NO162802B - Fremgangsmaate ved fremstilling av en sponplate. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremstilling av sponplater fremstilt med lange spon for å gi en bygningsplate med styrke og stivhets egneskaper tilsvarende finér. Hvis sponplatene kan anvendes istedenfor finér oppnås vesentlige fordeler.

Finer fremstilles av finérark som skjæres eller trekkes fra stokker og dette krever en relativ høy kvalitet for tømmer-stokken. Spon skjæres på en anordning fra tømmerstokken med lavere kvalitet og gir et høyere treutbytte ved fremstilling av finére. Kapitalomkostningene er mindre for sponplatean-legg enn for tilsvarende finéranlegg og fremomkostningene for sponplater er mindre enn ved fremstilling av finére. Imidlertid utviser sponplater en vesentlig ulempe i forhold til finér, nemlig de har en lavt styrke til densitetforhold. Sammeligning av styrkeforholdene, både bruddmodulen til densitetforholdet og elastisitetmodulen til densitetsforholdet er vesentlig lavere for sponplater enn for finére.

"Southern" furufinér av bygningskvalitet har en midlere bøyfasthet (forkortet til BF) på ca. 41370 KPa og en bøy-elastisitetsmodul (BE) på ca. 13790 KPa ved en densitet på

592 Kg/cm<3> hvilket gir et BF/densitetsforhold på 70 og et BE densitetsforhold på 23. Douglas gran 5-lags CD plater har et BF/densitetsforhold på 54 og et BE / densitetsforhold på 19.

Ikke-orienterte sponplater fremstilt fra 38 mm lange spon

og med et harpiksinnhold på 2.3% har en BF verdi på ca. 18615 KPa og en BE-verdi på 3450 (M) KPa ved en densitet på 664 Kg/m<3> hvilket gir et BF/densitetsforhold på 28 og et BE/densitetsforhold på 5. Som det vil sees så vil BF/ densitetsforholdet for en sponplater være mindre enn halv-parten av den for finér.

En maskinorientert sponboard fremstilt med 75 mm lange spon. og et høyere harpiksinnhold kan øke styrke/densitets forholdene, men disse forhold vil fremdeles være ca. halv parten enn for finér.

Styrke egenskapene for sponplater kan forøkes ved å øke densiteten eller ved å øke hafpiksinnholdet, imidlertid vil en øket densitet heve tre omkostningene og transport omkostningene, gjøre produktet vanskeligere å håndtere og forårsake større tykkelses svelling i våt tilstand og nedsette produktiviteten når fabrikken har begrenset tilgang på tre. Hvis harpiksinnholdet heves fra eksempelvis 3% til 6% vil fremstillingsomkostningene øke med ca. 15%.

Tidligere har panelplater, så som sponplater, fiberplater og lignende generelt blitt fremstilt med spon med lengder som ikke overstiger 100 mm. H. Dale Turner beskrev i en artikkel med tittelen "EFFECT OF PARTICLE SIZE AND SHAPE ON STRENGTH

AND DIMENSIONAL STABILITY OF RESIN BONDED WOOD PARTICLE

PANELS", publisert i oktober 1954 i Journal of F.R.P.S., forsøk utført med spon med lengder opp til 7.5 cm og konkluderte med at 4 cm var den mest økonomiske lengde for trespon for fremstilling av sponplater eller strandplater.

I en artikkel med tittelen "THE EFFECT OF FLAKE GEOMETRY ON

MECHANICAL PROPERTIES OF EASTERN SPRUCE FLAKE-TYPE PARTICLE

BOARD", av Craig A. Schuler og Robert A. Kelly, publisert i Forest Products Journal i juni 1976 beskriver forsøk utført med sponlengde på 2.5 og 7.5 cm og i artikkelen er dét konkludert med at sponlengder er en signifikant faktor for elastisitetsmodulen (BE), bøyfastheten (BF) og interne binding (IB). I artikkelen er det ikke antydet sponlengder større enn 7.5 cm.

T.M. Maloney konkluderer i "MODERN PARTICLE BOARD AND DRY PROCESS FIBERBOARD MANUFACTURING", publisert i 1977 av Miller Freeman Publications, at 10 cm er den maksimal sponlengde som bør anvendes ved fremstilling av sponplater (side 194).

