进行蒸汽处理的设备和方法

专利名称：进行蒸汽处理的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于用木材纤维和木屑之类的零碎木块制造结构元件以及用本发明的方法制造结构元件的相关设备和制造方法。本发明尤其涉及到用木材纤维制造的板材。
背景技术：
关于用木材纤维制造板材，已知的一种典型方法见专业杂志HK1/88第74到75页“Herstellung von MDF-Platten(MDF板的制造)”一文。经过蒸干的碎木屑被送到一个所谓的辗轮滚轧机中。碎木屑在辗轮滚轧机中被加工成纤维，也就是在温度和压力下用磨碎盘加工成纤维。纤维借助蒸汽辗轮滚轧机输送出来，然后利用所谓的“吹送管路”继续传送。蒸汽压力大约为10bar。温度大约在150到160℃。在吹送管路中加入胶合剂。作为胶合剂使用的是酚醛树脂，尿素树脂或者尿素与三聚氰胺的混合树脂。在加入胶合剂的接头处，“吹送管路”扩径。由于扩径产生涡流。胶合剂与纤维混合。胶合剂与纤维之比，胶合剂约占重量的22％。
与胶合剂混合的纤维成层状被送入成型机。纤维最好分两个阶段加压，首先进行预压，然后利用高压并输入热量，将预压过的纤维压制成板材。
根据EP 0 744 259 A2，现在已知有一种生产纤维板用的胶合剂添加设备。用木材作原材料制造板材的方法，见US 5,554,330。GB 791,554披露了固体成分与液体成分混合的方法。DE 41 15 047 C1介绍了给木屑连续添加胶合剂的设备。碎屑状和纤维状材料与粘接剂的连续混合，见DE-OS 1956 898。从木材成分中提取胶合剂，见PCT/IB98/00607以及WO 983 7147。
通过预热缩短加压时间的方法，其作用如下在将准备制造MDF板或类似物时，将添加胶合剂的新纤维材料送入双带压力机之前，先进行预压。此外，配置了二条相叠的输送带。为此，要把被预压的材料送入两个输送带之间。输送带有网眼或孔，通过网眼或孔导入高温蒸汽。高温蒸汽然后进入预压材料的料面区域。这样可以达到把材料预加热的目的。预加热的结果可以大大缩短原来的加工时间。另外，当湿气进入材料中时，在加压过程中，温度可以更强烈地或更好地，也就是更快地达到材料的内部。预蒸汽处理可以提高挤压制品材料的热导力。
蒸汽处理方法的另一个优点在于，无须投入相对较多的木料就可以达到较硬的覆盖层。如果料面用蒸汽或增湿处理，并用内部范围(核心)在加压过程中保持相对干燥，则料面就会明确地被加压和硬化。潮湿的材料可以比干燥的材料更容易挤压得好。因此，料面区域会被压缩得更紧密，因而也更硬。
DE-OS 44 41 017，US 11 17 95以及丹麦的专利申请书Nr.0302/97都披露了预蒸汽处理方法。
DE-OS 20 58 820披露了高温气体在连续工作的压力机中的应用。高温蒸汽通过透气的滤网状带输送给挤压材料，同时，向硬化和精整区域内，即在连续工作的主压力机的高压紧密范围内输送气体。透气的带结构在制成的木屑或木材纤维板上，留下一层有压痕的料面结构，这层料面结构必须在随后花费一定代价磨除。
DE PS 39 14 106涉及到一种利用蒸汽喷射对挤压材料进行预热的方法，它不是利用有孔的，而是利用光滑的钢带。因此，在压制完成的板材没有料面压痕。但它的缺点在于，不透蒸汽的钢带阻挡了热量向挤压材料中的传导，因此，花费的挤压时间较长。
DE 44 41 017 A1也涉及到一种连续制造加热材料板材的设备，其中，在挤压过程中利用一种透蒸汽的滤网带，通过垂直于滤网带作用的蒸汽预热挤压材料。但它可能导致蒸汽将纤维从挤压材料中吹出，因而会降低加工完成的纤维板的料面质量，并会把设备弄脏。

发明内容
本发明的任务是，公开一种能够更好、更快地实施的和节省成本的方法，以制造本文开头提到的那种板材，以及制备一种相应的设备，用以根据本发明的方法制造结构元件。
