同时制造定向木片胶合木和胶合板制品的综合工艺的制作方法

专利名称：同时制造定向木片胶合木和胶合板制品的综合工艺的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及同时制造两种不同的工程木制品或定向木片胶合木制品 (oriented strand wood product)的工艺，每种制品具有不同的预定特性。本发 明提供一种提高木材资源的利用率并从同一原木源同时制造出不同等级和特性的 工程木制品的工艺。
背景技术：
定向木片胶合板("OSB")和定向木片胶合木("OSL")己广泛地用作住 宅和商用应用中的屋顶、墙壁和下层地板组件的结构件。
OSB和OSL可从包括邱博工程木材有限公司(Huber Engineered Woods LLC)、 佐治亚州一太平洋公司(Georgia-Pacific Corporation)、路易斯安那一太平洋 公司(Louisiana-Pacific Corporation)的许多公司和许多其它来源购得。该材 料具有通过诸如酚醛树脂或异氰酸酯树脂的粘合材料加上诸如石蜡的胶粘剂粘合 在一起的多层"木片"或"刨片"。木片是通过用刃缘平行于卸下的原木的长度切 削薄片而制成的。木片一般0. 01至0. 05英寸厚，尽管在某些场合下可使用更薄和 更厚的木片，并一般小于一英寸至若干英寸长并小于一英寸至几英寸宽。一般来说， 木片的长度比其宽度要大，其标称纵横比(长度宽度) 一般大于3。木片被筛分 成不同的构件并分隔入若干存储箱内。 一般将小于大约1/8"的木片丢弃并作为燃 料来利用。 一般来说，高达大约95yo — 98。/。的木材资源可用来制造OSB。
在定向木片胶合板的制造过程中，首先将木片干燥以去除水分，并随后涂覆 粘合剂和胶粘剂的薄层。随后将经涂覆的木片以一系列交替层的形式铺设到传送带 上，其中一个木片层具有大体与传送带一致地定向，而后一木片层大体垂直于传送 带地定向，以使交替层的木片大体彼此垂直地定位。词语"木片"用来表示构成木 头的纤维素纤维，由于木材纹理沿小木块的长度方向延伸，因此定向木片胶合板中 的"木片"以交替层形式基本彼此垂直地定向。定向的"木片"层或"刨片"层最
后受热和受压以将木片和粘合剂熔合在一起。随后将所产生的制品切削成一定的尺 寸并运输。 一般，树脂和胶粘剂占定向木片板制品重量的10%以下。
0SL制造工艺基本类似于0SB制造工艺，但一般较厚的0SL制品中的所有木片 主要沿加工方向定向。
例如定向木片胶合板的工程木复合制品的制造例如在Clarke等人的第 5525394号美国专利中有描述，以及A Guide for Specifiers, Designers, and Users (专家、设计者和使用者的指南)(St印hen Smulski编辑，1997)工程中 可找到的OSB制造工艺的另一详细说明。制造诸如OSB和OSL的工程木制品的其它 工艺包括在第4061819、 Re. 30636、 4364984、 4610913、 4715131、 5096765、 5740898 和6263773 Bl号美国专利中描述的那些工艺。定向木片板已用作墙壁、底层地板、 屋顶的结构覆板以及木制I形梁的腹板结构，在这些场合下，强度、轻量、易于敲 钉和在湿度条件变化时的尺寸稳定性是重要的属性。定向木片胶合板相比结构等级 的软胶合板以明显折扣售出。
木材资源的日益稀缺和房屋需求量的增长已要求建筑工业用例如0SB、 OSL和 层叠木片胶合木(LSL)的重构的工程木复合材料来代替传统原木制品。还要求更 强韧和更耐久的木基制品被量身定做以满足特定功能需要。在许多木基材料中，刚 度经常证实是设计的限制因素。工程木复合构件的重要机械特性是弹性模量(MOE)。 一般，对于OSB板材，M0E值沿主板材轴线在大约0. 45至大约1. 15(mmpsi (毫米磅 /平方英寸))之间并垂直于主板材轴线在大约O. 08至大约0.49 (鹏psi)之间。 对于其它工程木制品，例如镶边板、木制工字形搁栅的翼缘、梁和顶梁，M0E—般 在大约1. 3至大约1. 9 (mmpsi)之间变化。
