專利名稱：低密度取向線條板的制作方法
低密度取向線條板本發(fā)明專利申請是申請?zhí)?2802854.6，申請日2002年8月8日，發(fā)明名稱“低 密度取向線條板”的發(fā)明專利申請的分案申請。本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及低密度取向線條 板和制造低密度取向線條板的新方法。本發(fā)明的背景在二十世紀(jì)70年代后期和前不久出現(xiàn)的取向線條板(orientedstrand board)
(“OSB”)工業(yè)變成了膠合板工業(yè)的主要競爭者。在2000年，OSB已經(jīng)占據(jù)了北美結(jié) 構(gòu)板市場的一半以上。雖然由OSB工業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了許多能力來改進(jìn)它們的產(chǎn)品的性能， 但是幾種OSB性能，如強(qiáng)度-重量比，均勻的密度分布模式，尺寸穩(wěn)定性，仍然無法與 膠合板相比。OSB是從與熱固性樹脂結(jié)合的木條制造并在熱壓機(jī)中在加熱和加壓下一起固 化。典型地，OSB板包括中間芯層和兩個外面層。為了在木配料(furnish)之間形成粘 合鍵，有必要在木材和樹脂之間產(chǎn)生足夠的接觸，并提高溫度來固化該樹脂?，F(xiàn)在，通 常的商業(yè)的壓制操作使用在25-90秒范圍內(nèi)的閉合時間(壓機(jī)壓板閉合(ramp)到最終位 置)。在這些時間中，在OSB的中間層(芯層)中的溫度仍然低于為了軟化木配料和固 化該芯層中樹脂所需要的溫度。附加的時間是讓熱量轉(zhuǎn)移到芯層中以軟化木配料和固化 該樹脂所需要的。因?yàn)檫@一溫度梯度，在接觸到熱的壓機(jī)壓板的該板坯的表面層和底層 中的線條首先比中間層中的那些更軟。當(dāng)該壓力被施加該板坯時，該外面層會更多地壓 縮中間芯層。結(jié)果，商購的OSB典型地具有貫穿垂直方向的“M”形垂直密度分布模 式(在表面和底部中較高，和在芯層中較低)，如現(xiàn)有技術(shù)

圖1和2中所示。圖1是用美國長葉松木材配料制造的商購23/32" OSB的垂直密度分布模式。 雖然該板的平均密度是441b/ft3，但是表面層和底層的密度能夠高達(dá)571b/ft3但芯層僅僅是 371b/ft3。圖2是用山楊制造的另一種商購23/32〃 OSB,平均板密度是351b/ft3。在外 層中的最高密度是451b/ft3和該芯層僅僅是291b/ft3。兩板都在它們的垂直密度分布模式 上顯示出了典型的“M”形狀-在表面和底部具有非常高的密度但在芯層中具有低得多 的密度。現(xiàn)在還沒有已知的技術(shù)可以克服這個問題并生產(chǎn)出具有更平坦的垂直密度分布 模式的0SB。目前，為了固化而產(chǎn)生足夠接觸的唯一途徑是使用明顯更高平均密度以提 高該芯層的密度。另外，當(dāng)這些板暴露于水中時，由于在表面和底層中的高壓縮比，使 得它們具有非常高的厚度溶脹。因?yàn)镺SB工藝過程的慣例的不均勻加熱和樹脂固化性質(zhì)，調(diào)節(jié)水分含量，使得 外表層中的水分含量顯著地高于芯層的水分含量。這可以通過熱傳導(dǎo)促進(jìn)熱量轉(zhuǎn)移到芯 層中。普通的OSB的平均密度是在35到451b/ft3之間，取決于所使用的木材種類。當(dāng) OSB制造廠家嘗試制造低于這一范圍的較低密度OSB時，它們遇到的第一個問題將是具 有多孔外觀的極低密度芯，因此，引起低強(qiáng)度性質(zhì)的問題。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中仍然需要制造具有比較均勻的垂直密度分布模式的低密度OSB的方法，它緩減了先有技術(shù)中的困難。本 發(fā)明的概述本發(fā)明涉及制造低密度OSB的方法和所獲得的低密度OSB板。