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Verfahren zur Herstellung von Hartfaserplatten
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Platten aus Holzfasern und richtet sich insbesondere auf die Verdichtung von verfilzten Matten aus solchen Fasern in die fertige Platte durch Anwendung von
Wärme und Druck.
Für die Herstellung von Plattenprodukten durch die Verarbeitung von Holz oder andern zellstoff- haltigen Produkten in feine Teilchen, Bildung einer einheitlichen Matte aus diesen Teilchen und Ver- dichtung der Matte durch Aufbringen von Wärme und Druck in eine feste Platte sind bereits eine Reihe von Verfahren bekannt. Im allgemeinen lassen sich diese Verfahren in drei Gruppen unterteilen, nämlich nasse, nass-trockene und trockene Verfahren.
Beim nassen Verfahren wird eine breiige Matte aus einer wässerigen Aufschlämmung von Holzfasern nach dem üblichen Papierherstellungsverfahren hergestellt und zur Herstellung einer Holzfaserplatte od. dgl. gepresst. Nachteile dieses nassen Verfahrens sind die Abnahme der Elastizität infolge des Ver- lustes im wesentlichen aller wasserlöslichen Komponenten, die anfänglich im Holz vorhanden sind, und des verhältnismässig hohen Anteils von durch die bei dem Nassverfahren notwendigen Kochstufen erzeugten
Substanzen, die Ungleichförmigkeit der Matte infolge von Klumpenbildung und Orientierung der Fasern in Richtung der Wasserströmung während der Mattenherstellung, die hohen Preise für die Zuführung und Handhabung der Aufschlämmung und schliesslich die verschiedenen Probleme der Abführung grosser
Ablaufwassermengen.
Bei dem Nass-Trocken-Verfahren wird eine nasse Matte in der gleichen Weise wie beim nassen Verfahren erzeugt. Statt diese jedoch noch im nassen Zustand zu pressen, wird die Matte vor der endgültigen Pressung getrocknet, um ein Produkt in Form einer anfänglich eine sehr niedrige Dichte aufweisenden Platte, beispielsweise ähnlich einer üblichen Isolationsplatte, zu erzeugen. Diese niedrige Dichte aufweisende Platte wird anschliessend im trockenen Zustand Wärme und Druck ausgesetzt, um sie zu verdichten und ein hartes Brett herzustellen.
Beim Nass-Trocken-Verfahren ist nicht nur der Arbeitsvorgang teuer und ein Verlust an wasserlöslichen Substanzen wie beim nassen Verfahren unvermeidlich, sondern es entstehen durch das Pressen einer trockenen Isolationsplatte ziemlich dunkle, hochverdichtete Platten, die weniger wünschenswert sind als die heller gefärbten, festeren Platten, die man mit dem trockenen Verfahren erhält.
In jüngerer Zeit hat sich das Trockenverfahren allgemein durchgesetzt. Der Ausdruck "Trockenverfahren" zeigt bereits an, dass die Fasern in den die Matte bildenden Vorgang im gasförmigen statt im flüssigen Träger gefördert werden. Obwohl niemals eine wässerige Aufschlämmung gebildet wird, enthalten die Fasern einen gewissen Anteil an Feuchtigkeit.
Ein Problem, dem sich die Hersteller nach dem Trockenverfahren gegenübersahen, ist die Erzeugung von Hartfaserplatten mit harter, glatter Oberfläche, mit einer feinen nichtfaserigen Struktur. Solche Oberflächen können bei Fehlen von Feuchtigkeit in der Matte beim Aushärten niemals erzeugt werden. Offenbar resultieren die gewünschten Oberflächeneigenschaften wenigstens zum grossen Teil aus einer Plastifizierungswirkung des Wassers. Das Ausmass des in der Matte vorhandenen Wassers muss unter einem gegebenen Maximum gehalten werden, weil bei höheren Feuchtigkeitsgehalten Fliessflecke, Oberflächenunsauberkeiten und Blasen in der Fertigplatte entstehen. Das Entfernen des Wassers als Dampf verursacht Blasen, Strömungsmuster u. a. Unterbrechungen der Gleichförmigkeit der Plattenoberfläche.
Es wurden verschiedene, jedoch bis jetzt nicht zufriedenstellende Verfahren ausprobiert und ausgeübt, um mit der Heisspresse die gewünschte Dichte und Steuerung des Dampfaustrittes zu erzielen, so dass harte, glatte, feinstrukturierte Oberflächen entstehen.
Bei einem bis jetzt häufig benutzten Verfahren wird die feuchte Platte zwischen einer glatten Platte auf der einen Fläche der Matte und einen durchlässigen Glied, beispielsweise einem Netzgitter, auf der andern Fläche heiss gepresst. Bei diesem Verfahren tritt der meiste Dampf durch das durchlässige Glied aus, so dass Beschädigungen der der glatten Druckplatte benachbart liegenden Oberfläche nur selten auftreten. Ein offenbarer Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass man beim Endprodukt nur eine einzige glatte Oberfläche erhält.
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Bei den Versuchen zur Herstellung von Platten mit glatten Oberflächen auf beiden Seiten wurden eine
Vielzahl von im allgemeinen sehr kostspieligen und umständlichen Pressverfahren entwickelt. Bei be- stimmen dieser bekannten Verfahren wird die feuchte Matte zuerst bei niedrigem Druck zwischen heissen
Heizplatten vorgewärmt, bevor der zur Erzeugung der gewünschten Dichte erforderliche Hochdruck aufge- bracht wird. Ein solches Rösten oder Vorwärmen verbraucht nicht nur Zeit, sondern belässt auch den
Grossteil der Feuchte in der Matte, deren Plastifizierungswirkungen dadurch in der Hochdruckphase des Pressvorganges geopfert werden müssen. Übermässige Feuchtigkeitsverluste führen zu einer Bildung von weichen faserigen Oberflächen am Produkt.