根据本发明，建议在利用装置对相对于装置运动的料面进行蒸汽处理时，喷出的蒸汽喷射不是垂直于所述料面，而是与所述料面平面倾斜一定的角度。当蒸汽不是垂直地喷射到例如在输送带上由预先添加了胶合剂的纤维构成的料面上时，从所谓的粘合纤维网、纤维饼块上或挤压材料上吹出的纤维较少。材料消耗降低，加工制成的产品料面质量提高，并减少了被吹出四处飞溅的纤维对工作设备的沾污。蒸汽排出口用来对从储汽器被送至所述料面的蒸汽进行加速和正确导向。
本发明所说的料面是指输送给压力机，特别是塑料延压机的粘合纤维网的上面和底边。根据本发明有一个倾斜角，它在相对于所述料面平面的任何方向上大于0°，小于90°。试验已经证明，倾斜角最小20°最大60°，能产生特别有利的结果。只有当与垂直喷射的蒸汽喷射相比，被吹出的纤维量或所述料面的变形减少，并保证高温蒸汽导入粘合纤维网以减少挤压时间时，才算是产生了有利的结果。因此，作为蒸汽喷射的喷出方向应当考虑例如逆对或横对运动料面输送方向的每一种喷出方向。通过试验发现，输送带循环的速度越快，即相对于蒸汽头的料面的运动速度越快，倾斜角就可以越小。例如，使用塑料延压机时，如果倾斜角为45°到60°，特别是输送速度达到55m/min时倾斜角为约53°，输送速度达到60到70m/min时倾斜角为20°到40°特别是30°，可以获得特别好的结果。
太大，即太陡的倾斜角会导致出现条纹、冲蚀或凹陷，因为没有与胶合剂混合的松散的纤维可能被冲走。
最好是，蒸汽喷射逆输送方向冲向所述料面。这样可以提高蒸汽质点相对于料面的速度，从而加大蒸汽的浸透深度。由此提高了料面单位面积的能量密度。这一方面可以输入更大的能量，即扩大输送料面边缘的预热范围，另一方面由于靠近表面的较厚层浸透了湿气，可以改善其热导率。因此，在主压力机上，为硬化所需要的热量可以更快和更深地达到所述料面。
如果上面和底边的两个料面都用蒸汽处理，压制时间还可以更进一步缩短。
把蒸汽排出口设置在可回转的蒸汽鼻或蒸汽面上，优点是可以简单地改变喷射角。可回转意味着一方面例如在设备运行时，可以调整当时最佳的喷射角，以达到一定的工作效果，例如将板移动10mm到20mm，或改变粘合剂的含量。另一方面，可回转意味着例如设备一次安装到位，以后不再改变喷射角的情况下，可以对喷射角进行调整。对于这种预蒸汽处理设备的制造商来说，因此而得到的好处是，制造商不必为不同的应用场合准备不同的蒸汽鼻，只准备唯一的一种标准蒸汽鼻就可以用了。
在设计蒸汽鼻的回转轴时预先规定，只允许逆料面运动方向改变倾斜角。这样可以减少安装费用，避免误操作。
有一种设计预先规定了改变蒸汽喷射方向的运动设备。这样可以提高预蒸汽处理设备的灵活性，因为可以很方便地利用控制设备，例如电子计算机或电位计，对变化了的加工任务作出反应。控制设备控制运动设备。例如，当在电位计上调整到30°时，控制设备便指挥运动设备对蒸汽排出口进行调整，让蒸汽喷射成30°角喷射到所述料面上。
控制设备也可以起这样的作用，即它利用试验重现确定的结果。例如，电位计可以有标有不同相对速度的刻度盘。在调整刻度盘上确定的相对速度时，可以这样控制运动设备，即调整通过试验确定的最佳蒸汽喷射角度。
控制设备当然也可以考虑多个参数，例如相对速度和料面厚度。控制设备也可以这样实现其作用，即用户在表格上查找最佳角度，然后直接进行调整。这样的表格也可以放到电子计算机上，以避免发生误操作。
此外，在另一个设计中还规定使用至少能确定相对速度和/或料面厚度的探测设备，这同样能够防止人为的误操作。另外，使用探测设备的优点还在于，控制设备可以得到控制最佳角度所需要的参数，不会有传送错误，没有人为故障的风险。这样可以保证处理过程的连续优化。在正常情况下进行生产时，为速度、料面厚度等参数保持不变，而在试验进行时，如果出于试验的需要，诸如厚度、成分或速度等参数连续发生变化时，则蒸汽喷射连续得到优化是大有好处的。
在另一个设计中提出，在确定最佳角度时要考虑多个参数，特别是输送带速度，压辊的加压压力，特别是在使用塑料延压机时的这些参数。