因此，在本發(fā) 明的一個方面，本發(fā)明包括形成低密度OSB產(chǎn)品的方法，包括以下步驟(a)將木線條與熱固性樹脂相結(jié)合；(b)預(yù)熱該木線條_樹脂混合物；和(c)壓制和加熱該預(yù)熱木線條_樹脂混合物直到該樹脂固化形成OSB為止。在本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明包括制造包含芯層和兩個外面層的低密度OSB 產(chǎn)品的方法，該方法包括在壓制之前控制芯層的水分含量為大約等于或高于外面層的水 分含量的步驟。優(yōu)選，芯層的水分含量是在約10%到約30%之間，而外面層的水分含 量是低于約10%。更優(yōu)選，芯層的水分含量是大約20%，而外面層的水分含量是大約 8%。在本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明包括具有均勻的垂直密度分布模式的低密度 OSB。附圖的簡述本發(fā)明現(xiàn)在參考簡化的、圖解的、不是按比例的附圖，利用舉例的實(shí)施方案來 描述。在圖中圖1是用美國長葉松制造的先有技術(shù)商品OSB的垂直密度分布圖。圖2是用山楊制造的先有技術(shù)商品OSB的垂直密度分布圖。圖3是用本文所述的預(yù)熱木配料制造的低密度OSB的橫截面的示意圖。圖4是用長的山楊線條制造的低密度OSB的垂直密度分布圖。圖5是用短的山楊線條制造的低密度OSB的垂直密度分布圖。圖6是用濕度控制木配料制造的和沒有預(yù)熱的具有不同厚度的兩種低密度OSB 的垂直密度分布圖。圖7是用于生產(chǎn)圖6的低密度OSB的壓制周期的例子。本發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明提供了在固化之前預(yù)熱木線條來制造低密度OSB產(chǎn)品的方法。這里使用 的“低密度”是指OSB具有低于在OSB中使用的木材密度的大約1.5倍，和優(yōu)選低于 約1.4倍的平均密度。對于在OSB生產(chǎn)中使用的典型的木材種類，“低密度”可以指具 有低于大約401b/ft3，優(yōu)選低于大約351b/ft3，和更優(yōu)選301b/ft3左右的平均密度的OSB產(chǎn) 品。例如，山楊圓木的密度典型地是在22至251b/ft3之間，因此優(yōu)選的“低密度”山 楊OSB產(chǎn)品具有低于大約351b/ft3的平均密度(25X 1.4)。短葉美國長葉松的密度是大約 321b/ft3，因此優(yōu)選的“低密度”短葉美國長葉松OSB產(chǎn)品可具有低于大約451b/ft3的平 均密度(25X1.4)。這里使用的“均勻的垂直密度分布模式”是指與在圖4，5和6中示出的類似的 密度分布模式，其中最低芯部密度是最高表面密度的至少大約75%。優(yōu)選，該最低芯部 密度是大于最高表面密度的大約80%。更優(yōu)選，它大于約85%和最優(yōu)選它大于約90%。本發(fā)明的特征是對于普通OSB生產(chǎn)線使用的預(yù)熱程序，以便在OSB線條固化成 最終產(chǎn)品之前提高它們的溫度。預(yù)熱溫度的范圍是大約35°C到不超過在產(chǎn)品中使用的特殊粘合劑或樹脂的開始溫度。在該預(yù)熱程序之后，在芯層中的軟化線條容易致密化。對于本發(fā)明，OSB制造廠家不再需要使用更高的平均板密度來提高芯部密度。結(jié)果，在表 面或芯部中的較高密度能夠減少或甚至消除。該預(yù)熱過程能夠通過任何熱源如通過微波，射頻頻率(RF)或高頻率輻射，紅 外線照射，熱空氣，或蒸汽來進(jìn)行，以提高線條的溫度?？梢允褂脽醾鬟f的任何方法， 如傳導(dǎo)，對流或輻射。該預(yù)熱方法能夠在最終的固化之前在生產(chǎn)線中的任何位置進(jìn)行， 如在共混過程中加熱線條，在板坯形成過程中加熱板坯，在板坯形成之后但在固化之前 加熱板坯，或在固化的最后階段之前加熱板坯。