专利名称:薄木片压制木料的制作方法
本发明涉及薄木片压制木料，更准确地说涉及由基本上平行于木料产品纵轴方向的薄木片压制的木料产品以及制造这类产品的方法。
关于用碎木片压制木料产品的制造方法已经分颁布了许多专利和出版了许多论文。同样地，对于用碎木片压制薄木片面板的产品也具有一般的实践经验，并有许多论文发表。
在定向纤维压制木板方面，一般的经验是用最大长度约为4英寸(100mm)的碎木片来制造板材，而且许多出版的论文和文章都是以4英寸(100毫米)作为碎木片的最大长度。但是，在最近递交的美国专利申请829，564号中，(该申请是1985年4月16日申请的723，641号申请的继续申请)，申请人指出采用长的薄木片在形成多层碎料板产品时可获得很大的优点。
于1950年3月28日颁发的澳大利亚专利136，844号是关于用碎木片压制木料产品的早期公开的专利之一。在该专利中所用碎木推荐采用木条，细枝等，在木料的纵向定向排列，并固结在一起。于1959年12月15日公告也曾授于斯图富考(Stofko)的捷克专利93，154号也曾提出建议，采用定向的木薄片单元制造各种形状的模压产品，其中有I，U，T，L各种形状产品，包括管子及窗子以及压制成固结的成品或半成品产品。该专利的教导由斯图富考在Drevarsky dykum 2 NO.181～102(1957);Drevarsky Dykum 5 NO 2241～261(1960);Drevarsky Dyskum 212，-148(1962)和Drvna Industriaja 21(6)104～107(1970)各篇文章中进行了进一步地阐述。在这些文章中斯图富考论述了如他的专利中的教导压制的面板产品和木料产品，并强调了细长比的重要性，也就是在允许的密度范围内达到所要求的结构性能的碎木片的长度与厚度的比率。
于1965年1月7日公告授予伊鲁门道夫(Elmendorf)的美国专利3，164511号公开了用薄木片制造木料压制产品的方法，这种薄木片具有的长度约在6英寸(150mm)以内，宽度约为1/4英寸(6.25mm)和厚度在0.005至0.002英寸(0.1至0.5mm)之间。据申请人所知，还没有生产和出售过利用这种碎木片制造的商品化的木料产品。
于1976年5月11日公告授予麦克金(Mckeen)的美国专利3，956，555号中描述了利用定向和随机排列相结合的碎木片压制成的层板梁;压制过程是通过交替地铺设定向的和随机排列的碎木片，然后在压力下固结成面板，并沿着定向薄木片方向将面板切开，以构成具有两个侧端截面的结构，该结构是定向的并作为类似工字梁的上下两端侧翼的作用，并联接以按随机排列的板条，该板条起工字梁的中间腹板的作用。这是一个具有有限强度的较复杂的结构，而且仅仅适用于载荷方向垂直于分离面的产品。
据申请人所知，在1977年12月6日公告授予本案发明者的美国专利4，061，819中所描述的产品，描述的了由碎木片制成的唯一可以商品化的合适的木料压制产品。该专利教导了采用较长的薄木片以获得具有相当于或者某些方面优于它所要代替的天然木料产品的物理性能，其中包括密度和强度特性的结构产品。
于1978年10月24日公告授予赫鲁曼(Holman)的美国专利4，122，236号描述了一种人造模压木板产品，这种产品是由具有长度为2至10英寸范围内的切割片制成的。
一般地说，当薄木片压制板(面板)类似产品制成以后，在整个板上的密度分布是这样的，即板的表面具有最大的密度，而芯部具有最小的密度。换句话说，板表皮的强度大于芯部的强度，但是，由于面板在一般情况下是在其芯部沿着弯曲力矩的中性轴的方向延伸时使用的，这样一种密度分布情况不是确定弯曲强度的主要因素。人们已知道，在压制过程中所施加压力的速率可以改变沿着板的厚度上的密度分布。而且在一个连续地压制过程中，与施加的压力速率相协调的温度的上升率可以用于改变沿着面板的厚度上的密度分布。