Bei dem bekannten Verfahren werden die Mattenoberflächen mit zusätzlichen Mengen von Wasser besprüht, bevor man sie zwischen den Pressplatten presst. Dieses Verfahren ist teuer und erfordert im allgemeinen einen übermässigen Zeit-Druck-Zyklus, um die Feuchtigkeit ohne Zerstörung der Plattenoberfläche freizugeben.
Neben den im vorstehenden aufgezeichneten Oberflächeneigenschaften besteht ein wachsender Bedarf für Hartplatten mit hohem Widerstand gegen Ausdehnung, insbesondere Längsausdehnung infolge Feuchtigkeitsabsorption. Diese beiden Erfordernisse können durch die bisher bekannten Verfahren nicht erfüllt werden.
Zur Überwindung der Nachteile des Standes der Technik ist es ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Verdichtung von Holzfaserteilchen zu einer Platte mit glatten, harten, feinstrukturierten Oberflächen auf beiden Seiten und hohem Widerstand gegen Ausdehung infolge Feuchtigkeitsabsorption vorzuschlagen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Verfestigung von schwach feuchten Matten aus Holzfaserteilchen zu einer dichte, glatte Oberflächen aufweisenden Platte durch einen verbesserten Wärme-Druck-Zyklus mit grösserer Wirtschaftlichkeit und schnellerer Durchführbarkeit als bei den bisher bekannten Verfahren zur Verfestigung solcher schwach feuchten Matten.
Weiter richtet sich die Erfindung auf die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Hartplatten durch geregelte Aufbringung von Wärme und Änderung des Druckes auf leicht feuchte Matten aus Holzfasern zur Herstellung einer Platte mit glatten, harten, blasenfreien Oberflächen auf beiden Seiten und verbesserter Abmessungsstabilität.
Die Erfindung umfasst in breitem Umfange ein Verfahren zur Herstellung einer Platte und ist dadurch gekennzeichnet, dass Faserteilchen od. dgl., vorzugsweise Holzfasern, in eine kompakte Matte geformt werden, die zirka 6-16% Wasser und zirka 0, 5-zirka 10% eines Harzbindemittels enthält, wobei die
Prozentsätze auf dem Trockengewicht der Teilchen basieren, dass die Matte zwischen ein Paar Pressplatten mit glatter, ungelochter Oberfläche eingelegt wird, dass die Flächen der Matte einer Temperatur von zirka
190 bis zirka 275 C und einem Anfangshochdruck, der oberhalb des Druckes des gesättigten Dampfes bei der Betriebstemperatur und im Bereich von zirka 40 kg/cm bis zirka 85 kg/cm liegt, ausgesetzt werden, der Hochdruck auf die Matte aufrechterhalten bleibt, bis die Matte auf die gewünschte Dichte zusammen- gepresst ist,
der Hochdruck verhältnismässig schnell auf einen Zwischendruck vermindert wird, der wesent- lich unterhalb des Druckes des gesättigten Dampfes bei der Betriebstemperatur, jedoch nicht unter
7 kgfcm2 liegt, um den Austritt des Dampfes aus der Matte mit hörbarem Zischen zu ermöglichen, der
Zwischendruck aufrechterhalten wird, bis das Zischen im wesentlichen aufhört, und anschliessend der auf die Matte aufgebrachte Druck auf Null reduziert wird, so dass eine Platte entsteht, die sich durch hohe Festigkeit, hohe Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeitsabsorption auszeichnet und harte, glatte, abriebfeste Oberflächen aufweist, die durch den austretenden Dampf praktisch nicht beschädigt sind.
Die Erfindung, die bis jetzt allgemein beschrieben wurde, soll im folgenden unter Bezugnahme auf besondere Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Kunstplatten der beschriebenen Art wurden bis jetzt allgemein aus verfestigten Holzteilchen, jedoch auch aus andern Holzfaserprodukten hergestellt.
Zur Vereinfachung soll die Erfindung jedoch insbesondere im Zusammenhang mit Holzfaserteilchen beschrieben werden. Solche Holzfaserteilchen werden aus Holz verschiedenster Art, z. B. von Kiefernarten, wie Kiefer, Zeder, Douglasfichte, Hemlock usw. wie auch von Hickory, Eiche, Buche, Birke und Pappel hergestellt. Vorzugsweise werden die Holzteilchen auf die absolute Faser und auf geöffnete Aggregate absoluter Fasern reduziert, die nach dem Umbilden in einen Filz gute gegenseitige Versperrung aufweisen.
Bei der Herstellung von Holzfasern laufen die Stämme durch eine übliche Hackmaschine, wie dies in der Holzfaserindustrie bekannt ist. Die Schnitzel werden gespeichert und vom Schnitzelsilo einem üblichen Dampfkocher, beispielsweise einem kontinuierlich arbeitenden Grenco-Kocher, zugeführt. Gegebenenfalls kann man auch andere übliche oder schnell arbeitende Aufbereitungsvorrichtungen zum Kochen verwenden. In der Kochvorrichtung werden die Holzschnitzel unter Druck in bekannter Weise solange mit Dampf versetzt, dass sie erweichen.
