FI108880B

FI108880B - Menetelmä puutavaran lämpökäsittelemiseksi

Info

Publication number: FI108880B
Application number: FI974468A
Authority: FI
Inventors: Tero Lallukka
Original assignee: Stellac Oy
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 2002-04-15
Also published as: DE69801036D1; FI974468A0; EP0922918A1; EP0922918B1; FI974468A; DK0922918T3; ATE202841T1; DE69801036T2

Description

108880

MENETELMÄ PUUTAVARAN LÄMPÖNÄSITTELEMISEKSI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä puutavaran lämpö-käsittelemiseksi.

5 Kansainvälisessä patenttihakemuksessa PCT/FI94/00190 esitetään menetelmä puutavaran bioha-joamiskestävyyden ja mittapysyvyyden parantamiseksi lämpökäsittelyn avulla. Julkaisussa esitetään menetelmä puutavaran kuivaamiseksi korotetussa lämpötilassa.

10 Menetelmässä pyritään huolehtimaan siitä, että tuotteeseen ei syntyisi halkeamia. Tähän julkaisun mukaan päästään sillä, että määritetään jatkuvasti puun sisäosan ja puun ulkopinnan lämpötiloja ja pidetään lämpötilojen erotus jatkuvasti kohtuullisen pienenä. Näin 15 menetellään sekä lämmön nostossa että lämmön laskussa kuivatusprosessissa. Tämän jälkeen julkaisun mukaan puutavaran lämpötila nostetaan nopeasti yli 150 °C, jossa lämpötilassa käsittelyä jatketaan halutun käsit-telytuloksen saavuttamiseen saakka.

20 Esitetyllä menetelmällä saadaan puutavaran tiettyjä ominaisuuksia parannetuksi, mutta on havaittu, että lopputulos ei ole aivan homogeeninen eli puutavara tulee käsitellyksi eri syvyyksiltä jonkin ver-*.·. ran eri tavalla.

25 Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat. Erityisesti keksinnön tarkoitukse-··*; na on tuoda esiin uudenlainen puun lämpökäsittelymene- ···· telmä, jonka avulla puutavarasta saadaan erittäin ta- : ” saista ja hyvälaatuista koko paksuudeltaan.

·' 3 0 Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan vaatimusosaan.

·;··· Lämpökäsittelyä ja puun rakenteen ja sen si- .···. sältämien aineiden muutoksia tarkemmin tutkittaessa on • t nyt yllättäen havaittu, että yhtä olennaista kuin kui- 35 vauksessa on lämpötilan säätö, on myös varsinaisessa lämpökäsittelyssä merkittävää se, millä tavoin puun ....j lämpötila nostetaan lämpökäsittelyn edellyttämään läm- • · 2 108880 potilaan ja millä tavoin se lasketaan. On huomattu, että eri lämpötiloissa puutavara käyttäytyy eri tavoin, sen rakenteissa tapahtuu erilaisia muutoksia eri lämpötiloissa ja sen ainesosissa tapahtuu muutoksia ja 5 kemiallisia reaktioita eri tavalla eri lämpötiloissa j lämpötilan vaikutusajan ollessa yhtä ratkaiseva useil- I le muutoksille kuin lämpötilan korkeus.

Täten keksinnön mukaisessa menetelmässä puu- tavara kuivataan ensiksi sopivaan alle 15 %:n kosteu-10 teen, jonka jälkeen puutavaran lämpötila nostetaan yli lämpökäsittelyrajan ja puutavaraa pidetään käsittelyn edellyttämä aika tarvittavassa lämpötilassa. Lopuksi puutavaran lämpötila lasketaan alle lämpökäsittelyrajan. Lämpökäsittelyrajalla tarkoitetaan sitä lämpöti-15 laa, jonka yläpuolella puutavarassa alkaa tapahtua haluttuja lämpökäsittelymuutoksia. Se on yleensä n. 140-150 °C. Lämpökäsittelyrajan yläpuolella lämpötilaa sekä nostettaessa että laskettaessa puutavaran sisä- ja ulkolämpötilojen välinen ero pidetään määrätyissä ra-20 joissa. Raja on edullisesti 10-30 °C, esimerkiksi n.

20 °C. Keksinnön mukaisesti käsittelyrajan yläpuolella lämmitys- ja jäähdytysvaiheet kestävät yhtä pitkän ajan ja lisäksi sisä- ja ulkolämpötilojen välisen eron itseisarvo pidetään olennaisesti yhtä suurena lämmi- *·’·' 25 tyksen ja jäähdytyksen toisiaan vastaavissa lämpöti- | · j loissa. Tällöin käytännöllisesti katsoen puutavaran jokainen osa on olennaisesti yhtä pitkän ajan samassa ti|j* lämpötilassa eli alttiina samanlaisille kemiallisille ja rakenteellisille puutavaran muutoksille. Näin kek- * 30 sinnön mukaisesti puutavaran lämmitys- ja jäähdytys tehdään likimain identtisiksi eli peilikuvaprosesseik- >j><; si lämpökäsittelyrajan yläpuolella.