生产薄木片在经济上的合算的，因为一般是通过一个带有一定间隔的锯片来生产薄木片，锯片的间距等于从基本平行于木纹方向切割下来的薄木片长度。在某些情况下，在平行于木纹方向上切割的平锯片和垂直于木纹方向切割的间距锯齿一起使用，以便限定薄木片的长度。这样加工出来的薄木片一般是较薄的，并其具有的宽度可以比其厚度大许多倍(厚度是由锯片的切割深度确定的，而宽度是由通过锯片的操作杆切割薄木片的变形确定的)。
本发明的一个目的是提供一种利用薄木片加工技术制造的木料压制产品和具有下列中等的几何形状的薄木片;其长度至少是8英寸(200毫米)，最大厚度为0.15英寸(4毫米)，和宽度至少为0.25英寸(6毫米)，以提供具有与生产该薄木片所用的木材的性能相当或者更好的物理性能的较便宜的木料压制产品。
从广义上说，本发明涉及一种薄木片压制木料产品和制造这种产品的方法，所述薄木片压制木料产品包括具有厚度至少为1英寸(25毫米)的，由薄木片压制成的单层面板制成的分离的一段段压制木料所述薄木片是定向排列的，其长度度方向在主平面内测量的与面板纵向长度方向上的平均偏离为0°至10°，而在一个次纵向平面即在垂直于主平面内测得的平均偏离为0°至5°，所述薄木片的平均有效长度至少是8英寸(200亮米)，该一段段木料具有由大致上沿着上述面板的纵向延伸的切割所确定切割边缘，而切割间隔的确定取决于木料压制产品的宽度。
最好是上述薄木片具有最大平均厚度为0.15英寸(4毫米)和平均宽度至少为0.25英寸(6毫米)。
最好是上述木料压制产品将具有一个基本上均匀的密度-厚度分布。
本发明还涉及一种木料产品的制造方法包括，用具有厚度至少为1英寸(25的毫米)的薄木板铺设一层铺层使薄木片的纵向长度相对于面板纵向轴线定位，以便使一段段薄木片的方向与上述面板的纵向轴线方向在板的主平面上测得的偏离值在0°至10°范围内，而在通过上述面板的一个垂直于主平面的纵向平面内测得的偏离值应为0°至5°，上述薄木片所具有的平均有效长度至少为8英寸(200毫米)，在加热和压力作用下将涂有粘结剂涂层的薄木片铺设层进行固结，并将该铺设层固结成具有基本上均匀的密度-宽度分布的面板，并沿着面板的纵向，以一定的纵向间隔将面板切成许多段的木料，这些木料的宽度等于上述纵向切割锯片之间的距离。
固结条件最好是控制到使面板具有基本上均匀的密度-厚度分布。
木料产品的密度最好这样生产出来，使其密度达到25磅/立方英寸(0.9克/立方厘米)至50磅/立方英寸(0.8克/立方厘米)。而且其密度的偏差值沿其整个面板更度上不大于其均密度的3%。
下面将通过本发明的最佳实施例，结合附图详细描述本发明进一步的特征，目的和优点，其中图1是本发明实施例的平面示意图。
图2是图1示图的侧视图。
图3是按照本发明构成的薄板或面板的一个部分平面示意图，用以显示面板内薄木片的情况。
图4是沿图3中的4-4线切取的剖示图。
图5是密度与厚度的关系曲线，表示通过图4所示的板面上相对于厚度的较佳密度分布。
图6是沿着图4中6-6线切取的一个剖示图。
在整个本申请中所用述语薄木片(Wafer)的定义是通过由薄木片化形成的碎木片，它不同于纸浆屑，锯未，直接由圆木料上锯切下来的颗粒或长条，或者剪切的薄木板。本发明所采用的薄木片的尺寸大小，特别是长度总是在纤维方向上测量出来，也就是平行于纤维的纵向轴线，它是获得所要求的强度以提供一种木料产品用以代替一般木材的关键，这种产品具有基本上与所代替的木材相等的强度，而且其密度不发生大的变化。