已研发出各种制造工艺以通过利用幼龄原木来制造合适的替代品来解决原木 供应日益稀缺的问题。这些制造工艺包括各种胶合木控制步骤，包括使用较长和较 大的木片来筛分和控制木片定向(第4061819、 4610913、 4751131和5096765号美 国专利)，将木片切成均一的宽度以更好地排列(第6039910号美国专利)，以及 更薄的木片以制造高性能的定向木片复合物(J.Wood Sci、巻44、第191-197页 (1998) ， Zhang等人著)。
二维(2D)和三维(3D)原木切片术也已用于制造木片。2D切片(stranding) 工艺控制所制造木片的长度和厚度。3D切片工艺控制木片的长度、厚度和宽度的
所有三个尺寸。
提高制造工程木制品的木质纤维利用百分比工程是人们所关注的。 一般而言， 传统实木锯材仅将原木中木质纤维重量的40%转化成制品。层叠木片胶合木可利
用木质纤维重量的大约76%，而OSB的产出明显高，可以是重量的大约94%。
许多因素会影响原生木资源的利用和将这些原材料加工成工程木制品。人们 希望有提高原木材料的利用率并同时仍然满足成品的工程要求的工艺。

发明内容
本发明提供一种满足上述要求的制造工程木制品的工艺，且该工艺可利用更 高百分比的木材资源工程。
本发明提供一种制造第一和第二定向木片木制品的工艺，该工艺包括提供 原木源；用两个或多个独立切片装置将原木切成多个木片，并随后分别地从各个切 片装置根据木片特性来筛分木片。经筛分的木片随后从各个切片装置分别地和根据 所得到的定向木片木制品的要求特性地引导至第一生产线和第二生产线。在一些实 施后来中，可同时将满足第一特性要求的木片引导至第一生产线并将满足第二特性 要求的木片引导至第二生产线。在某些实施例中，第一和第二生产线可单独加工各 木片以各自形成第一定向木片木制品和第二定向木材木制品。
本发明还提供一种通过将木片筛分装置联系于多个工程木制品加工线而制造 具有不同组的物理特性的工程木制品的工艺。
另外，本发明还提供制造多个、 一般为第一和第二工程木制品的生产线。该 生产线包括两个或多个原木切片装置、两个或多个木片筛分装置和两条或多条木片 加工线，其中两个或多个原木切片装置中的每一个可仅与各木片筛分装置中的一个 单独联系，并且各木片筛分装置中的每一个可与各木片加工线中的至少两条联系。


包含以供进一步理解本发明并构成说明书一部分的附图示出通过本发明各实 施例获得的结果，并和详细说明一起用来解释本发明的原理，在附图中
图1是根据本发明的工艺的两个实施例的示意图，其中两个木片筛分装置各 自联系于两条木片加工线。
具体实施例方式
本发明涉及制造第一和第二定向木片木制品的工艺，包括提供原木源；用 两个或多个独立的切片装置将来自原木源的原木切成木片；并随后分别从各个切片 装置根据木片特性来筛分木片。随后可分别从各个切片装置将经筛分的木片引导至 相应的第一和第二生产线。在某些实施例中，可根据木片特性和最终的定向木片木 制品的要求将木片同时引导至适宜的生产线。根据本发明的工艺进一步包括在第一 和第二生产线上都加工木片以各自形成第一定向木片木制品和第二定向木片木制 品。在各条生产线上的木片加工可同时进行。
根据本发明的另一实施例，制造工程木制品的工艺包括提供原木源；在两 个或多个独立的切片装置中将原木切成木片；并分别从各个切片装置根据木片特性 来筛分木片。随后分别地和根据最后所得到的工程木制品、木片的要求特性从各个 切片装置将经筛分的木片分配给多条工程木材加工线中的各条加工线，一般是第一 和第二加工线两者。随后在各加工线上加工木片以形成想要的多个工程木制品，这 些工程木制品一般包括具有不同组的物理特性的工程木制品。
在本工艺中，来自原木源的原木被切成仅2D木片、仅3D木片或2D和3D 木片的组合。可将例如1111^6^^"31^ 工艺(来自爱达荷州的博伊西的Weyerhaeuser 商业的Trus搁栅)的二维切片机和例如第6035910号美国专利中记载的三维切片 机用来制造适用于本发明的工艺的木片。包含3D切片机相对配备在生产线上而言 提供了灵活性。这些2D和3D切片机可以是由各切片机制造商定制的，这些制造商 包括德国茨魏布吕肯的帕尔曼机器制造有限两合公司(PallmannMaschinenfabrik GmbH & Co. KG)和加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华市的卡马那设计和制造公司 (Carmanah Design and Manufacturing Inc.)。