因?yàn)轭A(yù)熱步驟的對象是芯層中的線條， OSB線條或板坯的加熱面積能夠是整個板坯或僅僅中心區(qū)。本發(fā)明在OSB磨機(jī)中為目前的生產(chǎn)線增加預(yù)熱過程以制造低密度OSB，但仍然 使各種性能通過標(biāo)準(zhǔn)要求。除了密度的明顯減少但強(qiáng)度和完整性沒有顯著損失之外，根 據(jù)本發(fā)明制造的OSB也具有均勻的垂直密度分布模式，這是與普通的OSB相比。因?yàn)?在表面和底層中的它的低壓縮比，本發(fā)明制得的OSB產(chǎn)品也具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性和低 的厚度溶脹。在供選擇的實(shí)施方案中，芯層和面層的水分含量可以進(jìn)行調(diào)節(jié)以生產(chǎn)具有均勻 垂直密度分布模式的OSB產(chǎn)品，可以有或沒有這里所述的預(yù)熱步驟。優(yōu)選，芯層的水分 含量保持在約10%到約30%之間，而外面層的水分含量是低于約10%。更優(yōu)選，芯層 的水分含量是在約18%到約22%之間，而外面層的水分含量是約8%。控制了水分含量 的板坯然后壓制。因?yàn)橛休^軟的芯，可以使用比普通OSB壓制周期更低的閉合(ramp) 壓力。因?yàn)橛休^低的密度，在壓制周期中在低密度OSB中熱傳遞的機(jī)理主要取決于熱 對流，而不是象普通OSB中的熱傳導(dǎo)。盡管在芯層有比表層中更高的水分含量，在壓制 周期中熱傳遞到芯層中的速率是較高的。結(jié)果，該垂直密度分布模式比普通的先有技術(shù) OSB方法更均勻。在優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可以將上述的預(yù)熱步驟和濕度控制步驟相結(jié) 合。由微波或射頻輻射方式加熱對于在芯層中有較高水分含量的情況是特別可行的，因 為增加的水分引起在輻射時在芯層中更大的熱量產(chǎn)生。
實(shí)施例下列實(shí)施例是用于說明所要求的發(fā)明，沒有將本發(fā)明限定到在實(shí)施例中描述的 特定部分。實(shí)施例1具有在5-5.75〃范圍內(nèi)的長度，在0.5—1"范圍內(nèi)的寬度和在0.015 〃 -0.020"范 圍內(nèi)的厚度的山楊線條用作該原料。7wt%WMDI(二苯基甲烷二異氰酸酯)作為粘合劑 被施涂于這些線條上，當(dāng)它們使用混合器利用旋轉(zhuǎn)盤來翻滾時。在共混后，該配料形成 了板坯，類似于普通的OSB 3-層取向。該板坯通過微波輻射來預(yù)熱28秒，直到在板坯 中的芯溫度升高到53°C。預(yù)熱的板坯然后用液壓機(jī)在200°C的溫度下壓制6分鐘的一段 時間。板的厚度是0.72英寸和該平均密度的目標(biāo)是301b/ft3。圖4是最終產(chǎn)品的橫截面的示圖。雖然它的密度是僅僅301b/ft3 (由QMS密度分 布儀Model QDP-OlX測量的實(shí)際密度是29.21b/ft3)，樣品已經(jīng)顯示非常光滑的外觀，沒有任何多孔性區(qū)域。圖3顯示了產(chǎn)品的垂直密度分布模式。與在普通OSB產(chǎn)品中看到 的“M”形不同，該板具有非常平坦或均勻的密度分布模式。表1是產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果。 在301b/ft3的密度，該板仍然通過了 CSA0437.0-9的全部標(biāo)準(zhǔn)要求。板具有優(yōu)良的尺寸 穩(wěn)定性，它的厚度溶脹是僅僅4.3%。表1.低密度OSB的試驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.形成平均密度低于351b/ft3的低密度取向線條板產(chǎn)品的方法，包括以下步驟(a)將木線條與熱固性樹脂相結(jié)合；(b)預(yù)熱該木線條_樹脂混合物；(c)控制芯層的水分含量為等于或高于外面層的水分含量；(d)壓制和加熱該預(yù)熱的木線條_樹脂混合物直到該樹脂固化為止。