Von der Kochvorrichtung werden die heissen, erweichten Schnitzel in einen üblichen Zerfaserer, beispielsweise einen Bauer-Zerfaserer, zur weiteren Zerkleinerung der Fasern überführt. Dieser Zerfaserer enthält vorzugsweise ein Paar von entgegengesetzt umlaufenden Schleifscheiben, die einander mit geringem Abstand gegenüberliegen und die erweichten Schnitzel in Teilchen zermahlen, die im wesentlichen bereits aus absoluten Fasern und geöffneten Aggregaten solcher Fasern bestehen, d. h. lockere Ansammlungen weniger Einzelfasern darstellen.
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Die Fasern werden vom Zerfaserer durch Warmluft und/oder heisse Verbrennungsgase weggeführt und dabei auf einen Feuchtigkeitsgehalt von zirka 6 bis zirka 16% und vorzugsweise von zirka 8 bis zirka
12% getrocknet. Bevor die Fasern in eine Matte vertast werden, werden sie gewünschtenfalls im Luft- strom getrennt und/oder klassiert und/oder mit Harzbindemittel gemischt usw. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform des Verfahrens werden die Fasern Zyklonen zugeführt, wo ein gewünschtes Mass an
Luft entfernt wird. Von den Zyklonen werden die halbtrockenen Fasern einer Klassiervorrichtung zur
Trennung in feine und grobe Faserkomponenten aufgegeben. Die feinen und groben Komponenten werden dann zu getrennten Mischvorrichtungen geführt und mit dem Harzbindemittel gemischt.
Die feinen Fasern, die schliesslich die äussere Schicht oder die äusseren Schichten der Harzplatte bilden, können einen höheren Prozentsatz an Harz aufnehmen als die groben Fasern, die die inneren Schichten bilden.
Darüber hinaus kann man in jeder Mischvorrichtung verschiedene Arten von Harzen und verschiedene
Harz-Wasser-Verhältnisse wählen. Wenn ein gleichmässiger Harzgehalt in der Matte erwünscht ist, kann man die Mischvorrichtungen auch weglassen und das Harz in dem Zerfaserer gleichzeitig mit der Zer- faserung mischen. Vorzugsweise liegt der Harzgehalt der Fasern im Bereich von zirka 0, 5 bis zirka 10%.
Zusätzlich kann man ein wasserabweisendes Mittel, beispielsweise Wachs, in Mengen von zirka 0, 5 bis zirka 4%, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern, hinzufügen. Vorzugsweise wird das Wachs im
Bereich von zirka 1 bis 3, 5% zugegeben.
Die mit dem Harzbindemittel und dem wasserabstossenden Mittel im gewünschten Verhältnis gemischten
Fasern werden auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt getrocknet, in feine und grobe Komponenten klassiert und dann mit Luft einem Verfilzer zugeführt. Bei einem typischen Verfilzungsvorgang werden die klassierten Fasern nach unten auf ein sich bewegendes durchlässiges Band geblasen, so dass eine mehrschichtige Matte entsteht, in der die groben Fasern die Mittelschichten und die feinen Fasern eine oder beide Aussenschichten bilden. Gegebenenfalls kann man auch eine einschichtige Masse in der Filzvorrichtung herstellen, wobei keine Klassierung der Fasern vor der Verfilzung erforderlich ist.
Die verfilzte Matte wird vorerst auf einen sich im wesentlichen selbsttragenden Zustand zusammengepresst und kann dann endgültig ausgehärtet werden, wobei die Matte auf die Enddicke zusammengepresst und das Bindemittel ausgehärtet wird.
Im wesentlichen liegt der Durchschnittsfeuchtigkeitsgehalt der Matte bei der endgültigen Aushärtung im Bereich von zirka 6 bis zirka 16% des Trockengewichtes der Fasern und vorzugsweise zwischen zirka 8 und zirka 12% des Trockengewichtes der Fasern. Wenn der durchschnittliche Feuchtigkeitsgehalt zu niedrig ist, entsteht bei dem Pressvorgang gemäss der vorliegenden Erfindung eine weiche, faserige Oberfläche der Platte. Wenn der durchschnittliche Feuchtigkeitsgehalt zu hoch ist, dann entstehen beim Pressvorgang gemäss der vorliegenden Erfindung, Blasen und Flussmarkierungen auf der Plattenoberfläche.
Ferner weist die Matte einen Harzgehalt von zirka 0, 5 bis 10% und einen Wachsgehalt von zirka 0, 5 bis zirka 4% des trocknenen Fasergewichtes auf.
Diese derart hergestellte Matte wird zwischen ein Paar Pressplatten mit glatter, ungelochter Oberfläche eingelegt, die selbst wieder in einer normalen hydraulischen Presse sitzen. Während des gesamten Pressvorganges sind die Kanten der Matte der Atmosphäre ausgesetzt. Während des Pressvorganges werden die Pressplatten auf eine Temperatur von zirka 190 bis zirka 275 C und vorzugsweise von zirka 205 bis zirka 260 C erwärmt. Die Druckplatten werden durch Dampf, elektrische Heizvorrichtungen oder andere geeignete Heizvorrichtungen erwärmt. Selbstverständlich werden die Druckplatten auf niedriger Temperatur gehalten, wenn sie zwischen die heissen Platten der Presse eingesetzt werden, erhitzen sich aber durch diese Platten sehr rasch auf die Betriebstemperatur.
Die Presse wird, so rasch es ihre mechanischen Eigenschaften erlauben, geschlossen, um einen anfänglichen Hochdruck auf beide Flächen der Matte zwischen den Druckplatten aufzubringen. Die Zeit, die für die Erreichung eines solchen Hochdruckes erforderlich ist, hängt von den Eigenschaften der besonderen verwendeten Presse ab, beträgt jedoch im allgemeinen 20 sec oder weniger. Gleichzeitig wird Wärme auf die Matte über die Druckplatte übertragen.