* · Tässä puutavaran ulkolämpöt ilalla tarkoitetaan puutavaraa ympäröivän ilman lämpötilaa, joka on 35 olennaisesti sama kuin puutavaran pintalämpötila ja :·· sisälämpötilalla tarkoitetaan puutavaran keskikohdan ‘, lämpötilaa.

» *

» I

• » 3 108880

Eräässä edullisessa keksinnön sovelluksessa puutavaran sekä ulkolämpötilaa että sisälämpötilaa nostetaan ja lasketaan lineaarisesti. Samoin edullisesti lämpötilaero pidetään vakiona olennaisen osan 5 lämpötilan nosto- ja laskuajasta.

Eräässä keksinnön sovelluksessa lämpötilaeroa i muutetaan lämpötilan funktiona. Tällöin lämpötilan ol- I lessa korkea lämpötilaero pidetään pienenä, esimerkik si välillä 5-20°C ja lämpötilan ollessa matalampi eroa 10 voidaan nostaa suuremmaksi esimerkiksi alueelle 20-40°C.

Ennen lämpökäsittelyä puutavara on syytä kuivata joka tapauksessa alle 15 %:n kosteuteen, mutta edullisesti kuivaus tehdään alle 10, jopa alle 5 %:n 15 kosteuteen.

! Lämpökäsittelyrajana, jonka yläpuolella puu tavaraan alkaa syntyä muutoksia lämmön vaikutuksesta, on n. 140-150°C, mutta lämpökäsittelyn yläraja voi vaihdella suurestikin riippuen käsiteltävän puutavaran 20 lajista ja koosta sekä siihen haluttavista muutoksista. Mikäli halutaan lisätä puun lujuutta, pinnan kovuutta, taivutusmurtolujuutta ja taivutuskimmolujuutta, voidaan tapauskohtaisesti maksimilämpötilana pitää , . 150-200 °C. Sen sijaan, jos lämpökäsittelyn pääasial- 25 lisena tarkoituksena on puutavaran lahonkesto-ominaisuuksien parantaminen, puutavaran lämpötila on syytä nostaa välille 200-300 °C. Tavoitteena edellä mainituilla molemmilla lämpötila-alueilla voi olla myös puutavaran kosteuselämisen vähentäminen, veden 30 imeytymisen hidastaminen ja puun värin muuttaminen.

Keksinnön mukaisella menetelmällä on merkit-täviä etuja tunnettuun tekniikkaan verrattuna. Keksinnössä on havaittu puun todellinen käyttäytyminen läm-;* pökäsittelyssä ja keksinnön mukaisella menetelmällä 35 lämpökäsitellystä puusta saadaan erittäin tasalaatuis-*:·: ta ja halutut ominaisuudet koko paksuudeltaan tasai- * » » 4 108880 sesti omaavaa puumateriaalia, mikä ei ole ollut mahdollista tähän saakka tunnetuilla menetelmillä.

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa on 5 esitetty graafisesti keksinnön mukaisen menetelmän prosessivaiheet.

Piirustuksessa on esitetty lämpökäsiteltävän puutavaran ulkolämpötila T0 ja sisälämpötila Ti ajan funktiona.

10 Lämpökäsittelyn alkaessa ajan hetkellä tx puutavara on kuivattu sopivassa lämmössä esim. n. 5 %:n kosteuteen ja se on likimain tasalämpöistä, n. 140 °C. Tällöin ympäröivää ilmaa aletaan voimakkaasti lämmittää, jolloin prosessiin saadaan sen nopeasti käyn-15 nistävä lähtösysäys S. Lämmityksen nosto pysäytetään 180 °C:ssa ajanhetkellä t2 ja jäädään odottamaan sisälämpötilan Ti nousua. Se lähtee tasaisesti nousemaan ja ajanhetkellä t3 sisälämpötilan ja ulkolämpötilan ero ΔΤ on halutussa arvossa n. 20 °C, jolloin ulkoläm-20 pötilan kohottamista jatketaan. Tästä eteenpäin ulkolämpötila T0 ja sisälämpötila Ti nousevat samalla nopeudella niiden välisen lämpötilaeron ΔΤ pysyessä muuttumattomana.