Lange trespon med lengde på opp til 60 cm eller mere er velegnet for anvendelse i bygnings tømmerprodukter. Et eksempel på et bygningstømmerprodukt er vist i U.S. patent nr. 4.061.819, publisert 6 desember, 1977 og igjenutstedet som Re 30.636 2 juni 1981. Av patentet fremgår det klart at lange trespon med en lengde på minst 30 cm kan anvendes for å fremstille et dimensjonalt bygningstømmerprodukt. Sponplater fremstilles imidlertid hovedsaklig med spon i forskjellige orienteringer og besitter ikke styrkekravene for et bygnings tømmerprodukt. Ytterlig er sponene eller flakene generelt fremstilt av et tynnere materiale enn spon som anvendes i bygnings tømmerprodukter.

Det er tidligere ikke vært antatt mulig å anvende bygnings-tømmerteknologi for fremstilling av sponplater. Eksempelvis selv om anvendelse av spon over 30 cm lange har vært kjent i det minste så tidlig som i 1977 med hensyn til fremstilling av bygnings tømmerprodukter er det i en artikkel publisert av K. Walter, J. Kieser og T. White med tittelen "EFFECT OF

CHIP SIZE ON SOME STRENGTH PROPERTIES OF ORIENTED STRAND

BOARD (OSB)", (sidene 183-188) publisert i 1979 i Holz Als Roh-Und Werkstoff, viser at sponlengder i vesentlig grad påvirker styrkeegenskaper, imidlertid, er de viste lengder 30, 50 og 80 mm , men det finnes ingen antydning om større lengder enn disse.

I en artikkel av Tomohisa Ikeda og Tomio Takemura med tittelen "EFFECT OF CHIP LENGTH ON CREEP PROPERTIES OF PARTICLEBOARD", (sidene 332 - 337) publisert 25 mai, 1979 i Mokuzai Gakkaishi er vist forsøk utført med sponlengder opptil 80 mm, men det ble konkludert med at det ikke ble oppnådd noen fordel med sponlengder større enn 40 mm.

I meddelelsen fra "14th Washington State University International Symposium on Particleboard" som ble publisert i april 1980 var den vanlige oppfatning i de publiserte artikler at det ikke var noen fordel ved å forøke sponlengden. P. Vajda angir i sin artikkel med tittelen "WAFERBOARD vs ORIENTED STRUCTURAL BOARD", (april 1980), på side 25 at en forøkning i sponstørrelsen til 7.5 cm eller muligens 10 cm, som foreslått av noen, og som vil forbedre BF og BE, men bare i en begrenset grad. Ytterligere vil en forøkning av lengden og bredden føre til vanskeligheter under flakformasjonen, transport, lagring, blande og formeoperasjonene, samt også utgjør et betydelig avvik fra hva som kan antas å være veletablert teknologi.

J.A. Fyie, D.J. Henckel og T.E. Peters i sin artikkel med tittelen "ELECTRO-STATIC ORIENTATION FOR EFFICIENCY AND ENGINEERING COMPOSITION PANEL:PROPERTIES", (april 1980) omtaler kortere sponlengder på side 277. "Vi har laget enkelt lag sponplater fra både 40 mm og 70 mm spon og funnet kun en 13% nedsenkelse i BE for den kortere spongeo-metri. Dennne nedsettelse er tolererbar og kortere spon kan føre til færre håndterings-, blande og transportproblem-• • •

R.T Leitner angir i sin artikkel med tittelen "STRUCTURAL

BOARD: A 3-LAYER ALTERNATIVE TO WAFERBOARD AND OSB", (april

1980) på side 34 at "Lange spon er kostbare og vaskelige å fremstille". På den etterfølgende side konkluderer han med at "liten forbedring kunne forventes ved å øke sponlengden meget over 2.5 cm".

Fra disse raporter er det klart at den fagmann som frem-stiller sponplater aldri har anvendt teknologien med lange spon slik som i bygnings tømmerprodukter, ved fremstilling av sponplater..

Som det fremgår av de ovenfor beskrevne artikler med hensyn til sponplater har det alltid vært antatt at man ikke kunne oppnå noen fordeler ved å forøke sponlengdene over ca. 100 mm. Ingen har tidligere antatt at et sponplateprodukt kunne fremstilles med lange spone eller at et slikt produkt vil oppnå de fulle styrkeegenskaper for tre ved eller tilnærmet nær normal ved densitet.