用作筛分木片的基础的木片特性可包括例如从由长度、宽度、厚度、密度、 水分含量、筛眼尺寸和弹性模量构成的组中选择的至少一项。可控制木片筛分操作 的参数以获得想要的木片尺寸分布。根据成品的特性，可根据需要设置和改变用于 确定将哪些木片送至一相应的木片加工线的分离点。例如，根据成品，可基于长度 筛分木片，例如将长于约3英寸并短于约4.5英寸的木片送至一条木片加工线，并 将长于约4.5英寸并短于约7英寸的木片送至另一条木片加工线。在本工艺的另一 实例中，长度在约2.5英寸和约3.75英寸之间的木片和长度在约4.75英寸和约6.25
英寸之间的木片被送至一条木片加工线，而长度在约3.75英寸和约4.25英寸之间 的木片被送至一条不同的木片加工线。
在将木片筛分和分配至其相应的加工线后，根据本发明可通过以下步骤来进 一步加工木片将树脂施加于木片以形成树脂覆盖的木片，将经树脂处理的木片定 向成板坯(mats)，并通过将加热和加压力将板坯整饰成具有要求特性的相应定向 木片木制品板坯。
该工艺可使用各种树脂，不构成限制地包括4-4，二苯甲烷一二异氰酸酯 (MDI)、三聚酰胺一尿素—苯酚—甲醛(MUPF)、三聚酰胺—尿素—甲醛(MUF)、 苯酚一甲醛(PF)、它们的共聚物及其混合物。
树脂可以是具有足以满足或超越工程木制品的要求等级的公知标准的特性的 树脂。例如，能胜任制造工程符合由例如国际规范委员会(ICC)的建筑规范制定 机构发布的可应用验收标准的工程木制品或结构复合木材(SCL)的树脂。该标准 的实例包括针对结构木基制品的AC47验收标准。验收标准的其它实例可在 www.icc-es.org中找至ll 。
可在树脂添加工艺中添加额外的化合物和添加剂，例如蜡。
可利用根据本发明的工艺来制造定向木片胶合木制品、定向木片板产品、层 叠木片胶合木产品。本领域内技术人员能够发现本工艺所适用的各种工程木制品和 加工技术。
尽管在根据本发明的工艺中可使用其它更昂贵的原木源，然而该原木源一般 由相对廉价的幼龄软木构成。根据本发明，本工艺的各实施例的材料利用率在大约 76%至94%以上，其产出取决于通过本工艺从原材料中产生的OSB和OSL的混合 物。
本发明还提供用于制造多种不同工程木制品的生产线，其包括两个或多个 原木切片装置；两个或多个木片筛分装置以及两条或多条木片加工线。两个或多个 原木切片装置中的每一个可单独联系于各筛分装置中的一个，而诸木片筛分装置中 的每一个可联系于各木片加工线中的至少两个。取决于要根据本发明在生产线上制 造的不同工程木制品的数目和类型，加工装置的数目也可相应地增加或减少，并且 各装置之间的联系也可相应地调整。
在生产线中利用的两个或多个原木切片装置中的每一个可以是2D原木切片
机或3D原木切片机。使用3D原木切片机将导致与OSB制品相比更高比例的适用 于OSL制品的木片，并可相应地调整根据本发明的工艺。
生产线还包括树脂施加装置、木片定向装置和板坯整饰装置。板坯整饰装置 可从例如带板坯预加热器的印压机、蒸汽预加热器和连续板坯压机、射频(RF) 预加热器和多开口板坯压机以及不具有任何板坯预加热器的喷蒸压机中选取。这些 附加装置中的每一个为本领域内技术人员所熟知并可根据要由本生产线制造的工 程木制品的要求特性和混合比予以选择。
根据本发明，经筛分的木片被分配给相应的加工线以制造具有不同工程要求 (例如MOE)的工程木制品。尽管较短的木片一般不用于制造OSL制品，然而这 些木片可以是用来制造OSB制品的原材料，并且本发明的各个实施例提供通过将 木片筛分和分配至适宜加工线而从同一原木供料制造OSB和OSL制品两者的工 艺。
本工艺还可包括在筛分木片前干燥木片。木片干燥可发生在例如加热的转筒 式千燥机、中转干燥机或烘道中。转筒式干燥机可以是单程或多程干燥机。