Die wie oben beschrieben rasche Aufbringung von anfänglichem Hochdruck auf beide Flächen der Matten, während die Matte noch im wesentlichen ihren gesamten Feuchtigkeitsgehalt enthält, ermöglicht die Herstellung von Platten mit glatten, harten, feinstrukturierten, nichtfaserigen Oberflächen auf beiden Seiten. Die Grösse des Druckes muss innerhalb eines Bereiches liegen, welcher bei den verwendeten besonderen Temperaturen die gewünschten Oberflächeneigenschaften auf die fertige Platte überträgt und die Matte auf eine gewünschte Dichte zusammenpresst, ohne dass eine Platte mit Blasen oder anderweitig gestörten Oberflächen entsteht.
Der anfängliche Hochdruck muss so lange aufrechterhalten werden, dass die Matte auf die gewünschte Dichte zusammengepresst wird, die der Dichte der fertigen Platte im wesentlichen entspricht, aber gewöhnlich etwas grösser ist als diese Enddichte, wie später noch näher erläutert werden wird. Wird der Druck zu lange aufrechterhalten, dann wird nicht nur die Dichte der Platte zu hoch, sondern es ergeben sich auch Blasen u. a. Störungen auf der Oberfläche der Platte.
Abhängig von der Dichte und gewünschten Dicke der zu erzeugenden Platte liegt der anfängliche Hochdruck vorzugsweise im Bereich von zirka 42 bis zirka 84 kg/cm2 für eine Zeitdauer von 1 bis zirka 45 sec bei einer Druckplattentemperatur von zirka 190 bis zirka 2750 C. Bei allen angegebenenen Drucken handelt es sich um Überdruck. Vorzugsweise Bereiche liegen zwischen 52 und zirka 70 kg/cm2 für eine Zeit von zirka 5 bis zirka 20 sec bei einer Druckplattentemperatur von zirka 205 bis zirka 260 C. Inner-
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halb der angegebenen Bereiche sollten die Anfangshochdrucke etwas höher sein als der gesättigte Dampf- druck bei der besonderen verwendeten Temperatur, um einen merklichen Austritt von Dampf während der Hochdruckstufe zu verhindern.
Die Auswahl der besonderen Temperatur, des Druckes und der Zeit innerhalb der gegebenen Bereiche hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Wenn beispielsweise die Stärke der herzustellenden Platte zu- nimmt, muss auch die Zeit der Aufbringung des Druckes vergrössert werden, um eine entsprechend dichte
Platte zu erzielen. Um eine Platte mit gegebener Dichte und Dicke zu erreichen, wird ein vergleichsweise hoher Druck für eine verhältnismässig kurze Zeit aufgebracht. Wenn fortschreitend niedere Drucke ver- wendet werden, steigert sich entsprechend die Aufbringzeit. Im allgemeinen verwendet man vergleichs- weise hohe Drucke für verhältnismässig kurze Zeiten statt niedrige Drucke für längere Zeiträume.
Es ergibt sich, dass viele mögliche Kombinationen von Drucken, Temperaturen und Zeiträumen innerhalb der angegebenen Bereiche je nach den zu erreichenden Zielen möglich sind.
Es war bereits bekannt, dass die Aufbringung von Hochdruck in Anwesenheit von Wärme auf eine schwach feuchte Platte die Oberflächeneigenschaften der fertigen Platte verbessert, jedoch bildet der Aus- tritt der Feuchtigkeit aus dem Raum innerhalb der Matte nach dem Aufbringen von Hochdruck derart, dass Blasen u. a. Zerstörungen der Plattenoberfläche entstehen, ein Problem, das bis jetzt noch nicht zufriedenstellend gelöst ist.
Somit liefert die Erfindung nicht nur hinsichtlich der anfänglichen Hochdruck- stufe, sondern insbesondere in einem verbesserten, vollständigen Zeit-Druck-Temperatur-Zyklus, welcher zusätzliche Stufen zur Beendigung des Druckvorganges und zur Erzielung einer gesteuerten Beseitigung der Feuchtigkeit innerhalb der Matte umschliesst, ein Verfahren zur raschen Erzeugung von Platten, welche nicht nur ausgezeichnete Oberflächeneigenschaften, sondern auch ausgezeichnete Festigkeits- eigenschaften und hohe Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeitsabsorption und Ausdehnung infolge
Feuchtigkeitsabsorption aufweisen.
Nachdem die Matte die gewünschte Dichte erreicht hat, wird der anfängliche Hochdruck verhältnismässig schnell auf einen Zwischendruck vermindert, der innerhalb eines später noch zu erläuternden Bereiches liegt, um einen gesteuerten Austritt des Grossteiles der Feuchtigkeit innerhalb der Matte in Dampfform zu erreichen. Diese Reduktion erfolgt im Zeitraum von zirka 2 bis zirka 30 sec abhängig von der Dicke der herzustellenden Platte. Der Zwischendruck muss unterhalb des Dampfdruckes innerhalb der Matte bei der besonderen Betriebstemperatur sein, damit der Dampf mit hörbarem Zischen aus der Matte austreten kann. Der Zwischendruck darf jedoch nicht zu niedrig sein, damit der Dampf nicht zu schnell austritt, weil sonst eine Zerstörung der Oberfläche der verfestigten Matte die Folge ist.
