisogno energetico della pressa, lo sforzo ad essa richiesto e, di conseguenza, l'usura dei relativi componenti.

Si è, infatti, verificato che la pressione applicata dalle piastre riscaldate al materasso M nella prima sezione della pressa P si riduce di circa il 20-25%, passando da 20-40 kg/cm<2>a 15-30 kg/cm<2>.

Opportunamente la fase di cottura deve iniziare quando la condensa formatasi entro il materasso M a seguito del raffreddamento del vapore in esso penetrato durante la fase di erogazione, si trova ad una temperatura maggiore o uguale a 90°, in modo da minimizzare l'energia termica che deve essere fornita per ottenere una nuova evaporazione di tale condensa.

Per l'esecuzione della fase di cottura l'impianto 100 prevede un apparato di cottura del tipo di una convenzionale pressa 103 riscaldata.

Al fine di minimizzare il ritardo con cui inizia la fase di cottura a seguito della fine della fase di erogazione, variabile in funzione della velocità di avanzamento del nastro trasportatore 101, è possibile posizionare il dispositivo di erogazione 102 in corrispondenza dell'ingresso nella pressa 103, eventualmente integrandolo alla struttura portante della pressa stessa.

Considerando che il metodo secondo il trovato venga attuato in un impianto 100 in continuo, con il materasso M in appoggio sul nastro trasportatore 101 , la distanza tra il punto di inizio applicazione del vapore e l'ingresso nella pressa 102, ossia il punto iniziale di contatto con le piastre riscaldate, deve essere contenuta tra 1 metri e 5 metri, anche in relazione alla velocità di avanzamento del materasso M sul nastro trasportatore 101.

Non si esclude, tuttavia, che il metodo secondo il trovato possa essere implementato da un impianto operante in modo intermittente.

A titolo esemplificativo, riportiamo di seguito il confronto tra alcuni parametri di processo caratteristici nella lavorazione di un pannello in OSB con spessore di 12mm o senza iniezione di vapore secondo diverse metodologie di lavorazione: Caso 1) lavorazione con con iniezione di vapore secondo il trovato (110gr/m2):

(che tipo di vapore? fino a che quota di spessore viene lasciato penetrare?)

velocità avanzamento nastro trasportatore: 960mm/sec;

- fattore di pressa: 4,68sec/mm;

- pressione (rilevata in corrispondenza della prima spalla della pressa): 2MPa;

Caso 2) lavorazione convenzionale in assenza di iniezione di vapore:

velocità avanzamento nastro trasportatore: 820mm/sec;

- fattore di pressa: 5,48sec/mm;

- pressione (rilevata in corrispondenza della prima spalla della pressa): 3MPa;

dove con fattore di pressa si intende il tempo di cottura necessario per la cottura di Imm di spessore del pannello.

Da tale confronto appare evidente che il metodo secondo il trovato consente di aumentare la velocità di avanzamento delle linea di produzione e la velocità di cottura e di ridurre la pressione che deve essere esercitata in fase di cottura con conseguente aumento della produttività, riduzione della lunghezza complessiva della pressa in continuo, nonché del fabbisogno energetico e dell'usura della stessa.

Si è in pratica constatato come il trovato descritto raggiunga gli scopi proposti ed in particolare si sottolinea il fatto che il metodo secondo il trovato consente di ottimizzare ulteriormente il bilancio energetico della fase di cottura, ottenere un maggiore controllo delle caratteristiche fisiche del pannello ottenuto e ridurre gli scarti di produzione.

Non ultimo, il metodo secondo il trovato può essere agevolmente implementato mediante apparati esistenti, con lievi modifiche e adeguate tarature degli stessi.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze senza per questo uscire dall'ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Metodo per la lavorazione di pannelli a base di materiale legnoso incoerente comprendente: una fase di formatura di un materasso in materiale legnoso incoerente miscelato con mezzi leganti, una fase di erogazione di vapore in corrispondenza di almeno una delle facce principali di detto materasso e una fase di cottura di detto materasso ad ottenere almeno un pannello in materiale legnoso, caratterizzato dal fatto che detta fase di erogazione comprende l'iniettare vapore saturo o vapore surriscaldato in corrispondenza di detta almeno una faccia principale di detto materasso ad ottenerne la penetrazione parziale nello spessore del materasso stesso per una quota inferiore alla metà dello spessore totale.
2. 2) Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta quota di penetrazione del vapore in corrispondenza di detta almeno una faccia principale di detto materasso è compresa tra il 2% ed il 20% dello spessore totale del materasso stesso.
3. 3) Metodo secondo la rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta fase di erogazione comprende l'iniettare vapore saturo o vapore surriscaldato in corrispondenza di entrambe le facce principali di detto materasso ad ottenerne la penetrazione parziale nello spessore del materasso stesso da ciascuna faccia principale per una quota inferiore alla metà dello spessore totale .
4. 4) Metodo secondo la rivendicazioni 1, caratterizzato dal fatto che il rapporto tra la massa di vapore erogata in detta fase di erogazione e la massa di detto materasso è compresa tra lo 0,1% e il 5%.
5. 5) Metodo secondo la rivendicazioni 4, caratterizzato dal fatto che il rapporto tra la massa di vapore erogata in detta fase di erogazione e la massa di detto materasso è pari all '1%.
6. 6) Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la pressione di uscita di detto vapore in detta fase di erogazione è al più pari a 0,5 bar.
7. 7) Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'intervallo di tempo che intercorre tra la fine di detta fase di erogazione e l'inizio di detta fase di cottura è tale per cui la condensa formatasi in detto materasso dal vapore in esso trattenuto non si raffredda al di sotto di 90°C.
8. 8) Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase di cottura avviene ad una temperatura compresa tra 170°C e 220°C e ad una pressione compresa tra 15 kg/cm<2>e 30 kg/cm<2>.
9. 9) Impianto (100) per l'attuazione del metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente un apparato di formatura di almeno un materasso (M) in materiale legnoso incoerente su un nastro trasportatore (101) continuo attivo lungo una direzione di avanzamento (A), un dispositivo di erogazione (102) di vapore su almeno una delle facce principali di detto materasso (M) e un apparato di cottura (103) del materasso stesso, il dispositivo di erogazione (102) e l'apparato di cottura (103) essendo disposti in serie a valle dell'apparato di formatura lungo la direzione di avanzamento (A), caratterizzato dal fatto che tra il punto di inizio attività di detto dispositivo di erogazione (102) su detto materasso (M) e il punto di inizio attività di detto apparato di cottura (103) sul materasso stesso intercorre una distanza compresa tra lm e 5m lungo detta direzione di avanzamento (A).
10. 10) Impianto (100) secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di erogazione (102) e detto apparato di cottura (103) sono incorporati in un'unica struttura portante.