ЛЕГКАЯ ДРЕВЕСНАЯ ПЛИТА
LIGHT WOOD BOARD

3
Изобретение относится к легкой однослойной древесной плите, которая отличается объемной плотностью ниже 500 кг/м и состоит из смеси резаной и дробленой щепы. Кроме того, изобретение относится к способу производства такой легкой однослойной древесной плиты.
Обычные древесностружечные плиты для обеспечения хорошего качества наносимых на них покрытий состоят, как правило, из трех слоев. При этом в среднем слое используют щепу (или стружку) несколько большего размера, а в наружных слоях используют более мелкую щепу, которые образуют, по существу, непрерывную поверхность.
Кроме того, мелкую щепу необходимо получать из круглых лесоматериалов, поскольку древесные опилки широко используют для производства топливных таблеток. Поэтому для производства мелкой щепы требуется много энергии. Кроме того, из-за их небольшого размера требуется большее количество клея.
Для достижения адекватного склеивания такой мелкой щепы наружные слои, состоящие из мелкой щепы, следует очень сильно уплотнять. В результате приходится изготавливать древесно-стружечные плиты из сравнительно большого количества материала, что в случае плит с тремя слоями, приводит к высокой объемной плотности материала. Однако при производстве таких плит с тремя слоями, помимо большого веса и высокого расхода материалов, высокая объемная плотность также требует высокого расхода электроэнергии и тепловой энергии, а также широкого использования машинных операций.
Поэтому целью настоящего изобретения является создание легкой однослойной древесной плиты, которая отличается, с одной стороны, низкой объемной плотностью, а с другой стороны, подходит для легкого и качественного нанесения обычных покрытий. Кроме того, целью настоящего изобретения является обеспечение способа для производства такой древесной плиты.
Цели изобретения достигают, в отношении легкой однослойной древесной плиты, с помощью признаков п.1 формулы изобретения, а способ производства древесной плиты, характеризуется признаками п.14 формулы изобретения. В зависимых пунктах раскрыты преимущественные воплощения настоящего изобретения.
3
Согласно настоящему изобретению, обеспечена легкая однослойная древесная плита по п.1 формулы изобретения, состоящая из смеси резаной и дробленой щепы, при содержании дробленой щепы в количестве от 5 до 30 мас.% и резаной щепы в количестве от 70 до 95 мас.%. Древесная плита согласно настоящему изобретению отличается объемной плотностью ниже 500 кг/м.
В случае древесной плиты согласно изобретению, особо следует отметить тот факт, что хотя эта плита имеет однослойную конструкцию и низкую объемную плотность, она демонстрирует физические свойства, которые сопоставимы со свойствами известных трехслойных плит. Это в особенности относится к прочности на изгиб и прочности на растяжение в поперечном направлении. Следовательно, значительным преимуществом является то, что плита согласно изобретению является очень легкой и, следовательно, с ней легко работать и ее просто обрабатывать и складировать. Кроме того, на плиту согласно изобретению очень легко наносить покрытие и при необходимости ее легко соединять с другими плитами с получением композиционного материала.
В случае древесной плиты согласно настоящему изобретению следует также отметить тот факт, что производство является значительно более экономичным, поскольку требуется низкий расход древесины и энергии, который обычно ниже на одну треть, чем при производстве обычных древесностружечных плит, т.е. плит с трехслойной конструкцией и с высокой объемной плотностью.
Таким образом, древесная плита согласно настоящему изобретению может быть выполнена так, что резаная и дробленая щепа распределена, по существу, равномерно по древесной плите или, в противном случае, так, что резаная щепа расположена, по меньшей мере, частично на верхней и нижней поверхностях плиты, а дробленая щепа преобладает в середине. Такие разные воплощения древесной плиты можно осуществить очень просто с использованием способов распределения, известных как таковые в данной области техники.