另有一个设计预先规定，所述料面是制造板状结构元件的粘合纤维网，特别是木材纤维板、木屑板、MDF板或HDF板。这种板用根据本发明的方法制造可能特别经济，因为通过优化的预蒸汽处理方法，加压时间可以由7秒/毫米板厚减半到3.2秒/毫米板厚，而且没有通常的那些缺点。
与所述料面同步输送的滤网带为粘合纤维网的预压实带来方面，输送粘合纤维网到压力机方向，允许蒸汽喷射部分穿透，同时保持粘合纤维网的形状。网眼宽度根据需要制造的产品进行选择，保证蒸汽充分穿透，纤维也不会被水蒸汽冲散或吹走。1/10到5/10的网眼宽度可以保证孔径足够细，纤维不能通过，而且滤网带也能输送和引导材料。同时有利于蒸汽的加湿作用。
在料面的上面和底边上的滤网带允许升高料面的预热温度。根据本发明所指的滤网带，都是适合于达到上述效果的材料，而且都是能穿透蒸汽的织物带。
通过吸除装置清除滤网带上的残留物，避免堵塞孔眼，并保证蒸汽的作用均匀。因此最好在滤网带的两面都预设吸除装置。
在另外一个设计中，在蒸汽中加入添加剂，以改变通过挤压所达到的成品板料面的表面特性。通过添加材料例如可以改善料面的硬度。这样主要是能得到有利的脚踏声音特性。此外，硬料面在作地板时始终是有好处的。同时，通过添加剂还能减小膨胀性能。压制板料面的膨胀越小，它就越稳定，或者说它抗潮湿的性能就越好。对于薄板，即厚度小于5mm的板来说，添加剂可以含有硫酸盐基物质。这种物质可以加速料面硬化，这特别是硫酸盐的作用引起的。对于薄板来说，氯化物的作用太快，而且还有可能生成盐酸的缺点。
相反，对于较厚的板，即横截面厚度大于5mm的板来说，则要加入氯化物基的物质，特别是氯化物能起加速的作用。现已发现，在塑料延压机速度较低的情况下，使用氯化物特别有利。小于30m/min的速度被认为是低速。
另外，作为添加剂也可以使用润湿剂，例如冲洗剂、Pril润湿剂等，以减小料面张力。更好地交织料面的完整性，有利于改善料面范围内的紧密度，因而能得到更光滑的料面。
另外，通过聚硅氧烷也可以改善覆盖层的紧密度，特别是在液化状态下，聚硅氧烷可以添加到水蒸汽中。
通过将添加剂添加到蒸汽中，所述料面中的浓度随着离料面的距离的增大而减小，因为它主要是添加到靠近料面的空间中。
本发明提出的预蒸汽处理设备和方法，特别适合于板状木结构元件的制造，尤其是用压力机，例如用塑料延压机制造。根据本发明的设备和方法，减少加压时间可达50％。
如果直接在挤压料面之前进行预蒸汽处理，在挤压过程之前，料面只是少许冷却。挤压之前料面的温度越高，挤压过程可以进行得越快。直接在挤压之前进行蒸汽处理可以这样理解，即通过预蒸汽处理进入料面的能量只有很少一部分能在挤压之前重新返回到周围环境中。预蒸汽处理设备必须放在压力机之前，压力机一般是采用不透蒸汽的钢带工作的，没有蒸汽能够透过钢带。不能使用有孔的钢带，因为那样不能制成光滑的料面。
当前时兴层压塑料板，特别是作为地板铺板越来越受欢迎，因此被大批量地制造。其中有一种板材，可以特别经济地按照本发明的方法制造，它在料面上有一层覆盖层，例如实木或耐压层，在覆盖层的上面有一层耐磨层，在板的下面有一层抗拉力塑料纸。
如果料面的两面都能用蒸汽处理，加压时间还可进一步缩短。
从下面的说明和附图中，可进一步了解本发明的其它一些优点。同样，可以分别单独地或任意组合起来，运用上面已经列举的和还要进一步阐述的本发明的特征。上文所述实施例不能理解为终结，而是具有范例的性质，其中，在90°以下预挤压的优点是，粘合剂不会提早硬化。


图1表示塑料延压机和前置的根据本发明的蒸汽处理站的示意图。
具体实施例方式
本发明的设备和方法可以设计和实施如下预加胶合剂的纤维被送到图中没有画出的一个或几个离析装置。预加胶合剂的纤维从离析装置进入图中没有画出的分撒站。分撒站把预加胶合剂的纤维放到输送带上。输送带把纤维输送到图中没有画出的预压机。在预压机中，纤维典型地被预压成2/3。预压机包括图中没有画出的循环带，纤维被送到循环带之间，并被预压成纤维席纹组织或纤维料面。然后，纤维穿过图中没有画出的拥有多种设备的成型条，成型条中的设备保证纤维具有要求的形状。成型条把纤维料面输送到根据本发明的蒸汽处理设备1(图1)中。在这里，纤维接受从上面倾斜喷射的蒸汽处理。纤维也可以平行于输送带分布，以图中没有示出的方式在“内部”接受蒸汽处理。为一目了然起见，蒸汽处理设备1只布置在料面3的底边，当然也可以同时布置在料面的上面。