Es hat sich herausgestellt, dass der minimale Zwischendruck, auf den die Matte zur Erzielung eines ausgezeichneten Produktes gesetzt wird, bei zirka 7 kg/cm liegt. Noch bessere Ergebnisse erzielt man, wenn der Zwischendruck auf über zirka 10 kg/cm beim Arbeiten bei einer Temperatur von zirka 205 C gehalten wird. Beim Pressen einer mehrschichtigen Matte mit feinen Faserflächen ist der minimale Zwischendruck jedoch vorzugsweise etwas höher als beim Pressen einer einschichtigen Matte und liegt bei höheren Betriebstemperaturen höher als bei niedrigen Betriebstemperaturen.
Der Zwischendruck wird so lange aufrechterhalten, bis der meiste Dampf ausgetreten ist und das Zischen im wesentlichen aufgehört hat. Es ist sehr wichtig, dass die Matte so lange nicht freigegeben wird, bis der meiste Dampf ausgetreten ist, was sich durch das Aufhören des Zischens anzeigt. Eine Freigabe oder ein vorzeitiges Ablassen des Druckes auf unter zirka 7 kg/cm verursacht nicht nur eine Oberflächenzerstörung, sondern vermindert auch die Festigkeit und Widerstandsfähigkeit des Endproduktes gegen Feuchtigkeitsabsorption. Vorzugsweise wird der Zwischendruck für die Dauer von 30 bis 300 sec bei der Herstellung von 32 mm-Hartplatten und 30-420 sec bei der Herstellung von 95 mm-Hartplatten gehalten. Nach dem Aufhören des Zischens wird der Druck auf Null reduziert.
Die Herabsetzung des Zwischendruckes auf den Wert Null muss ausreichend langsam erfolgen, um eine Blasenbildung oder andere Störungen der Oberfläche der fertigen Platte durch übermässig raschen Austritt des Restdampfes aus der Matte zu verhindern. Normalerweise verbleibt jedoch ohnehin nach dem Aufhören des Zischens nur wenig Dampf in der Matte, so dass die Reduktion des Zwischendruckes auf den Wert Null mit verhältnismässig rascher Geschwindigkeit vor sich gehen kann.
Im allgemeinen ist die oberste Grenze des Zwischendruckes auf die Matte der höchste Druck, bei der Dampf aus der Matte mit hörbarem Zischen austritt. Dieses Zischen erfolgt, wenn der Druck auf die Matte ausreichend unterhalb des Dampfdruckes innerhalb der Matte liegt, so dass der austretende Dampf den Strömungswiderstand, der ihm durch die Fasern innerhalb der Matte entgegengesetzt wird, und den auf die Matte durch die Druckplatten von aussen her ausgeübten Druck zu überwiden vermag. Nimmt man an, dass während der Zwischendruckstufe alle Teile der Matte auf einer Temperatur sind, die im wesentlichen gleich der Temperatur der Heizplatten ist, dann ist der Dampfdruck innerhalb der Matte theoretisch der Druck des gesättigten Dampfes, der der Plattentemperatur entspricht.
Es kann jedoch sein, dass einige Teile der Matte während der Zwischendruckstufe kühler als die Platten sind und dadurch der eigentliche Dampfdruck in der Matte niedriger liegt als der theoretische Sättigungsdruck bei der Plattentemperatur.
Zur Erzielung einwandfreier Ergebnisse sollte der Zwischendruck wesentlich geringer als der theoretische Druck des gesättigten Dampfes bei der Arbeitstemperatur der Platten sein, um den Austritt des Dampfes mit hörbarem Zischen zu ermöglichen. Vorzugsweise beträgt der Druckunterschied zwischen
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dem Druck des gesättigten Dampfes und dem Zwischendruck auf die Matte wenigstens 7 kgfcm2 und ist bei höheren Betriebstemperaturen sogar höher, wo der Druck des gesättigten Dampfes sehr hoch liegt und beispielsweise bei zirka 270 C annähernd 56 kgfcm2 beträgt. Die besten Ergebnisse erhält man, wenn der Zwischendruck unter zirka 35 kgfcm2 und bei höheren Temperaturen bis zu zirka 21 kg/cm" unter dem Druck des gesättigten Dampfes liegt.
Ein Grund dafür, warum ein höherer Druckunterschied zwischen dem Druck des gesättigten Dampfes bei der Betriebstemperatur und dem Zwischendruck auf die Matte bei höheren Temperaturen vorzuziehen ist, liegt darin, dass ein zu hoher Zwischendruck auf die Matte zu einer Platte mit unerwünscht hoher Dichte führt. Im allgemeinen ist die höchste Dichte, auf die die Matte zusammengepresst wird, am Ende der Anfangshochdruckstufe vorhanden und ist etwas höher als die Enddichte der Platte, da die Matte beim Nachlassen des Druckes infolge der Elastizität sich ausdehnt. Wenn jedoch der Anfangshochdruck für verhältnismässig kurze Zeit aufgebracht wird und der Zwischendruck verhältnismässig hoch ist, dann kann die höchste Dichte der Matte am Ende der Zwischendruckstufe erreicht werden. Wenn der Zwischendruck zu hoch ist, folgt daraus, dass die Dichte zu gross wird.
Bei hohen Temperaturen ist der Dampfdruck innerhalb der Matte sehr hoch. Wenn der Zwischendruck diese hohen Dampfdrucke erreicht und für längere Zeit aufrechterhalten wird, dann wird die Dichte der Matte merklich gesteigert. Zur Verminderung solcher Dichtesteigerungen bei hohen Arbeitstemperaturen wählt man das Druckdifferential zwischen dem Druck des gesättigten Dampfes bei diesen Temperaturen und den Zwischendruck auf der Matte vergleichsweise gross.