2.權(quán)利要求1的方法，其中芯層的水分含量等于外面層的水分含量。
3.權(quán)利要求1的方法，其中芯層的水分含量高于外面層的水分含量。
4.權(quán)利要求1或3的方法，其中芯層的水分含量是在大約10%到大約30%之間，而 外面層的水分含量是低于大約10%。
5.權(quán)利要求4的方法，其中芯層的水分含量是大約20%，而外面層的水分含量是大 約8%。
6.權(quán)利要求1的方法，其中混合物被預(yù)熱到在大約35°C到大約該樹脂的開始溫度之間。
7.權(quán)利要求6的方法，其中混合物在預(yù)熱之前被形成板坯。
8.權(quán)利要求1，6或7的方法，其中混合物或板坯通過微波或射頻輻射來預(yù)熱。
9.權(quán)利要求1，6或7的方法，其中混合物或板坯通過應(yīng)用熱空氣或蒸汽來預(yù)熱。
10.權(quán)利要求1，6或7的方法，其中混合物或板坯通過紅外線輻射來預(yù)熱。
11.權(quán)利要求1的方法，其中混合物是在該線條與樹脂結(jié)合的同時被預(yù)熱。
12.形成包含芯層和兩個外面層的低密度取向線條板產(chǎn)品的方法，該方法包括在壓制 之前控制芯層的水分含量為大約等于或高于外面層的水分含量的步驟。
13.權(quán)利要求12的方法，其中芯層的水分含量是在大約10%到大約30%之間，而外 面層的水分含量是低于大約10%。
14.權(quán)利要求13的方法，其中芯層的水分含量是大約20%，而外面層的水分含量是 大約8%。
15.權(quán)利要求12的方法，其中芯層被預(yù)熱。
16.權(quán)利要求12或15的方法，其中芯層通過微波或射頻輻射來預(yù)熱。
17.權(quán)利要求12或15的方法，其中芯層通過熱空氣或蒸汽來預(yù)熱。
18.權(quán)利要求12或15的方法，其中芯層通過紅外線輻射來預(yù)熱。
19.具有均勻的垂直密度分布的平均密度低于351b/ft3的低密度取向線條板。
20.權(quán)利要求19的低密度取向線條板，其中平均密度是低于大約401b/ft3。
21.權(quán)利要求20的低密度取向線條板，其中平均密度是低于大約351b/ft3。
22.權(quán)利要求21的低密度取向線條板，其中該平均密度是大約301b/ft3。
23.權(quán)利要求19的低密度取向線條板，其中最低芯部密度是大于最高表面密度的大約 80%。
24.權(quán)利要求23的低密度取向線條板，其中最低芯部密度是大于最高表面密度的大約 85%。
25.權(quán)利要求25的低密度取向線條板，其中最低芯部密度是大于最高表面密度的大約 90%。
26.權(quán)利要求19的低密度取向線條板，其中該取向線條板的平均密度是低于在取向線條板中使用的木材物質(zhì)的密度的1.5倍。
27.權(quán)利要求26的低密度取向線條板，其中該取向線條板的平均密度是低于在取向線 條板中使用的木材物質(zhì)的密度的1.4倍。
28.通過權(quán)利要求1-14中任何一項(xiàng)的方法形成的平均密度低于351b/ft3的低密度取向 線條板產(chǎn)品。
全文摘要
低密度取向線條板具有低于在板中使用的木材物質(zhì)的密度的約1.5倍并具有均勻的垂直密度分布模式。通過在壓制之前預(yù)熱木材配料，控制水分含量以使得芯層具有比表面層更高的水分含量，或該預(yù)熱和水分含量控制相結(jié)合，可形成低密度OSB。
文檔編號B27N3/08GK102019640SQ20101052489
公開日2011年4月20日 申請日期2002年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月8日
發(fā)明者R·W·F·維爾伍德, 陳立衡 申請人:艾伯塔研究委員會公司