蒸汽处理设备1主要由可利用驱动装置12下降的蒸汽面或蒸汽鼻11构成，来自蒸汽鼻11中的蒸汽可以在其上面流动。在图1中向右输送的料面3的上料面此时尚软，为了保护它不被蒸汽头损伤，循环带13被安插在蒸汽面11与料面3之间，循环带13与运动的料面3同步运动。循环带13有让蒸汽穿过的孔，经由传动辊14a、转向辊14b和张紧或转向辊14c进行导向和张紧。
其中，决定性的关键是料面3与静止的元件，例如蒸汽面11或循环带13之间不得发生相对运动。调整装置12保证与不同的板横截面和几何形状相适应，甚至能适应一定的材料密度。在上面的输送带4自行随所述料面运动，在料面3的上面使用预蒸汽处理设备时，同样也能发挥滤网带的作用。
在预蒸汽处理设备的循环滤网带13两侧的吸出装置15a和15b，用来清除滤网带上的纤维或木屑和类似的沉积物，以防止堵塞间隙和出现板料面的不规则性。
在预蒸汽处理设备上可以预设不同的探测设备，这些探测设备与中心控制器16相连接。该控制器根据要求板厚的加工结果和板的材料，控制蒸汽输送、蒸汽温度、滤网带13的进给速度以及调整装置12。
这样预浓缩过的纤维材料3在蒸汽处理之后离开输送带4，并经过工作台5进入主压力机，作为主压力机在图1中采用的是塑料延压机。
经过蒸汽处理的纤维最后到达主压力机，该主压力机由循环钢带21和与之对压的加热滚筒22构成。在这里用典型的方式在150℃以上进行挤压。循环带21经过一系列轮圈被23a至23c引导，用23e张紧，由23f传动。辊子23a至23c和23f在相对作为加热滚筒使用的大型反向滚筒22的压力下为循环带21导向。另外，为了改善料面质量，还可以在加热滚筒的周围，使用较宽的支撑辊23g给循环带以辅助支撑带21。
作为塑料压延机的替代压力机，也可以使用在本技术领域里使用的所有其它压力机，例如双带压力机。
然后，用图中没示出的锯床把已硬化成的纤维板3锯开，并输送给托架装置。在托架装置上，纤维板被固定起来不能移动，然后让纤维板冷却。
然后把纤维板继续加工成例如装饰板。例如在纤维板上涂上纸，继续锯开，并经过铣削加工装上连接件。装饰板可以作为护墙板或地板使用。
权利要求
1.用于对以一定的相对速度相对于设备运动的料面进行蒸汽处理的设备，其蒸汽排出口用于产生相对料面方向发射的蒸汽喷射，其特征在于，这样构造设备，使得可以在与料面的平面倾斜的角度下发射蒸汽喷射。
2.根据以上权利要求所述的设备，其中在一个角度下发射的蒸汽喷射可以与料面的运动方向相反或相同。
3.根据以上权利要求之一所述的设备，其中蒸汽排出口预设在料面的两侧。
4.根据以上权利要求之一所述的设备，其中蒸汽排出口预设在蒸汽鼻/蒸汽面上。
5.根据以上权利要求之一所述的设备，其中蒸汽鼻/蒸汽面是可回转的，特别是可绕垂直于运动料面的运动矢量和平行于料面平面的轴回转。
6.根据以上权利要求之一所述的设备，其中本设备可以配备或连接运动设备，特别是电动机、液压或气动驱动装置，以改变蒸汽喷射的角度。
7.根据以上权利要求之一所述的设备，其中本设备可以配备或连接控制设备，特别是电子计算机或电位计，以改变蒸汽喷射的角度。
8.根据以上权利要求之一所述的设备，其中控制设备，特别是计算机或电位计与运动设备相结合，或者可以连接到运动设备上。
9.根据以上权利要求之一所述的设备，其中控制设备和运动设备这样进行配合，使得角度与相对速度和/或料面厚度的关系是可调整的，特别是可自动调整的。
10.根据以上权利要求之一所述的设备，其中储存一个表格，在该表格中包括不同的相对速度和/或料面厚度与不同角度的对应关系，其中，针对某一工作过程，每一个相对速度和/或料面厚度对应一个最佳角度。