Aus den vorhergehenden Gründen liegt der bevorzugte Zwischendruckbereich von minimal zirka
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zu ermöglichen.
Für eine gegebene Betriebstemperatur ist die Grösse und Dauer sowohl des Anfangshochdruckes als auch des Zwischenhochdruckes derart zu wählen, dass die fertige Platte die gewünschte Dichte aufweist. Da die Anwesenheit von Wasser in der Matte die Herstellung besserer Oberflächen ermöglicht, sollte der Anfangshochdruck so rasch als möglich und so hoch als möglich aufgebracht werden und solange als möglich unter Herstellung blasenfreie Platten der gewünschten Dichte aufrechterhalten werden. Die Matte sollte auf eine Dichte zusammengepresst werden, die annähernd der Dichte der fertigen Platte entspricht und vorzugsweise etwas höher als diese Enddichte während der Anfangshochdruckstufe ist.
Die gemäss dem vorliegenden Verfahren hergestellten Platten besitzen feinstrukturierte, nichtfaserige Oberflächen, die hart, glatt, abriebfest und frei von Blasen, Strömungsmarkierungen u. a. Schäden sind. Die Festigkeit solcher Platten ist gross und sogar grösser als bei nach dem üblichen Verfahren hergestellten Platten. Darüber hinaus lassen sich durch das erfindungsgemässe Verfahren Platten mit extrem hoher Widerstandsfähigkeit gegen Ausdehnung und insbesondere Längsausdehnung infolge Feuchtigkeitsabsorption herstellen. Andere und wichtige Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens liegen in der Geschwindigkeit des Pressvorganges, so dass sich hohe Produktionsgeschwindigkeiten ergeben.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Platten mit einem spezifischen Gewicht von zirka 0, 8 bis zirka 1, 2. Jedoch lassen sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren auch Platten mit grösserer oder kleinerer Dichte herstellen.
Einige Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus den folgenden Beispielen.
Beispiele :
Zeit-Druck-Zyklus sec/Druck in kg/cm2
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<tb>
<tb> Beispiel <SEP> Anzahl <SEP> der <SEP> Gesamte <SEP> Druckzeit <SEP> Zeit/Anfangshochdruck
<tb> Nr. <SEP> gepruften <SEP> Platten <SEP> in <SEP> min. <SEP> sec/kg/cm <SEP> Zeit/Zwischendruck <SEP> sec/kg/cm <SEP>
<tb> 1 <SEP> 10 <SEP> 2 <SEP> 10/63 <SEP> 40/14 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 13 <SEP> 2 <SEP> 10/63 <SEP> 40/28
<tb> 3 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 10/56 <SEP> 40/14
<tb> 4 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 10/60 <SEP> 40/17
<tb> 5 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 10/53 <SEP> 40/10
<tb> 6 <SEP> 4 <SEP> 2 <SEP> 10/49 <SEP> 40/14
<tb> 7 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 10/63 <SEP> 80-100/14
<tb> 8 <SEP> 6 <SEP> 3 <SEP> 10/56 <SEP> 60/14 <SEP> Freigabe <SEP> 10/56
<tb> 9 <SEP> 6 <SEP> 2 <SEP> 10/60 <SEP> 40/14
<tb> 10 <SEP> 6 <SEP> 2 <SEP> 10/53 <SEP> 30/14 <SEP> Freigabe <SEP> 5/53
<tb> 11 <SEP> 9 <SEP> 2 <SEP> 10/60 <SEP> 40/14
<tb> 12 <SEP> 4 <SEP>
2 <SEP> 10/60 <SEP> 30/14 <SEP> Freigabe <SEP> 5/56
<tb> 13 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 7-30/53 <SEP> Ausgleich/7 <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb> Beispiel <SEP> Anzahl <SEP> der <SEP> Gesamte <SEP> Druckzeit <SEP> Zeit/Anfangshochdruck
<tb> Nr. <SEP> geprüften <SEP> Platten <SEP> in <SEP> min.
<SEP> see/kg/cm2 <SEP> Zeit/Zwischendruck <SEP> sec/kg/cm2
<tb> 14 <SEP> 11 <SEP> 5 <SEP> 5-10/60 <SEP> Freigabe <SEP> 7-15/70 <SEP> Ausgleich/7
<tb> 15 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5-10/53 <SEP> Ausgleich/7
<tb> 16 <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> 5-10/60 <SEP> Freigabe <SEP> 5/70 <SEP> Ausgleich/7
<tb> 17 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 7/49-70/7
<tb> 18 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 4/49-70 <SEP> Freigabe <SEP> 5/70 <SEP> Ausgleich/7
<tb> 19 <SEP> 4 <SEP> 2 <SEP> 10/53 <SEP> 30/14 <SEP> Freigabe <SEP> 5/53
<tb> 20 <SEP> 5 <SEP> 2 <SEP> 10/53 <SEP> 30/14 <SEP> 1/3, <SEP> 5 <SEP> 5/49
<tb> 21 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 10/63 <SEP> 40/14
<tb> 22 <SEP> 3 <SEP> 1 <SEP> 10/63 <SEP> 40/16
<tb> Feuchtigkeitsgehalt <SEP> der <SEP> Fasern <SEP> Eigenschaften <SEP> bei <SEP> 1, <SEP> 00 <SEP> spez. <SEP> Gew.
<tb>
Beispiel <SEP> Grob <SEP> Fein <SEP> Bruch <SEP> Wasserabsorp- <SEP> Quellung <SEP> Längsdehnung
<tb> Nr. <SEP> % <SEP> % <SEP> kg/cm2 <SEP> tion <SEP> % <SEP> % <SEP> %
<tb> 1 <SEP> 8, <SEP> 6 <SEP> 10, <SEP> 5 <SEP> 435 <SEP> 22 <SEP> 14 <SEP> 0, <SEP> 39 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 8, <SEP> 2 <SEP> 11, <SEP> 7 <SEP> 414 <SEP> 22 <SEP> 14 <SEP> 0, <SEP> 34 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 7, <SEP> 9 <SEP> 12, <SEP> 9 <SEP> 455 <SEP> 19 <SEP> 12 <SEP> 0, <SEP> 42 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 9, <SEP> 4 <SEP> 10, <SEP> 6 <SEP> 435 <SEP> 21 <SEP> 13 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 8, <SEP> 7 <SEP> 10, <SEP> 6 <SEP> 532 <SEP> 17 <SEP> 11 <SEP> 0, <SEP> 33 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 8, <SEP> 6 <SEP> 10, <SEP> 3 <SEP> 532 <SEP> 17 <SEP> 11 <SEP> 0, <SEP> 32 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 8, <SEP> 7 <SEP> 10, <SEP> 0 <SEP> 350 <SEP> 21 <SEP> 10 <SEP> 0, <SEP> 34 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 7, <SEP> 8 <SEP> 10,
<SEP> 3 <SEP> 378 <SEP> 23 <SEP> 14 <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP>
<tb> 9 <SEP> 7, <SEP> 7 <SEP> 8, <SEP> 7 <SEP> 435 <SEP> 25 <SEP> 13 <SEP> 0, <SEP> 46 <SEP>
<tb> 10 <SEP> 8, <SEP> 2 <SEP> 9, <SEP> 4 <SEP> 414 <SEP> I <SEP> 28 <SEP> 16 <SEP> 0, <SEP> 53 <SEP>
<tb> 11 <SEP> 8, <SEP> 3 <SEP> 9, <SEP> 8 <SEP> 435 <SEP> 22 <SEP> 12 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP>
<tb> 12 <SEP> 11, <SEP> 0 <SEP> 13, <SEP> 0 <SEP> 441 <SEP> 25 <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP>
<tb> 13 <SEP> 12-470 <SEP> 19 <SEP> 10 <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP>
<tb> 14 <SEP> 11-350 <SEP> 23 <SEP> 14 <SEP> 0, <SEP> 57 <SEP>
<tb> 15 <SEP> 11-414 <SEP> 31 <SEP> 12 <SEP> 0, <SEP> 47 <SEP>
<tb> 16 <SEP> 12-378 <SEP> 35 <SEP> 16 <SEP> 0, <SEP> 54 <SEP>
<tb> 17 <SEP> 13-448 <SEP> 38 <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 56 <SEP>
<tb> 18 <SEP> 12-385 <SEP> 44 <SEP> is <SEP> 0, <SEP> 69 <SEP>
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In der Zusammenstellung der Beispiele sind der Pressvorgang für jedes Beispiel in der ersten Tabelle und der Faserfeuchtigkeitsgehalt sowie die Eigenschaften der fertigen Platte für jedes Beispiel in der zweiten Tabelle angegeben.
Für jedes Beispiel wurden verschiedene Versuchsplatten in einem einzigen Zug aus Holzfasern mit 45% Hickory, 45% Eiche und 10% andern Hartholzarten hergestellt. Jede Platte des entsprechenden Beispieles bestand aus einer Matte mit 2, 5% Harzbindemittel mit Ausnahme der Beispiele 1, 2,21 und 22, bei denen jeweils 1, 5% Harzbindemittel Verwendung fanden. Die Matten, aus denen die einzelnen Platten hergestellt waren, enthielten 2, 5% Wachs mit Ausnahme der Beispiele 15-18 einschliesslich, bei denen nur ein 1% Wachsgehalt vorhanden war. Bei den Platten, bei denen kein Feinfaserfeuchtigkeitsgehalt angegeben ist, handelte es sich um einschichtige Platten. Alle Prozentsätze sind auf das Gewicht der trockenen Faser bezogen.
Die Probeplatten wurden in einer hydraulischen Presse zwischen einem Paar ungelochter Druckplatten auf eine Durchschnittsdicke von zirka 3, 5 mm gepresst. Jede Platte wurde bei einer Temperatur von zirka 2400 C gepresst mit Ausnahme der Beispiele 13-18 einschliesslich, wo die Presstemperatur zirka 210 C betrug. In jedem Fall sind zirka 5-10 sec zum Schliessen der Presse und bis zur Erreichung des Anfangshochdruckes erforderlich. Die Zeit und die Grösse des Anfangshochdruckes ist in der ersten Spalte unter der Überschrift #Zeit-Druck-Zyklus" angegeben. Weitere 2-15 sec sind erforderlich, um
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den Anfangshochdruck auf den Zwischendruck zu vermindern.
Zeit und Grösse des Zwischendruckes sind in der zweiten Spalte unter der Überschrift "Zeit-Druck-Zyklus" angegeben. Diejenigen Beispiele, bei denen lediglich zwei Spalten der Überschrift "Zeit-Druck-Zyklus" erscheinen, sind nach dem er- findungsgemässen Verfahren gepresst. Bei diesen Beispielen wurde die restliche Zeit in diesem Bearbei- tungszyklus dazu verwendet, um den Druck am Ende des Zyklus auf Null zu reduzieren. Diejenigen
Beispiele, für die vier Spalten unter dieser Überschrift erscheinen, sind nach einem Vierstufenverfahren gemäss dem Stand der Technik gepresst.
Es wurden von den verschiedensten Teilen der Platten kleine Proben entnommen und untersucht.
Die Untersuchungsergebnisse für jede Probe basieren auf Durchschnittsergebnissen der Versuche an verschiedenen kleinen Proben für die verschiedenen Platten.
Da die Eigenschaften von Hartfaserplatten od. dgl. sehr stark von sehr vielen Faktoren abhängen, beispielsweise Änderungen in der Holzqualität und den Umgebungsbedingungen zur Zeit der Herstellung, sind die Beispiele in Paaren zum Vergleich wiedergegeben. Jedes ungerade Beispiel und das unmittelbar danachfolgende gerade Beispiel bilden ein Versuchspaar, beispielsweise also die Beispiele 1 und 2,3 und 4,
5 und 6 usw. Jedes Paar wurde aus dem gleichen Plattenvorrat ausgewählt und zur gleichen Zeit und unter den gleichen Bedingungen untersucht. Obwohl ein Vergleich zwischen allen Beispielen nicht möglich ist, erfolgte ein sehr genauer Vergleich der Haupteigenschaften hinsichtlich der Platten vom gleichen Beispielpaar.
Durch Vergleich der Beispiele 1 und 2,3 und 4,5 und 6 und 21 und 22 erkennt man, dass Platten von guter Qualität durch die verschiedenen Pressvorgänge und insbesondere durch Anwendung verschiedener Zwischendrucke innerhalb der angegebenen Grenzen erzielbar sind.
In den Beispielen 8,10, 12,19 und 20 sind die Probeplatten in die Atmosphäre entlüftet oder im Falle des Beispieles 20 auf einen Druck reduziert worden, der wesentlich niedriger als 7 kgfcm2 war, nachdem der Zwischendruck eine bestimmte Zeit aufrechterhalten wurde. Es ergab sich dabei ein wesentlicher Restgehalt an Feuchtigkeit in der Matte. Nach dieser Reduktion wurde der Druck erneut kurzzeitig auf einen hohen Wert gesteigert. Ein solcher kurzzeitiger Anstieg der Drucke auf einen hohen Wert am Ende des Pressvorganges ist bei den bekannten Verfahren allgemein üblich, hat sich jedoch beim erfindunggemässen Verfahren als überflüssig erwiesen.
Durch Vergleich der Beispiele 7 und 8,9 und 10 und 11 und 12 erkennt man, dass das Entlüften während der Zwischendruckstufe in jedem Fall zu einer Zunahme der Wasserabsorption und der Ausdehnung sowohl in der Dicke als auch in der Länge infolge der Wasserabsorption führt. Durch Vergleich der Beispiele 13, und 14,15 und 16 und 17 und 18 erkennt man, dass das Entlüften der Matte unmittelbar nach Aufbringen des Anfangshochdruckes zu einem Verlust an Festigkeit, gesteigerter Feuchtigkeitsabsorption und gesteigerter Längenausdehnung infolge Feuchtigkeitsabsorption führt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beispiele 15-18 einschliesslich Platten wiedergeben, die nur 1% Wachs enthalten, was für die höhere Wasserabsorption gegenüber den Platten verantwortlich ist, die 2, 5% Wachs aufweisen.
Die Platten nach den Beispielen 1 bis 7,9, 11,13, 15,17, 21 und 22 sind durch feinstrukturierte Oberflächen gekennzeichnet, die glatt, hart und abriebfest sind, sowie keine Blasen, Strömungsmarkierungen oder andere Schädigungen aufweisen. Die Oberflächeneigenschaften der Platte nach den Beispielen 8, 10,12, 14,16 und 18 bis 20 sind gleichmässig geringer als diejenigen der andern Beispiele.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die wiedergegebenen Beispiele beschränkt. Innerhalb des durch die Patentansprüche gegebenen Rahmens können entsprechende Änderungen vorgenommen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Hartfaserplatten, dadurch gekennzeichnet, dass Faserteilchen od. dgl., vorzugsweise Holzfasern, in eine kompakte Matte geformt werden, die zirka 6-16% Wasser und zirka 0, 5 bis zirka 10% eines Harzbindemittels enthält, wobei die Prozentsätze auf dem Trockengewicht der
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Oberfläche einge-fangshochdruck, der oberhalb des Druckes des gesättigten Dampfes bei der Betriebstemperatur und im Bereich von zirka 40 kgfcm2 bis zirka 85 kgfcm2 liegt, ausgesetzt werden, der Hochdruck auf die Matte aufrechterhalten bleibt, bis die Matte auf die gewünschte Dichte zusammengepresst ist, der Hochdruck verhältnismässig schnell auf einen Zwischendruck vermindert wird,
der wesentlich unterhalb des Druckes des gesättigten Dampfes bei der Betriebstemperatur, jedoch nicht unter 7 kgfcm2 liegt, um den Austritt des Dampfes aus der Matte mit hörbarem Zischen zu ermöglichen, der Zwischendruck aufrechterhalten wird, bis das Zischen im wesentlichen aufhört, und anschliessend der auf die Matte aufgebrachte Druck auf Null reduziert wird, so dass eine Platte entsteht, die sich durch hohe Festigkeit, hohe Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeitsabsorption auszeichnet und harte, glatte, abriebfeste Oberflächen aufweist, die durch den austretenden Dampf praktisch nicht beschädigt sind.