Ajan hetkellä t4 ulkolämpötila saavuttaa ha-'·'·* 25 lutun maksimilämpötilan 250 °C, johon lämmön kohotus lopetetaan ja ulkolämpötila pidetään tässä lämpötilas-sa. Sisälämpötila jatkaa nousuaan saavuttaen ulkoläm-··· pötilan ajanhetkellä t5. Puutavaraa lämpökäsitellään ;’·(ι tässä maksimilämpötilassa 250 °C ajanhetkeen t6, jol- 30 loin ulkolämpötilaa ryhdytään alentamaan. Sisälämpöti la seuraa tietyllä aikaviiveellä ulkolämpötilaa ja ul-I . kolämpötilaa lasketaan tasaisen lineaarisesti siten, | että ulkolämpötilan ja sisälämpötilan välinen lämpöti- ! ·;·’ laero ΔΤ on yhtä suuri kuin lämpötilaa nostettaessa.

··.’*: 35 Lämpötiloja lasketaan tasaisesti lämpökäsittelyrajalle 140 °C saakka, jonka jälkeen puutavara on lämpökäsi-* . telty.

108880 5

Olennaista tässä sovelluksessa on, että lämpötilan nousun ja laskun graafiset esitykset ovat pääosin peilikuvia keskenään eli sisä- ja ulkolämpötilo-jen välisen eron itseisarvo on yhtä suuri lämmityksen 5 ja jäähdytyksen samalla lämpötila-alueella. Esitetyssä sovelluksessa tämä ero on lisäksi vakio suurimman osan aikaa prosessissa. Kun lämmitys- ja jäähdytysjakso kestävät yhtä pitkän ajan, puutavaran jokainen osa on olennaisesti saman ajan samassa lämpötilassa eli vai-10 kutuksena samanlaisille lämpötilan muutoksille.

Edellä esitetyssä sovelluksessa puu on kuivattu ennen lämpökäsittelyä korkeassa yli 100 °C lämpötilassa, jolloin prosessin nopeasti käynnistävä läh-tösysäys S tapahtuu lämpökäsittelynäjän 140 °C yläpuo-15 lella. Sensijaan jos puun lähtölämpötila on suhteellisen alhainen eli selvästi lämpökäsittelynäjän alapuolella, voidaan lähtösysäys ja lämpötilaeron tasoittuminen toteuttaa lämpökäsittelyrajan alapuolella. Tällöin lämpötilan nousun ja laskun graafiset esitykset 20 ovat entistä tarkemmin toisiaan vastaavia peilikuvia.

Edellä keksintöä on selostettu esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen avulla keksinnön eri sovellusten ollessa mahdollisia patenttivaatimusten rajaaman keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

25 * « · » » · »

Claims

6 108880
1. Menetelmä puutavaran lämpökäsittelemisek-si, jossa menetelmässä puutavara kuivataan alle 15 %:n kosteuteen, jonka jälkeen puutavaran lämpötila noste- 5 taan yli lämpökäsittelyrajan, puutavaraa pidetään käsittelyn edellyttämä aika tarvittavassa lämpötilassa ja puutavaran lämpötila lasketaan alle lämpökäsittely-rajan, pitäen samalla puutavaran sisä- ja ulkolämpöti-lojen välinen ero lämpökäsittelyrajan yläpuolella mää-| 10 rätyissä rajoissa lämpötilaa sekä nostettaessa että laskettaessa, tunnettu siitä, että lämpökäsittelyraj an yläpuolella lämmitys- ja jäähdytysvaihe kestävät yhtä pitkän ajan ja sisä- ja ulkolämpötilojen välisen eron itseisarvo pidetään olennaisesti yhtä 15 suurena lämmityksen ja jäähdytyksen toisiaan vastaavissa lämpötiloissa siten, että puutavaran jokainen osa on olennaisesti saman ajan samassa lämpötilassa.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötiloja nostetaan ja 20 lasketaan lineaarisesti.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötilaero pide-tään vakiona olennaisen osan lämpötilan nosto- ja las- , kuajasta. , 25 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mene- I * · telmä, tunnettu siitä, että lämpötilaeroa muu- « · · tetaan lämpötilan funktiona.
5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen ·' ' menetelmä, tunnettu siitä, että puutavara kui- 30 vataan alle 10, edullisesti n. 5 %:n kosteuteen. : 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpökäsittely-. rajana on n. 140 °C. ;>t: 7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen ’;·* 35 menetelmä, tunnettu siitä, että lämpökäsittely.. lyssä puutavaran lämpötila nostetaan välille 150-200 * 7 108880 °C puun lujuuden, pinnan kovuuden, taivutusmurtolujuuden ja taivutuskiirimolujuuden lisäämiseksi.
8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpökäsitte-5 lyssä puutavaran lämpötila nostetaan välille 200-300 °C puun lahonkesto-ominaisuuksien parantamiseksi. i » · • < I I • t * » · i i ( * » 1 * 1 · 1 » 8 108880