参看图1，粘结覆盖的木质薄片是由经过一个合适的馈入装置至一个铺设成形设备上完成的，其中的薄木片较均匀地横向散布开然后被送至一个定向装置12(例如参看1985年1月22日公告授予克德逊等人(Knudson etal)的美国专利4，494，969号)中，该装置将薄木片沿其纵向尺寸进行定向排列，下面还将进行详细地描述。在所描述的方案布局中铺层14是这样形成的，它具有在宽度轮廓上基本上均匀的密度;并铺有一个覆盖板并输送至一个压力机中，如图中16所示的一种多开口式压力机，或者利用连续式皮带之类的装置传送到一个连续的压力机16;而且铺层14被加压力固结形成一个面板18，比如说具有总宽度8英尺(2400毫米)和要求的厚度(例如额定值为2英寸(50毫米)的面板木料，经固结后的面板的厚度必须在1/2英寸(38毫米)。如果使用连续压力机16，面板18从压力机16沿着箭头20的方向连续地移动，也就是，沿薄木片的纵向，即薄木片的木质纤维的排列方向，进入切割站22。假如压力机16不是连续式的，即多开口式压力机或类似的设备，铺层14被携带到一个覆盖板上以便固结成面板，该面板将被沿着箭头20的方向退出，与各自的覆盖板(未显示)分离开，并一个跟着一个地沿着箭头20的方向即薄木片的长度沿箭头20的方向排列向前馈送，进入切割站22。
切割站22如图中所示，是由若干个具有一定间隔的圆片锯或切刀24构成，该锯片通过套筒26可轴向移动地安装在轴28上。套筒26是以常规的方式安装在轴28上并由它驱动，并可在轴28轴向滑动，以便调整锯片24的位置，从而可以使锯片的间距得到调整。该间距决定了由面板18(该面板可以是任何合适的宽度)所形成的木料产品30的宽度尺寸，以W1，W2，W3等表示。图2进一步提供了显示一个自动调整间距的装置，用于调整各锯片24的间距包括与各自的套筒26联接在一起，并通过一个适当的驱动杆36沿着轴34移动的操纵杆32以。每个操纵杆32上将设置一个驱动杆36，每个锯片24由一个操纵杆32以公知的方法沿着轴28调整锯片24的位置。锯片或切刀片24的间距，即宽度W，W等，一般大于面板的厚度T。
最外面的两个锯片，即图1中所示的顶部和底部的锯片24都是用于修剪面板18并提供经修剪过的薄板如38所示。
一种合适的切割锯片如图中40所示，横过面板18，在切割板30的合适的长度已经过锯片20以后，将薄板切割成所要求的长度。在锯片40的连续工作过程中既横向运动也纵向运动，以便获得沿面板18的宽度的方形切割，(见图1中的箭头42和44所示)。对于在覆盖板上制成的不连续的面板18，切断锯片就不需要了，但它对于修整长度是有用的。
期望压力机16如上面所述的情况进行工作，以提供具有足够强度的板材18，这种板材要求薄木片至少具有平均长度约为8英寸(200毫米)(长度的概念总是要在薄木片的纹理方向上测量的)，最好是采用其平均长度为10至24英寸(250～600毫米)的。一般情况，这种薄木片将被切成一个平均厚度不超过0.15英寸(4毫米)的薄片，最好是小于0.1英寸(2.5毫米)，通常，较厚的薄木片用于制造较厚的面板。薄木片最好具有至少0.25英寸(6毫米)的平均宽度，更理想些是至少为0.5英寸(12毫米)而且在许多情况下，将具有一个宽度与厚度比超过10。
薄木片的排列应当是使其长度方向相对于木料的纵向方向一致，如上所示，这种木料是沿基本上平行于面板18的纵向或者平行于由压力机16传送方向切割而制成的。薄木片的定向不会与机器的方向100%的一致，即平行于面板18的纵向轴线，和木料产品30的长度轴向。但是应当是这样，即薄木片(长度沿纤维方向)与面板18的纵向轴线和木料产品的纵向轴线的平均偏离，在面板主平面上测量时约在0°至10°范围内，也就是说，如图2和图3中所示的面板18上表面的部位46所测得的偏离。在沿着面板18或板30的纵向延伸的平面内进行平均偏离的侧量，或者说平行于由锯片24形成的锯切表面(也就是垂直于平面46)一般在0°至5°范围，如图4中的角度A所示。角度A最好是小到靠近0°至3°，因为如果角度A太大，薄木片几乎由面板的一个主平面向一个主平面，生产出来的产品将是很不结实的，这是应当避免的。