根据本发明，作为分类木片的基础的标准例如可包括各种木片特性，例如长 度、宽度、厚度、密度、水分含量、筛眼尺寸和弹性模量。这里公开的工艺可利用 多种用于分类木片的已知方法，例如包括美国专利第5012933、 5109988和6234322 号、EP 1362643、 EP 1358020、 EP 1007227、 EP 0681895、 WO 2002/062493和WO 9840173中公开的那些方法。其它分类工艺包括振荡筛选工艺和QuadradynTM机工 艺，两者都是由帕尔有限公司(PALs.r.l)制造而成的(Via delle Industrie, 6/B， 1-31047 Pontedipiave(TV)，意大利)。
本发明的各实施例可用来制造多种工程木制品，包括定向木片胶合木、定向 木片板和层叠木片胶合木。本领域内技术人员可以理解，本发明不局限于指定的工
程木制品，而是可应用于任何数量的包括以下操作的工艺工艺:将原木加工成木片、
刨片或任何较小的木块以及分类和选择木片、刨片或较小的木块以制造工程木制 n
叩o
图1中示出根据本发明的工艺和生产线的两个实施例。工艺A利用两个2D 切片机，每个切片机的输出馈入其自己的木片筛分器中。每个筛分器随后根据预定 的选择特性和选择范围分选木片并将一部分木片分配给OSB工艺而将另一部分木
片分配给OSL工艺。B工艺遵循与A工艺相同的工艺步骤，除了B工艺使用一个 2D切片机和一个3D切片机。
在本发明的其它实施例中，两切片机都可以是3D切片机，或者可将来自木片 筛分工艺的输出分配给多于两条的加工线。本领域内技术人员应当理解落在本发明 范围内的许多其它的工艺变化。
所有公开物、文章、论文、专利、专利公报和本文引证的其它参考文献基于 各种原因被完整地援引包含于此。
尽管前面的说明针对本发明的各实施例，然而要注意，其它的变化和修改对 本领域内技术人员而言是显而易见的，并且可不脱离本发明的精神和范围地作出。
实例
直径在大约6英寸至大约12英寸范围内的白杨树原木供料通过锯切成大约1 英寸宽度的板条而准备好进行供3D切片。随后将板条堆叠并馈入环形切片机以制 成3D木片。将木片干燥并在干燥后呈0.030英寸厚。
然后基于以下的筛眼筛分干燥的木片并将它们分成四个不同部分(1) 0.75 英寸及以上；(2)小于0.75英寸并大于0.375英寸；(3)小于0.375英寸并大于 0.125英寸；和(4)小于0.125英寸。
利用喷蒸压机从分好类的木片中制备两种OSL制品和一种OSB制品，并且它 们具有如下面表1所示的物理特性。
表l.OSL和OSB制品
可能的制品板层3D供料分类制品密度MOE (毫米磅/ 立方英寸)结构筛眼尺寸磅/平方英尺平向沿边
OSL单层3/4"以上45.0N/A1.600
OSL单层3/8"至3/4"38.7N/A1.314
OSB多层1/8"至3/8"41.00.779N/A
前面以示例和说明为目的提供了对本发明各实施例的详细说明。该详细说明 不具排他性或旨在将本发明限制在所公开的准确实施例中。很多修改和变化对本领
11
域内技术人员是明显的。选择和阐述这些实施例是为了以最佳方式解释本发明的原 理及其实践应用，从而使本领域内其它技术人员针对适用于特殊使用场合的各实施 例和各种修改地理解本发明。本发明的范围由下面的权利要求书和它们的等效物来 限定。
权利要求
1. 一种制造第一和第二定向木片木制品的工艺，包括提供原木源；用两个或多个独立切片装置将原木切成木片；分别地从各个切片装置根据木片特性来筛分木片；分别地和根据最后所得到的定向木片木制品的要求特性，从各个切片装置同时将满足第一特性要求的木片引导至第一生产线，并将满足第二特性要求的木片引导至第二生产线；以及在所述第一和第二生产线上加工木片，以各自形成第一定向木片木制品和第二定向木片木制品。
2. 如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述原木被切成仅2D木片、仅 3D木片或2D和3D木片的组合。
3. 如权利要求1所述的工艺，其特征在于，作为筛分木片的基础的木片特性 包括选自下组中的至少一项长度、宽度、厚度、密度、水分含量、筛眼尺寸和弹 性模量。