11.根据以上权利要求之一所述的设备，其中表格中包括的对应关系是利用试验确定的。
12.根据以上权利要求之一所述的设备，其中预设探测设备，以确定针对某一工作过程，对应每一个相对速度和/或料面厚度的有利角度。
13.根据以上权利要求之一所述的设备，其中探测设备、控制设备和运动设备是这样配合的，使得角度是可根据相对速度调整的，特别是可自动调整的。
14.根据以上权利要求之一所述的设备，其中角度是可根据一个或若干个下列参数确定的相对速度、构成料面的物料的厚度、纤维配置、纤维长度、纤维种类、加入纤维的胶合剂和表面的湿度。
15.根据以上权利要求之一所述的设备，其中一个或多个参数可以利用探测设备确定。
16.根据以上权利要求之一所述的设备，其中料面是用木块、木材纤维、木屑或锯末和粘合剂的粘合纤维网，用来制成较佳的板状结构元件，特别是木材纤维板、木屑板、MDF板或HDF板。
17.根据以上权利要求之一所述的设备，其中滤网带设在蒸汽排出口与料面之间，滤网带贴近料面，与料面同步运动，蒸汽喷射可以通过滤网带与料面发生相互作用。
18.根据以上权利要求之一所述的设备，其中滤网带在料面的两侧设在蒸汽排出口与料面之间，滤网带贴近料面，与料面同步运动，蒸汽喷射可以通过滤网带与料面发生相互作用。
19.根据以上权利要求之一所述的设备，其中预先规定滤网带的网眼宽度为1/199-1/50。
20.根据以上权利要求之一所述的设备，其中蒸汽中可以加入添加剂，这些添加剂可以改变由料面通过压力机改制成板的性能，例如表面硬度、冲击声性能或膨胀性能。
21.使用根据以上权利要求之一所述的设备作为预蒸汽处理设备，用于制造一种结构元件，特别是包括有木块、木材纤维、木屑或锯末和粘合剂的板状结构元件，特别是木材纤维板、木屑板、MDF板或HDF板。
22.使用根据以上权利要求之一所述的设备作为预蒸汽处理设备，用在压力机，特别是塑料延压机中。
23.使用根据以上权利要求之一所述的设备，其中，这样布置设备，使得预蒸汽处理直接在挤压料面之前进行。
24.用于在制造结构元件，特别是包括有木块、木材纤维、木屑或锯末和粘合剂的板状结构元件，特别是木材纤维板、木屑板、MDF板或HDF板时，优化连续工作过程的方法，包括以下步骤-准备包括有颗粒和粘合剂的粘合纤维网；-特别是在粘合剂没有硬化的情况下优选地在预压机中连续预压粘合纤维网；-在热压机中连续挤压粘合纤维网，其中把粘合纤维网基本上挤压到要求的厚度，且粘合剂基本硬化；-用预蒸汽处理设备直接在输入到热压机之前对粘合纤维网的一个或两个料面进行蒸汽处理；其特征在于-由预蒸汽处理设备产生的蒸汽喷射在一个角度下斜向喷射到粘合纤维网的料面。
25.根据以上权利要求之一所述的方法，其中这样确定角度，使得针对规定的工作结果，例如增塑度、料面紧密度或挤压渗透率，其角度是最佳的。
26.结构元件，特别是板，基本上由木材纤维和胶合剂组成，可以用根据以上权利要求之一的设备制成。
27.层压纤维板，特别是地板铺板，可根据上述权利要求用具有板材形状的结构元件制成，其上料面有覆盖层，优选地在覆盖层上有耐磨层，而且板的下表面有抗拉力塑料纸。
28.根据上述权利要求的层压纤维板，含有氯化物，硫酸盐，润湿剂和/或聚硅氧烷。
29.根据上述权利要求的层压纤维板，其中有关氯化物，硫酸盐，润湿剂和/或聚硅氧烷，沿板厚的浓度梯度是预先规定的。
全文摘要
利用蒸汽排出口产生与料面的运动方向相反的蒸汽喷射，对以一定的相对速度相对于设备运动的料面进行蒸汽处理的设备和方法。所述设备是这样设计的，即可以在一个与料面的平面倾斜的角度下排出蒸汽喷射。所述方法用来在制造板状结构元件，特别是木材纤维板、木屑板、MDF板或HDF板时优化连续的工作过程。
文档编号B27N3/18GK1767929SQ200480008928
公开日2006年5月3日 申请日期2004年1月7日 优先权日2003年4月1日
发明者约瑟夫·斯蒂茨 申请人:克诺斯邦技术有限公司