加压周期应当进行控制(包括假定在连续加压过程中的温度变化率)，这种控制要根据要生产的产品进行，但一般情况应当是这样，即在整个厚度上的密度值要基本保持恒定，即在整个厚度上的密度值要基本保持恒定，即偏差值要在一般木料产品的平均值的3%以内。一般说来，面板18与加压力板相接触的表面的密度要比面板的中心部位稍微高一些。假如木料产品是作为木板条用，即所加载荷垂直于其主平面，有可能希望制造一种面具有不同的心部和表面层，其表面层所具有的密度要比心部大得多。对于一个木板条，其密度与平均值偏差可高达10%，其决定于微密的表面与较稀疏的心部的相对厚值。
在整个厚度上的均匀密度对本发明构造的木料产品是很重要的，这种木料产品通常垂直于其切割或边缘表面的方向承受载荷，即在由46表示的平行于面板18的表面，以便使与加压力板相接触的面板的各主平面，将与载荷的方向一致，而面板的中心或心部在结构元件处于应力状态下不会构成中性轴线。
在本发明的操作过程中，首先是用如上所述的合适的薄木片形成一个厚度约为所要求的最终面板18厚度的4倍的铺层14，一般情况下，这种铺层将限定面板的最大厚度约在4寸(100毫米)内。在薄木片上预先涂覆粘结剂，通常用酚醛树脂，虽然异氰酸酯和其它合适的粘结剂也都可以使用。通常，假如使用酚醛树脂，将采用一种干的粉末状的树脂，虽然当正确的使用时，湿的或者液体树脂也都可以使用。更换树脂有可能需要改变加压规范，以便保证铺层在压力作用下，树脂能够适当地固化。
假如要生产的木料其名义厚度为2英寸(50毫米)的，则面板18的厚度应当是1/2英寸(40毫米)，而切割锯片24将分别地将面板18切割成薄板条并生产出2×6;;2×8;2×10;2×12;或者甚至2×16英寸等尺寸的所要求的木料。总的说来，宽度尺寸越宽，则木料产品的使用价值越大，而且采用本发明的方法制造一个2×16英寸的面板和生产一个2×4英寸的面板一样的容易。而且对任何要求的产品组合都可以做到。此外，假如采用一种连续的压力机则这样形成的面板的长度，即简单地决定于利用一个切断锯片40的动作，按照所要求的长度将薄板切断。假如采用盖板，则锯片40则可以简单地用作修整木料达到要求的长度，或者可以采用其它作法在另外的工序上进行修整。在这种情况下，木料的最大长度决定于盖板的长度。
实例1一个用手工粘结的白杨木薄片单层定向的薄木片铺层，铺设到一个8英尺(2400毫米)长的覆盖板上。所用薄木片的长度为12英寸;0025英寸(0.6毫米)厚和1/4英寸(30毫米)宽并且是由麦克半伦.布洛德尔的雷湾分公司(MacMaldehyde Bloedel′s Thunder Bay Divsion)生产的。采用5%的粉末状酚醛树脂和2%的疏松石腊涂覆在薄木片上。在铺层加压力之前将一个与之相配的8英尺长的覆盖板放置在铺层的顶部。然后将涂覆过粘结剂的薄木片铺层向前送进经过一个热压机(在试验室条件下的研究中心内)，其垛高为2英尺。每一层在温度为210℃的条件下压20分钟。最终产品的厚度为1/2英寸，平均密度为40磅/立方英尺(0.64克/立方厘米)。这样生产的产品的弹性模量(MOE)是1，697.000磅/平方英寸(11.70千兆巴)，该数据是当施加的力平行于覆盖板所施加的力的方向测得的，即在相当于垂直木料产品的切割表面的方向上。
显然本实例的加压过程不是在理想的条件下进行的，所以所生产的面板远不是理想的。但是，该实例清楚地显示出其弹性模量(MOE)至少相当于按照等级划分的常规木料，且其密度也是合乎要求的。
实例2在进一步决定应用比较便宜的薄木片的可应用性尝试中，使用一种较薄的白杨木胶合板其厚度为0.05英寸(1毫米)在10%的水份含量下被切成12英寸长，1/2英寸宽的板，应用连续式压力机，微波加热，6%的粉末状酚醛树脂和2%疏松石腊，制成一个8英尺长，11英寸宽，2/2英寸厚的定向木板条。由预先涂覆了粘结剂的薄木片并使其按基本上与木料产品的长度方向一致的方向排列形成的一种铺层，并经过一个压力机加压周期为9分钟。最好木料的实际比重为46磅/立方英尺(0.64克/立方厘米)其水份含量为12%，而其最终制成的木板的平均弹性模为1，650，000磅/平方英寸而剪切模量(MOR)为6900磅/平方英寸。