4. 如权利要求1所述的工艺，其特征在于，加工木片以形成定向木片木制品 还包括将树脂施加于木片以形成经树脂处理的木片； 将所述经树脂处理的木片定向成板坯；以及 将所述板坯整饰成具有所述要求特性的定向木片木制品。
5. 如权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述树脂包括选自以下组群中的 至少一项4，4，一二苯甲烷一二异氰酸酯、三聚酰胺一尿素一苯酚一甲醛、三聚酰 胺一尿素一甲醛、苯酚一甲醛、它们的共聚物及其混合物。
6. 如权利要求l所述的工艺，其特征在于，所述第一定向木片制品包括定向 木片胶合木制品。
7. 如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述第二定向木片制品包括定向 木片胶合板制品。
8. 如权利要求l所述的工艺，其特征在于，所述原木源包括幼龄的软木。
9. 一种制造工程木制品的工艺，包括 提供原木源；在两个或多个独立的切片装置中将原木切成木片； 分别从各个切片装置根据木片特性来筛分木片；分别地和根据最后得到的工程木制品的要求特性，从各个切片装置将木片分 配给第一和第二生产线；以及在所述第一和第二生产线上加工木片，以各自形成第一工程木制品和第二工 程木制品；以及其中所述工程木制品包括具有不同组的物理特性的工程木制品。
10. 如权利要求9所述的工艺，其特征在于，所述原木被切成仅2D木片、仅 3D木片或切成2D和3D木片的组合。
11. 如权利要求9所述的工艺，其特征在于，作为筛选木片基础的木片特性包括选自下组中的至少一项长度、宽度、厚度、密度、水分含量、筛眼尺寸和弹性模量。
12. 如权利要求9所述的工艺，其特征在于，加工木片以形成工程木制品还包括将树脂施加于木片以形成经树脂处理的木片； 将所述经树脂处理的木片定向成板坯；以及 将所述板坯整饰成具有所述要求特性的工程木制品。
13. 如权利要求12所述的工艺，其特征在于，所述树脂包括选自以下组群中 的至少一项4，4，一二苯甲烷—二异氰酸酯、三聚酰胺一尿素一苯酚一甲醛、三聚酰胺一尿素一甲醛、苯酚一甲醛、它们的共聚物及其混合物。
14. 如权利要求9所述的工艺，其特征在于，最后得到的工程木制品的所述要 求特性包括选自以下组群中的至少一项弹性模量、沿边弹性模量、平向弹性模量、 断裂模量、表面特征、外形、抗拉强度、剪切强度和密度。
15. 如权利要求9所述的工艺，其特征在于，所述第一工程木制品包括定向木 片胶合木制品。
16. 如权利要求9所述的工艺，其特征在于，所述第二工程木制品包括定向木 片胶合板制品。
17. 如权利要求9所述的工艺，其特征在于，所述原木源包括幼龄的软木。
18. —种用来制造第一和第二工程木制品的生产线，包括 两个或多个原木切片装置； 两个或多个木片筛分装置；以及 两条或多条木片加工线；并且其中所述两个或多个原木切片装置中的每一个仅与各所述木片筛分装置中的 一个单独联系，并且各所述木片筛分装置中的每一个与各所述木片加工线中的至少 两条联系。
19. 如权利要求18所述的生产线，其特征在于，所述原木切片装置包括2D 原木切片机或3D原木切片机。
20. 如权利要求18所述的生产线，其特征在于，每条木片加工线还包括 树脂施加装置；木片定向装置；以及 板坯整饰装置。
21. 如权利要求20所述的生产线，其特征在于，所述板坯整饰装置包括选自 以下组群中的至少--项带板坯预加热器的印压机、蒸汽预加热器和连续板坯压机、 射频预加热器和多开口板坯压机以及不具有板坯预加热器的喷蒸压机。
全文摘要
本公开针对一种同时制造两种不同的工程木制品或定向木片木制品的工艺，每种制品具有不同的预定特性。本公开提供具有提高的木材资源利用率并能同时从同一原木源制造不同等级和特性的工程木制品的工艺。
文档编号B27G11/00GK101389453SQ200680053416
公开日2009年3月18日 申请日期2006年12月5日 优先权日2005年12月23日
发明者F·刘, J·巴克, J·普, K·S·钱伯斯 申请人:邱博工程木材有限公司