Ytterligere var det antatt av fagfolk at ved problemene som oppstår ved håndtering, lagring, blanding og harpiksbelegg-ning på lange spon ville være for vanskelig eller dyrt til å løses. Dette er funnet å være feil. Det er nå funnet at ved å forøke spon forlengelse til over 15 cm og fortrinnsvist til over 30 cm hvor sponene har en spesifik vekt 0;12 på mindre enn 0.6 g/cm<3>, hvor vekten er bestemt for ovnstørket materiale og volumet er bestemt for materialet med et fuktighetsinnhold på 12% (i det etterfølgende betegnet med "spesifik vekt 0;12"), og ved å anvende slike spon i ytterlagene i et flerlags sponplater sammen med kjernespon av tilstrekkelig tykkelse og/eller tilstrekkelig harpiksinnhold til å forhindre horisontalt skjærbrudd i kjernelaget, kan det fremstilles en sponplate med i det vesentlige de samme styrker/densitetsforhold som tilsvarende finére.

Lange spon kan passende belegges med harpiks enten i pulver eller væskeform. Et eksempel på et apparat for å blande trespon med en flytende harpiks er vist i U.S. patent nr. 4.478.896. Det er også funnet at lange spon kan legges i en matte med i det vesentlig jevn tykkelse. En slik anordning for fremstilling av en matte er vist i U.S patent nr. 4.494.919. Apparatet utspreder tresponene på en jevn måte til å gi en matte som har en i det vesentlige jevn tykkelse. Sponene kan legges i et orientert mønster eller i et tilfeldig mønster.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer sponplater med forøkede styrkeegenskape, omfattende minst tre lag trespon med en spesifik vekt 0;12 på 0.6 g/cm<3> hvor platen har overflatelag på de ytre overflater og minst et kjernelag idet sponene i overflatelagene har en midlere orientering i området 2 til 10° i forhold til kjernelaget og hvor sponene i ytterlagene har lengder på minst ca. 15 cm, fortrinnvist minst 30 cm, en midlere bredde i området 0.75 5.0 cm og en midlere tykkelse i området 0.025 - 0.125 cm, med et foretrukket området på 0.05 - 0.075 cm for spon i ytterlagene og 0.075 - 0.125 cm for sponene i kjernelagene, og hvor platen har en ovnstørr ved densitet i området 430 720 kg/m<3> med et BF densitetsforhold på minst ca. 50 og et BE densitetsforhold på minst ca. 17. I andre utførelsesformer ligger fenol-formaldehyd harpiksinnholdet i området 1.5 8%, fortrinnsvis 2 - 3%, regnet på den ovnstørre vekt av tresponene for ytterlagene<!>og kjernelagene.

I en annen utførelsesform ligger BF parallell med orienteringen for sponene i flatelagehe for en tredensitet i området 430 - 720 kg/m3, bestemt for ovnstørrt materiale, innen grensene av A, B, C og D i fig. 1, og en BE, bestemt for ovnstørrt mtaeriale, parallell med orienteringen for sponene i ytterlagene innen grensene for E, F, G og H i fig. 2.

I en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen representerer ytterlagene 3 0 - 60% av den totale tykkelse av platen. Tørr BF og tørr BE for platen i retningen perpendikulært på orienteringen av sponene er ikke mindre enn 20% av verdiene tørr BF og tørr BE i platen parallell med orienteringen for sponene. I ytterligere utførelsesformer har kjernelaget en tilfeldig orientering av sponlagene eller en kryssorientering av disse.

I en foretrukket utførelsesform har vært lag av woodspon en tykkelse større enn trespon.

I tegningene er vist utførelsesformer av oppfinnelsen:

Fig. 1 viser grafisk en sammenligning mellom BF mot densitet for sponplater fremstilt fra lange spon i området 15 cm til 60 cm. Fig. 2 viser grafisk sammenligning BE mot densitet for sponplater fremstilt ved lange spone i lengdeområdet 15-60 cm. Fig. 3 viser grafisk sammenligning av BF mot sponlengde for langsponede plater i henhold til oppfinnelsen ved en densitet på 561 kg/m3. Fig. 4 viser grafisk sammenligning av BE mot sponlengde for langsponede plater i henhold til oppfinnelsen ved en densitet på 561 kg/cm<3>. Fig. 5 viser grafisk sammenligning av midlere sponlengder mot BF/densitetsforholdet for langsponede plater i foreliggende oppfinnelse.

Spon kan fremstilles på en konvensjonell anordning som skjærer spon til den ønskede form eller spon kan kuttes eller slisses fra finére.

I henhold til oppfinnelsen anvendes spon med lengde større enn 15 cm, fortrinnsvist lenger enn 30 cm og opp til 60 cm eller mere. Større lengde kan anvendes uten noen til-synelatende forbedring i styrkeegenskapene. Tykkelsen av sponene kan variere i området 0.025 - 0.125 cm og bredden bør være i området 0.75 - 5 cm. Det er foretrukket at den midlere spontykkelse i ytterlagene er i området 0.05 0.075 cm og i kjernelagene i området 0.075 - 0.125 cm.

Typen av tre som anvendes i Nord-Amerika, spesielt på vest-kysten er spesielt en blanding av forskjellige typer nåltre og bartre med en spesifik vekt 0?12 på mindre enn ca. 0.6 g/cm<3>. Det er mange typer tre som kan anvendes for spon både løvtre og bartre. Eksempelvis er asp løvtre med den spesifik vekt i området 0.35 - 0.39. Et eksempel på nåltre er balsamgran.

Straks sponene er fremstilt blir det generelt tørket for å nedsette fuktighetsinnholdet og deretter blandet med voks og harpiks før de dannes til en matte av spon. Tørrvoks er et fremstilt voks som generelt blandes med sponene for å forbedre vanntetthetsegenskapene for sluttproduktet. Fortrinnsvis anvendes pulverformig fenol-formalidhydharpiks generelt både i ytterlagene og kjernelagene. Selv om det henvises til pulverformig harpiks er det også mulig å sprøyte en flytende harpiks på sponene. Eksempel på et slikt blandesystem er vist i U.S. patent nr. 4.478.896 som beskriver flertrinnsblanding av trespon med en flytende harpiks. Fenol-formaldehyd harpiksinnholdet ligger fortrinnsvist i området 1.5 - 8% regnet på ovntørrvekt av tresponene i både ytterlagene og kjernelagene.

Ved fremstilling av sponplater blir sponene generelt lagt i minst tre separate matter på toppen av det andre før pressing påbegynnes hvorved lagene av spon komprimeres og samtidig oppvarmes for å herde harpiksen. I en foretrukket utførelsesform utgjør ytterlagene av sponplaterplaten generelt 30 - 60% av den totale tykkelse av platen. Kjernelaget eller kjernelagene representerer den gjenværende platetykk-else. Når sponene legges i første lag blir de lagt på en orientert måte slik at en midlere orientering for sponene lagt i matten er i en vinkel,større enn 0° men ikke mere enn ca. 10° fra orienteringsretningen. Hvis orienteringsvinklene øker meget utover 10° så vil styrken av platen i orienteringsretningen nedsettes. På.den annen side hvis den midlere orientering av sponene resulterer i en for liten vinkel, det vil si under 2° så vil styrken av platen i retningen , perpendikulært til orienteringsretningen nedsettes. Det er funnet at en orienteringsvinkel på ca. io° er tilfredstil-lende og det er foretrukket at produktet har en styrke og stivhet perpendikulært på orienteringsretningen og ca. 20% av retningen parallell med orienteringen.

Kjernelaget eller kjernelagene kan være tilfeldig orientert eller kryssorientert. Betegnelsen av "kryssorientert" betyr at sponene i kjernelagene er lagt i en retning som er til-egnet 90° iforhold til orienteringsretningen for sponene i ytterlagene. I visse utførelsesformer kan en blanding av både tilfeldig og kryssorienterte kjernelag tilveiebringes avhengig av kravene til sponplaten. For tilfellet av kjernelagene er det ikke nødvendig at sponne har den samme tykkelse eller lengde som de i ytterlagene.

Etter at lagene er lagt i matter, en på toppen av den andre blir dens flerlagede matte fremført til en presse hvor, i henhold.til en foretrukket utførelsesform, vær plate komprimeres ved en temperatur noe over 200° C i minst 4 min. Pressen er en standard enhet som er velkjent for fremstilling av sponplater.

Det er generelt funnet at harpiksinnholdet er minst 1.5% regnet på ovntørrvekt av tresponene. I en foretrukket ut-førelsesform er harpiksinnholdet både i ytterlagene og i kjernelagene i området 2 - 3%, regnes på den ovnstørrevekt av tresponene. I en utførelsesform ble det anvendt 4% fenol-formaldehyd harpiks i ytterlagene med 3% kun i kjernelagene. Voksinnholdet var 2% regnet på den ovnstørrevekt av tresponene. Sammenligning av styrke til densitetforholdene er vist i tabell l. Som det kan sees er BF til densitetsforholdet og BE til densitetsforholdet langt lavere for normal sponplate i forhold til finér.

Orienterte sponplater har forbedrede egenskaper men kan fremdeles ikke sammenlignes med finér.

Figurene 1 og 2 viser styrkeegenskapene for plater for lange spon, sponplater med varierende densiteter fremstilt i henhold til oppfinnelsen for forskjelling lengder av sponene. Tre densiteter, bestemt for ovnstørket materiale, i området 430 - 720 kg/m<3> dekker densitetsområdet for det langsponede sponplater fremstilt fra spon med en spesifik vekt 0;12 på under 0,6 g/cm3. Forholdene BF til densitet innen grenselinjene A, B, C og D i fig. 1 er minst 75 og forholdene BE til densitet innen grenselinjene E, F, G og H i fig. 2 er minst 17.

EKSEMPEL 1:

Sponplateprøver ble fremstilt ved å splitte spon fra finérstrimler kuttet fra ask med en spesifik vekt 0;12 på ca. 0.38 g/cm<3>. Sponene i ytterlaget var 0.05 cm tykke og var skåret til lengde på henholdsvis 7.5 cm, 15 cm, 30 cm og 60 cm. Kjernesponene var!0.10 cm tykke. Ytterlagene ble orientert med en midlere orientering som ikke var større enn 10 grader og kjernelaget var kryssorientert. 5% fenol-formaldehyd harpiks ble anvendt i platene hvis totale tykkelse var 1.25 cm. Disse platene omfattet 3 lag. Fig. 3 og 4 viser effekten av sponlengden på henholdsvis BF og BE. Som det fremgår av figurene vil kurvene begynne å flate ut for sponlengder over 30 cm. Det er antatt at ingen vesentlig forbedring i styrkeegenskapene vil oppnås for sponlengder over 60 cm.

EKSEMPEL II:

Sponplateprøver ble fremstilt fra spon kuttet ut ved hjelp av en kommersiell anordning for nominelle sponlengder på 3 cm, 7.5 cm, 11.4 cm, 15 cm og 30 cm. Aktuelle sponlengder varierte vesentlig under den nominelle lengde, men hadde en midlere verdi på opptil 20% under den nominelle. Vedtypen var asp, tilsvarende den typen som ble anvendt i eksempel I. Tykkelsen av kjernesponene var 0.05 cm som var den samme tykkelse som sponene i ytterlaget.

Som det fremgår av tabell II har sponplaten fremstilt fra nominelt 11.4 cm lange spon et BF/densitetsforhold over 50 og et BE/densitetsforhold på ca. 12. Sponplater fremstilt fra nominelt 3 0 cm lange spon hadde et BF/densitetsforhold på 108 og et BE/densitetsforhold på 19.

Fig. 5 viser en sammenligning mellom midlere sponlengder mot BF/densitetsforholdet for en sponplate med en spontykkelse på ca. 0.05 cm i både kjernelaget og i de ytre lag. Som det fremgår var det nødvending med en midlere sponlengde på 16.5 cm for å oppnå et forhold på 17 ved denne prøve.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en sponplate med gode styrkeegenskaper ved å utlegge spon, eventuelt tilsatt et hydrofoberingsmiddel såsom voks, i minst 3 lag, hvor sponene i midtlaget eller kjernelaget legges tilfeldig orientert eller kryssorientert, og hvor sponene har en midlere bredde på 0,75 - 5,0 cm og en midlere tykkelse i området 0,025 - 0,125 cm, og hvor sponene tilsettes et bindemiddel, såsom en fenolformaldehydharpiks i en mengde på 1,5 -8 %, fortrinnsvis 2 - 3 %, regnet på den ovnstørre vekt av tresponene, hvoretter sponene presses til en plate ved forhøyet temperatur,

   karakterisert ved at sponene i ytterlagene legges med en orientering i området 2-10° i forhold til hovedretningen, og at det anvendes spon med en lengde på minst 15 cm, fortrinnsvis anvendes spon med en lengde på minst 3 0 cm.