В частности, воплощение, в котором резаная щепа расположена, по меньшей мере частично, на верхней и нижней сторонах плиты (т.е. на сторонах, которые образуют поверхности плиты), обладает тем преимуществом, что на этих верхней и нижней сторонах может быть достигнута оптимальная плоская поверхность, поэтому это воплощение настоящего изобретения особенно хорошо подходит для нанесения покрытия, благодаря плоским верхней и нижней сторонам плиты. Таким образом, в этом воплощении настоящего изобретения особенно предпочтительно, если технологический процесс обеспечивает управление процессом распределения так, что, по существу, только резаную щепу большой площади, предпочтительно, по меньшей мере частично, располагают во время распределения около верхней и нижней поверхностей плиты. При этом в середине предпочтительно располагают более мелкую резаную щепу и дробленую щепу. Крупная резаная щепа, как принято в изобретении, имеет длину по меньшей мере 10 мм и ширину 3 мм, предпочтительно длину по меньшей мере 20 мм и ширину по меньшей мере 5 мм. Щепу длиной меньше 10 мм и шириной меньше 3 мм считают мелкой резаной щепой.
3
3
3
В случае древесной плиты согласно настоящему изобретению предпочтительно используют типы древесины с объемной плотностью <500 кг/м, что обеспечивает объемную плотность продукта ниже 500 кг/м. Поэтому древесная плита согласно изобретению может быть выполнена полностью или по меньшей мере в основном из типов древесины с объемной плотностью <500 кг/м.
Резаную или дробленую щепу, используемую для изготовления древесной плиты, согласно изобретению изготавливают известным способом. Таким образом, резаную щепу можно получать с помощью режущего инструмента с кольцевыми ножами или режущего инструмента с ножевым валом, или другими способами резки, известными в данной области техники. Для резки можно использовать древесную щепу, но также и круглые лесоматериалы. Резаная щепа, полученная такими способами резки, обычно имеет толщину приблизительно от 0,2 до 0,9 мм, предпочтительно от 0,3 до 0,6 мм, длину от 5 до 500 мм, предпочтительно от 25 до 45 мм, и ширину приблизительно от 3 до 30 мм, предпочтительно от 5 до 20 мм. Однако в зависимости от способа резки, длина щепы может также составлять от 15 до 145 мм, например при резке круглых лесоматериалов режущим инструментом с кольцевыми ножами.
Дробленая щепа, используемая для изготовления древесной плиты, согласно изобретению содержится в готовой плите в меньшем количестве, а именно от 5 до 30%, предпочтительно от 10 до 30%. Производство такой дробленой щепы также известно в данной области техники и обычно его осуществляют с помощью дробильных мельниц или других мельниц. В результате можно получить дробленую щепу, включающую более крупные, более массивные щепки или частицы, которые имеют форму, подобную спичке, стержню или кубику. Такие щепки или частицы обычно имеют низкое отношение ширины к толщине и одновременно меньшую ширину от 0,5 до 4 мм и толщину от 0,5 до 4 мм, предпочтительно от 1 до 2 мм.
При производстве щепы для плиты согласно изобретению могут также образовываться очень тонкие щепки или опилки, хотя и в меньшей степени. Такой мелкий материал может быть обработан совместно или отделен от щепы для улучшения параметров плиты, например с помощью сита с ячейками размером менее 2,5 мм, предпочтительно менее 1,5 мм.
Древесная плита согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет толщину от 6 до 200 мм, особенно предпочтительно от 12 до 40 мм. Как известно из уровня техники, на объемную плотность древесной плиты согласно изобретению можно также влиять путем дополнительного введения в плиту вспененных частиц, например полистирола и/или полиуретана, в количестве от 5 до 50% относительно количества древесины.
В качестве клея для склеивания щепы и, следовательно, для формирования древесной плиты можно использовать любой клей, известный в данной области техники. Предпочтительно использовать 2-16% клея относительно количества древесины. В качестве примеров подходящих клеев можно упомянуть изоцианатный клей, полиуретановый клей, поликонденсатный клей с наполнителями или без наполнителей, акрилатсодержащие клеи, полиуретановые клеи или комбинированные смолы, известные в данной области техники.
Как известно в данной области техники, на однослойную древесную плиту согласно изобретению, конечно, можно наносить покрытия.
3
По меньшей мере одно покрытие может состоять из плоского материала с объемной плотностью свыше 500 кг/м. Однако изобретение также включает воплощения, в которых по меньшей мере одно покрытие состоит из финишной пленки, ламината (HPL/CPL), различных пленок из бумаги, волокнистого материала или полимерного материала, толщина которых обычно превышает 0,1 мм.
Материалы покрытия, упомянутые выше, могут быть легко приклеены к однослойной плите согласно изобретению с помощью безводного клея, например термоплавкого клея, или безводного полиуретанового клея. В случае вышеуказанных покрытий особенно предпочтительно, если по меньшей мере одна из финишных пленок покрытия имеет толщину от 0,05 до 0,5 мм, более предпочтительно от 0,1 до 0,3 мм.
3
3
По меньшей мере одна финишная пленка покрытия может также быть выполнена на бумажной основе и с плотностью основы от 20 до 200 г/м, предпочтительно от 50 до 100 г/м.
2
2
Кроме того, указанная по меньшей мере одна финишная пленка может иметь удельную массу от 80 до 350 г/м, предпочтительно от 120 до 250 г/м, по отношению к готовой финишной пленке.
3
3
Плита согласно изобретению, на которую наносят покрытие, обычно имеет объемную плотность приблизительно от 360 до 480 кг/м, предпочтительно от 400 до 440 кг/м.
Кроме того, изобретение включает способ изготовления легкой однослойной древесной плиты, которая описана выше.
Согласно этому способу, щепу смешивают в массовых соотношениях, указанных в п.1 формулы изобретения, и покрывают клеем в барабанном смесителе, затем распределяют с помощью по меньшей мере одной распределительной головки, а затем прессуют под давлением и при повышенной температуре с образованием древесной плиты. Предпочтительно операции проводят в режиме непрерывного способа.
Таким образом, предпочтительно щепу покрывают клеем в барабанном смесителе, например таком, который используется при производстве ориентированно-стружечных плит (ОСП), чтобы по возможности не повредить структуру щепы. Кроме того, в способе согласно изобретению предпочтительно прессовать непрерывно распределяемый стружечный ковер на двухленточном прессе непрерывного действия, паронагнетательном прессе или паро/воздухонагнетательном прессе непрерывного действия, поскольку с их помощью может быть достигнуто особенно высокое снижение объемной плотности.
Распределение щепы в этой однослойной легкой древесной плите можно осуществлять механически, путем прокатки с использованием только одной распределительной головки или, в случае очень большого объема производства, двух распределительных головок. Абсолютно нет необходимости использования трех или четырех распределительных головок, как при производстве обычных древесностружечных плит с тремя слоями.
Щепу древесной плиты согласно изобретению покрывают клеем предпочтительно в барабанном смесителе, а не в смесителе принудительного действия, который повторно измельчает щепу и который обычно используют при производстве древесностружечной плиты. Такие барабанные смесители известны в производстве ориентированно-стружечных плит, и их обычно используют, чтобы покрывать клеем очень крупную щепу, длиной более 100 мм. Барабанный смеситель предпочтительно в некоторой степени модифицирован, чтобы наносить клей на щепу древесной плиты согласно изобретению, поскольку эта щепа короче, чем в случае ориентированно-стружечных плит. С этой целью внутри барабана размещено большее количество более длинных захватывающих элементов, которые вращают щепу.
Щепу древесной плиты согласно изобретению можно склеивать с помощью известных клеевых систем. При использовании поликонденсатных клеев, в частности при использовании мочевиноформальдегидных клеев, для достижения оптимальной прочности предпочтительно добавление наполнителей, таких как, например, ржаная пудра, в количестве 10-100% относительно твердой смолы.
Для изготовления плиты используют резаную и дробленую щепу. Резаная щепа большой площади, которую получают, например, путем резки круглых лесоматериалов режущим инструментом с ножевым валом, обеспечивают особенно хорошее сопротивление изгибу, благоприятный модуль упругости и способствует нанесению качественного покрытия. Это особенно справедливо, если во время распределения ее размещают, при соответствующей регулировке распределительной машины, преимущественно наружу, к широким сторонам или поверхностям легкой древесной плиты. Тогда доля такой щепы снижается внутрь от верхней и нижней сторон древесной плиты согласно изобретению. Однако плита сохраняет однослойную конструкцию.
Кроме того, при изготовлении плиты из древесной щепы используют узкую, длинную резаную щепу, по сравнению с вышеупомянутой щепой, получаемую посредством резки режущим инструментом с кольцевыми ножами.
Кроме того, используют толстую дробленую щепу кубической формы, получаемую в мельницах из древесной щепы. Такая щепа повышает прочность на растяжение в поперечном направлении и сопротивление выдергиванию гвоздя легкой однослойной древесной плиты согласно изобретению.
Отношение в смеси щепы для производства легкой однослойной плиты согласно изобретению предпочтительно составляет приблизительно 5-30% дробленой щепы и 70-95% резаной щепы.
Таким образом, предпочтительно, при доступности круглых лесоматериалов для резки, резаная щепа состоит приблизительно из 20-90% широкой щепы, получаемой из круглых лесоматериалов с помощью режущего инструмента с ножевым валом или режущего инструмента с кольцевыми ножами, и 10-80% узкой резаной щепы, получаемой из древесной щепы с помощью режущего инструмента с кольцевыми ножами.
Кроме того, без использования щепы, полученной резкой древесной щепы с помощью режущего инструмента с кольцевыми ножами, можно обойтись, если экономически доступны круглые лесоматериалы.
Отношение в смеси щепы можно подобрать в зависимости от доступности и стоимости древесной щепы и круглых лесоматериалов.
Ниже изобретение описано более подробно со ссылками на примеры 1-6 и сопровождающие Фиг.1-5.
На чертежах показано следующее:
на Фиг.1 показан вид в перспективе древесной плиты согласно изобретению с равномерно распределенной щепой,
на Фиг.2 аналогично показан вид в перспективе древесной плиты согласно изобретению, в которой поверхности плиты согласно изобретению полностью покрыты плоской резаной щепой,
на Фиг.3 с большим увеличением показано сечение поверхности плиты, изображенной на Фиг.1,
на Фиг.4 с большим увеличением показано сечение поверхности плиты, изображенной на Фиг.2,
на Фиг.5 с небольшим увеличением показаны примеры различных типов щепы.
Примеры
Пример 1
2
С помощью режущего инструмента с ножевым валом промышленные еловые круглые лесоматериалы режут на тонкую щепу длиной приблизительно 30 мм. Еловую щепу режут с помощью режущего инструмента с кольцевыми ножами на тонкую щепу не более 35 мм. С помощью дробильной мельницы дополнительное количество еловой щепы измельчают с получением узкой дробленой щепы толщиной приблизительно 1,5 мм. 20% дробленой щепы смешивают с 40% щепы, полученной с помощью режущего инструмента с ножевым валом, и 40% щепы, полученной с помощью режущего инструмента с кольцевыми ножами, и подвергают сушке. Мелкие частицы, содержащиеся в этой смеси, и опилки, также содержащиеся в ней, удаляют с помощью вибрационного сита с ячейками размером 0,8 мм. Указанную щепу, освобожденную от пыли и мелких частиц, покрывают полимерным диизоцианатом (PMDI) (адгезивным) клеем в количестве 4% относительно массы щепы. Из щепы с нанесенным клеем с помощью распределительной головки формируют однослойный стружечный ковер, который затем прессуют на двухленточном прессе непрерывного действия с получением плиты плотностью 420 кг/м. Произведенная таким образом легкая однослойная древесная плита характеризуется параметрами, представленными в таблице ниже.
Пример 2
Осуществляют операции, как в примере 1, но в процессе распределения ковра, путем настройки распределительных валиков, обеспечивают, чтобы только тонкая плоская щепа прилегала к верхней и нижней сторонам ковра, а не толстая дробленая щепа. После прессования такого стружечного ковра, полученная таким образом легкая однослойная плита имеет очень ровные поверхности без небольших углублений. Физические параметры однослойной древесной плиты согласно изобретению соответствуют значениям, представленным ниже в таблице. Здесь также покрывают щепу клеем PMDI, и прессование распределенного стружечного ковра выполняют на двухленточном прессе непрерывного действия.
Пример 3
Осуществляют операции, как в примере 1, но вместо круглых еловых лесоматериалов и еловой щепы используют круглые ивовые лесоматериалы и ивовую щепу.
Пример 4
Осуществляют операции, как в примере 1, но используют смесь круглых еловых лесоматериалов и мягкой древесины лиственных пород (ива, тополь) и смесь еловой щепы и щепы мягкой древесины лиственных пород.
Пример 5
Осуществляют операции, как в примере 1, но используют 20% дробленой щепы и 80% щепы, полученной с помощью режущего инструмента с ножевым валом. В результате дополнительно улучшается непрерывность поверхности.
Пример 6
Осуществляют операции, как в примерах 1-5, но прессование стружечного ковра (слоя щепы) осуществляют не на двухленточном прессе непрерывного действия, а на паронагнетательном прессе непрерывного действия.
Таблица
Параметры (прочностные свойства, толщина и объемная плотность) легкой однослойной древесной плиты согласно изобретению и обычной древесностружечной плиты.
Однослойная легкая древесная плита согласно изобретению
Обычная трехслойная древесностружечная плита
Толщина, мм
19
19
Объемная плотность, кг/м<sup>3</sup>
420
650
Прочность на изгиб, Н/мм<sup>2</sup>
14
13
Модуль упругости на изгиб, Н/мм<sup>2</sup>
1800
1700
Прочность на растяжение в поперечном направлении, Н/мм<sup>2</sup>
0,4
0,45
Влагосодержание, %
6
6
Увеличение толщины при разбухании после хранения в воде в течение 24 ч, %
12
13
На Фиг.1 с увеличением показана древесная плита по п.1 формулы изобретения, в которой щепа, используемая для ее получения, распределена равномерно по всей толщине плиты. Даже наиболее толстая дробленая щепа (показаны темными стрелками) находятся на верхней стороне плиты.
На Фиг.2 с увеличением показана древесная плита по п.2 формулы изобретения, в которой наиболее толстая дробленая щепа не расположена на верхней стороне плиты или встречается там очень редко. При изготовлении такой плиты щепу также вначале смешивают в требуемом соотношении и покрывают клеем. Однако во время распределения распределительная машина действует так, что дробленая щепа всегда или почти всегда оказывается покрытой плоской резаной щепой.
На Фиг.3 с большим увеличением показано сечение по поверхности легкой древесной плиты по п.1 формулы изобретения. Дробленая щепа, которая имеет большую толщину по сравнению с резаной щепой, также расположена на поверхности плиты. Эта дроблена щепа вдавливает тонкую резаную щепу в плиту. В результате поверхность плиты не является ровной или имеет небольшие впадины, которые неблагоприятны для последующего нанесения покрытия.
На Фиг.4 с большим увеличением показано сечение по поверхности легкой древесной плиты по п.2 формулы изобретения. Более толстая дробленая щепа закрыта тонкой резаной щепой. Поэтому поверхность плиты является более ровной, чем у плиты на Фиг.1, в которой дробленая щепа расположена также и на поверхности.
На Фиг.5 с небольшим увеличением показаны примеры различных типов щепы, которые используют для производства легкой древесной плиты согласно изобретению. В верхней части изображения показан вид сверху такой щепы. Поперечное сечение такой щепы показано ниже. Слева и в середине показаны примеры резаной щепы, а справа с краю показаны примеры дробленой щепы. Щепа в крайней левой части может быть получена, например, из круглых лесоматериалов режущим инструментом с ножевым валом. Она являются более однородно длинными и тонкими. В результате процесса резки она несколько расщеплена на концах. В середине представлены четыре примера древесных частиц, которые могут быть получены, например, путем резки древесной щепы режущим инструментом с кольцевыми ножами. Эти частицы аналогично являются относительно тонкими и длинными, но менее однородны по ширине. В крайней правой части показаны четыре примера дробленой щепы. Она по преимуществу узкая и толстая (подобно спичке или стержню) и придает жесткость легкой плите, что повышает ее прочность на изгиб и прочность на растяжение в поперечном направлении.