另外一块用同样方法制造的木板，其比重为39磅/立方英寸(0.54克/立方厘米)，其弹性模量(MOE)为1，500，000磅/平方英寸，和剪切模量(MOR)为5，500磅/平方英寸。
由例1和例2清楚地表明，当采用像白杨木这类的木料制造的木料产品具有可以接受的作为构造木料应用的物理性能。而这种白杨木对于这一用途不是一种好的材料，而且最终密度比白杨木更高一些的相似的木材有很多种。
根据已经描述的本发明，对于那些熟悉本专业技术的人员，在不违背本发明所提供的权利要求
中所限定的原则的条件下，显然是可以提供各种改进方案的。
权利要求
1.一种薄木片木料产品许多段包括的木料，每个木料具有的厚度至少为1英寸(25毫米)并由薄木片制成的单层面板切割制成的，所述薄木片经过在其长度方向进行定向，其方向与面板的纵向轴线在上述单层面板的主平面上测得的平均偏离在0°至10°范围内，而且在上述面板的纵向延伸并垂直于主平面的次平面内的次平面内测得的平均偏离为0°至5°，上述薄木片所具有的长度在木纹理方向测得的值至少为8英寸(200毫术)，所述许多段做木料中的每个木料具有一对切割边缘，其间隔决定于木料产品的宽度，该切割边缘沿基本上平行被切成木料的面板的纵向轴线方向延伸。
2.如权利要求
1所述的木料产品，其中所述木料产品所具有的密度是在25至50磅/英寸。
3.如权利要求
2所述的木料产品，其中所述薄木片具有的平均厚度小于0.15英寸(4毫米)，和平均宽度至少是0.25英寸(6毫米)。
4.如权利要求
2所述的木料产品，其中所述在次平面内测得的平均偏离在0°至3°范围内。
5.如权利要求
2所述的木料产品，其中所述平均宽度至少为0.5英寸。
6.如权利要求
2所述木料产品，其中所述薄木片的平均长度在10和24英寸(250～600毫米)之间。
7.如权利要求
2所述的木料产品，具有基本上均匀的密度-厚度分布。
8.如权利要求
2所述的木料产品，其中所述厚度-密度分布在沿厚度上与平均密度的偏差小于3%。
9.如权利要求
3所述的木料产品，其中所述薄木片的平均厚度小于0.1英寸(2.5毫米)。
10.制造薄木片材料产品的方法包括形成一个薄木片铺层，该薄木片在铺层内进行定向，在其长度上的平均定向与铺层纵向长度的方向偏离在铺层的主平面上测得值在0°至10°内，而在铺层的纵向上，垂直于主平面的次平面内的偏离在0°至5°内。上述薄木片所具有的平均长度在木纹理方向测得值至少为8英寸(200毫米)，将铺层在温度和压力作用下进行固结，将薄木片粘结在起，粘结过程是应用一种预先施加于薄木片上的粘结剂实现的并且形成一个面板，沿着一定间隔位置将面板进行纵向切割，将该面板切成若干个木料产品，每个产品的宽度是由上述切割锯片的间隔确定的，而其厚度是由上述面板的厚度确定的，所述纵向切割锯片与上述铺层的纵向轴线方向是一致的。
11.如权利要求
10所述的方法，其中所述铺层的固结是在具有沿着上述面板的厚度上基本上均匀一致的密度分布的条件下形成上述面板的。
专利摘要
具有与木材的强度和密度相当的代用木料产品是由单层的，其厚度在一般情况下为大于1英寸，小于4英寸，由薄木片制成的面板切割而成的。薄木片要沿其长度上进行定向，其长度方向与面板的纵向在面板主平面内测得的偏离值应在0°至10°范围内，而在垂直于主平面的次纵向平面内测得的偏离值应在0°至5°范围内，并具有一个平均有效长度至少为8英寸(200毫米)，最好是平均厚度为不大于0.15英寸(4毫米)，和宽度至少为0.25英寸(6毫米)。木料产品是由面板经纵向切割制成的。最好是所制成的面板，沿其厚度上的分布型基本上是平均的。
文档编号B27N3/08GK87106342SQ87106342
公开日1988年4月13日 申请日期1987年9月2日
发明者德里克·巴恩斯 申请人:麦克米伦布洛都有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan