用于制造定向木片胶合木制品的工艺的制作方法

专利名称：：用于制造定向木片胶合木制品的工艺的制作方法
技术领域：
：本发明总地涉及通过选择用于制品中的木片而制造具有某些要求或预定的特性的工程木制品或定向木片木制品的工艺。本发明提供具有提高的木材资源利用率、降低的制品变化性、并在同一生产线上制造各种等级和特性的工程木制品的工艺。
背景技术：
：定向木片板("0SB")、定向木片胶合木("0SL")和层叠木片胶合木("LSL")已广泛用作住宅和商业应用场合中的房顶、墙壁和底层地板组件的结构件。0SB可从包括邱博工程木材有限责任公司(HuberEngineeredWoodLLC)、乔治亚-太平洋公司(Georgia-PacificCorporation)、路易斯安那一太平洋公司(Louisisana-PacificCorporation)和若干其它来源从市场上获得。这种材料具有通过例如苯酚甲醛树脂或异氰酸酯树脂的粘合材料加上例如石蜡的上浆(sizing)剂粘合在一起的多层"木片"或"刨片"。木片通过与卸载原木的长度平行的刃缘切割薄片而制成。木片典型为0.01-0.05英寸厚，尽管在某些应用场合下可使用较薄和较厚的木片，并一般小于一英寸至几英寸长且小于一英寸至几英寸宽。木片一般是长度大于宽度的，其纵横比(长度宽度)一般大于大约3。木片被筛分成不同的部分并分装入储仓中。一般来说，尺寸小于大约1/8"的木片被丢弃并作为燃料。一般来说，95%—98%的木材资源可被利用以制造定向木片板。在制造定向木片板的过程中，首先将木片干燥以去除水分，并随后覆层以粘合剂和上浆剂的薄层。经覆层的木片随后以一系列交替层的形式被铺设在传送带上，其中一个层具有大致与传送带一致地定向的木片，而之后的木片层大致垂直于传送带而定向，以使交替层具有基本彼此垂直定向的木片。词"木片"用来表示构成木材的纤维素纤维，而且由于木材的纹理沿小木块的长度行进，因此定向木片板中的"木片"在交替层中基本彼此垂直地定向。定向的"木片"或"刨片"层最后受热和受压以将木片和粘合剂熔合在一起。随后将所得到的制品切割成尺寸并运输。典型地，树脂和上浆剂占定向木片板制品重量的10%以下。定向木片板的制造记载于例如Clarke等人的No.5525394美国专利中，并且关于OSB制造工艺的另一详细说明可在由St印henSmulski(1997)编辑的工程木制品一专家、设计者和使用者指南(EngineeredWoodProduct-AGuideforSpecifier,DesignerandUsers)中找到。制造工程木制品(例如OSB和OSL)的其它工艺包括在No.4061819、Re.30636、4364984、4610913、4715131、5096765、5740898和6263773Bl美国专利记载中的那些内容。定向的木片板已用作屋顶、墙壁、底层地板和木制工字梁腹板的覆板，并用于强韧、轻质、易于敲钉和在水分条件变化时的尺寸稳定性是重要属性的部位。定向木片板相比结构等级的软胶合板以明显折扣出售。越来越稀缺的木材资源和房屋需求暈的增长强烈要求建筑工业用例如0SB、0SL、LSL和单板层积材(LVL)的工程木制品来代替传统原木制品。另外要求量身定做以满足工程木复合材的特定性能需求的更强韧和更耐久的制品。结构件中所需要的重要机械特性是弹性模量(M0E)。一般，对OSB来说，M0E值沿主板轴线在大约0.45至大约1.15(mmpsi(毫米磅/平方英寸))之间，而横跨主板轴线在大约0.08至大约0.49(mmpsi)之间。对于工字形搁栅构件，典型的最小M0E大约为1.50(國psi)。对于短跨距顶梁和梁的场合，M0E的最小值在1.30(mrnpsi)左右。对于铁路枕轨，要求的MOE值等于或大于约1.80(腿psi)。响应较大直径的锯开原木的日益稀缺和来自幼龄木的较小直径原木的供给增加，过去已研发出许多尝试解决与该自然变化关联的问题的制造工艺。典型的方法包括使用较长和较大的木片来筛分和控制木片定向(No.4061819、4610913、4751131和5096765美国专利)，将木片切成均一宽度以更好地对齐(No.6039910美国专利)，以及更薄的木片以制造高性能的定向木片复合材(.T.WoodSci，巻44、191-197页，Zhang等人著(1998))。存在各种因素影响工程木基复合材的特性。主控制因素包括原材料选择和制造工艺。已知的制造工艺一般简单地将树原木作为整体进行加工，以产生在例如树原木的自然制品的自然变化性方面具有相对少的控制的最终制品。这种原材料的变化性导致为实现最终制品的工程要求的原材料的浪费。因此，通过引入附加控制以补偿任何可能的给料质量偏差来改善这一工艺是理想的。
发明内容本发明通过控制原木选择和木片尺寸确定或尺寸控制工艺以满足具有一定要求特性的工程木制品的材料要求，从而满足对制造具有一定要求特性的工程木制品的工艺的需求。本发明通过提供原木、根据其特性将原木分类成N堆经分类的原木并将来自多堆经分类的原木中的至少一个堆的原木切成木片来提供制造具有一定要求特性的工程木制品的制造工艺。从各原木切割操作产生的木片随后根据木片特性被分别分类成S个木片组。然后，或者根据最终得到的工程木制品的要求特性合并来自一个或多个组的各木片以形成合并的木片，并对这些合并的木片涂覆树脂以形成覆盖树脂的合并木片；或者将树脂涂覆于来自一个或多个木片组的木片以形成覆盖树脂的木片，并随后根据最终得到的工程木制品的要求特性将覆盖树脂的木片合并以形成覆盖树脂的合并木片。在任何一种情况下，覆盖树脂的合并木片被定向成多个板坯，这些板坯被整饰成具有要求特性的工程木制品。在该工艺中，N可以是2或更大，S可以是2或更大，而源自不同堆的经分类原木的木片可合并在一起以形成最终的工程木制品。根据本发明，具有不同的要求特性的工程木制品可在同一工程木制品生产线上生产。包含于此以提供对本发明的进一步说明并构成说明书的一部分的附图示出通过本发明的各个实施例获得结果，并和具体实施方式一起用来解释本发明的原理。在附图中1图1是根据本发明的具有木片处理和控制系统的工艺的示意图。具体实施例方式本发明涉及通过控制原木选择和木片尺寸控制和选择工艺以满足具有要求特性的工程木制品的材料要求，从而制造具有一定要求特性的工程木制品的工艺。根据本发明，一般用于表面层的具有特别限定尺寸的木片可用来制造满足住宅市场的工字形搁栅翼缘、顶梁和梁的约1.30(mmpsi)以上的MOE的刚度要求的工程木制品。本发明提供的是根据木片质量和实际制造加工能力，使用标准OSB生产线制造例如LSL制品和OSB制品两者。尽管短木片一般不用来制造LSL制品，然而这些木片是制造OSB的可接受原材料，并且本发明的各实施例提供从同一最初原木源制造LSL和OSB两者的工艺。因此，本发明的各实施例解决了使用标准OSB工艺制造可接受LSL要筛除和丢弃大约50%—70%的木片的问题。根据本发明的工艺是由通过提供原木、根据其特性将原木分类成N堆经分类原木而制造具有某些要求特性的工程木制品的工艺的各实施例提供的。N可以是等于或大于2的整数。通过将来自多堆经分类的原木的至少一堆的原木切割成木片而继续该工艺。可独立于经分类的原木堆地完成该切割工艺，即每次仅从来自一堆的原木切割木片。原木的尺寸确定指将原木切成或锯成尺寸受到正确控制的木片或刨片。典型地，来自一堆以上经分类原木的某些原木可切割成多个木片。来自不同堆的经分类原木的木片在该阶段基本不混，在一起。然后根据木片特性将切割的木片分类成S个木片组。S可以是等于或大于2的整数。用来将木片分成多个组的特性的一个或多个分选点可变并根据最终制品的要求来设定。对于从不同堆的经分类的原木产生的木片，S可以是相同的或不同的。随后可根据最终得到的工程木制品的要求特性将木片与来自一个或多个木片组的木片合并，以形成经合并的木片，并将树脂涂覆于经合并的木片以形成覆盖树脂的合并木片，或者，可将木片合并和树脂涂覆步骤颠倒过来。在木片合并操作中，可将源自不同堆的经分类原木的木片合并在一起。在任何一种情况下，覆盖树脂的合并木片被定向和形成为板坯，可通过已知方法进一步加工板坯，从而制造具有要求特性的最终想要的工程木制品。根据本发明的工艺可使用各种原木特性作为分类原木的基础，包括从由种属、密度、弹性模量、水分含量和原木直径构成的组中选择的至少一个。分类原木可通过视觉观察和测量并随后将其分成至少两堆而完成，例如将适用于OSL和LSL的原木分成一堆并使另一堆包含不适用于OSL和LSL的原木。可使用手持超声波装置来测量原木的密度并基于密度将其分成若干组。可根据需要测量其它原木特性并将其用来进一步分类原木。在本发明的一些实施例中，分类原木可以是两阶段、三阶段或更多的分类工艺，其中在第一阶段中基于一个特性分类原木，随后基于另一不同的特性将原木分入多个子集中，等等。在各实施例中，根据本发明的工艺能够将原木切割成仅二维<2D)木片、仅三维(3D)木片或2D和3D木片的组合。2D切片工艺控制所产生的木片的长度和厚度两者。3D切片工艺控制木片的长度、厚度和宽度的所有三个尺寸。本发明各实施例能以多种已知方法中的任何一种产生适宜的木片，所述已知方法包括例如Timberstrand⑧工艺(来自爱荷华州博伊西的Weyerhaeuser商业的Trus搁栅)，它是一种二维切片工艺，其中首先基于长度和厚度用刻痕刃和凸刃对原木进行切片，同时倒刃控制木片的宽度。所得到的木片具有随机分布的宽度。例如，此时进行广泛筛分操作来获得例如制造LSL的要求的木片尺寸。针对LSL的较佳木片尺寸例如包括长度大于或等于约8"、宽度大于或等于约0.25'，和厚度小于约0.05"(较佳约0.03")的木片。本发明所能采用的3D切片工艺的一个例子记载于No.6035910美国专利中，并且是提供具有均一长度、宽度和厚度的木片的单板条制造工艺。改切片工艺开始于(a)将原木切割成具有与木片的预定宽度对应的均一厚度的木板，所述预定宽度垂直于要制造的单板条的纤维；(b)将这些木板夹紧在一起；以及(c)对夹紧在一起的木板进行机加工以形成单板条。这些2D和3D切片机可由各种切片机制造商定制构建，所述切片机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和加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华市的卡马男卩设i十禾口制造公司(CarmanahDesignandManufacturingInc.)。本工艺进一步包括在分类木片前将木片干燥。木片干燥可发生在例如加热的转筒式干燥机、免行程(trip-pass)干燥机或烘道内。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、筛眼尺寸和弹性模量。这里给出的工艺可利用多种已知的分类木片方法，例如No.6234322、5012933、5109988和EP1362643、EP1358020、EP1007227、EP0681895、WO2002/062493和WO9840173中公开的那些方法。其它分类工序包括振荡筛选工艺和QuadradynTM机加工工艺，两者都是由帕尔有限公司(PALs.r.l)(ViadelleIndustrie,6/B，1-31047Pontedipiave(TV)，意大利)制造的。本工艺可进一步包括在合并或涂覆树脂于木片前存储经分类的木片的步骤。当根据本发明的工艺包括木片存储时，该木片存储可在环境受控的条件下进行以将木片的水分含量保持在预定范围内。环境受控的木片存储可实现于以此为目的设计的储仓内。在本发明的各实施例中，干燥木片和存储的木片的水分含量的预定范围可在大约3重量％和的大约12重量％之间。，适用于本工艺的树脂的实例不构成限制地包括4-4'二苯甲烷一二异氰酸酯(MDI)、三聚酰胺一尿素一苯酚一甲醛(MUPF)、三聚酰胺—尿素一甲醛(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(SCL)制品的树脂。该标准的实例例如包括针于结构木基制品的AC47验收标准。验收标准的其它实例可在www.icc-es.org中找至!j。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各实施例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。本领域内技术人员能够发现本发明不仅限于所指定的工程木制品，而是能用于涉及将原木加工成木片、刨片或任何更小木块并分类和选择这些木片、刨片或更小木块以制造工程木制品的任何数量的工艺。另外，本发明可适用于任何种类的木材资源，例如包括软木和硬木。通过本发明的各实施例制造的工程木制品的多种特性受本工艺的控制。那些受到控制的特性包括例如MOE、断裂模量(MOR)、表面特征、外观、抗拉强度、剪切强度和密度。例如含沿边MOE和平向MOE的弹性模量的基于方向的特性也可受到本工艺的控制。通过根据本发明的工艺，工程木制品的弹性模量被控制在某些预定范围内，例如，在大约0.8—大约2.5之间、或大约0.8—大约1.3之间或大约1.3-大约1.7之间或大约1.7—大约2.0之间或大约2.0—大约2.5之间的MOE范围。工程木制品的使用目的是确定想要的MOE范围的一个因素。根据本工艺，具有不同的要求特性的多种工程木制品，例如定向木片胶合木、定向木片板和层叠木片胶合木可根据本发明在同一工程木制品生产线上制造。为了获得这种制造能力，需要对生产线作出适度的改造。根据本发明，可通过改变所使用木片的比例来控制最终的定向木片制品的要求MOE。下面的表1示出为了生产标称厚度1.75"并且MOE水平根据需要变化的定向木片制品，长度为大约4.5"—大约7.125"的长木片和长度小于大约4.5"且大于大约3.0"的短木片的建议比例。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>图1示出本发明的一个实施例，该工艺的若干步骤包括(1)基于例如原木的直径、种属和密度将原木分类并将其分成三个独立的堆地存储在储木场中；(2)随后将经分类的原木通过切片机切成一定尺寸的木片；(3)然后用干燥机将木片干燥至一要求的水分水平；(4)随后基于木片尺寸和质量将干燥的木片筛分并将其分入三个或多个储仓；(5)基于最终制品的要求特性，用混料装置将来自各储仓的木片重混合；(6)对已重混合的木片涂覆树脂；(7)用诸如定向盘的普通定向装置将覆盖树脂的木片排列成板坯；(8)以适宜的压縮比将松填料的板坯热压至要求的厚度；(9)然后使所得到的制品经历普通整饰步骤，例如修剪、切割、冲压、喷砂、修边处理、包装等。.在本发明的另一实施例中，图1所示的筛选和干燥步骤可以相反顺序进行。另外，重混合和涂覆树脂的步骤也可以相反顺序进行。本领域内技术人员能理解在本发明范围内众多的其它工艺变化。所有公开物、文章、论文、专利、专利公布和本文引证的其它参考文献基于各种原因因而被完整地援引包含于此。尽管前面的说明针对本发明的较佳实施例，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。给出下列实例以提供对本发明更完整的理解。旨在表述本发明原理而给出的特定技术、条件、材料和报告数据是示例性的并且不应当解释为对本发明的范围构成限制。实例使用市面上可获得的环形切片机将美国长叶松(SYP)原木加工成具有7.125"的目标长度、0.030"厚的目标厚度和0.75'，宽的目标宽度的木片。然后将木片干燥至大约3%—大约6%的目标水分含量。随后用盘筛分器筛分经干燥的木片。来自经筛分的SYP供料的长木片的近似回收率为大约50%，短木片的近似回收率为大约47%，还有大约3%的燃料和废渣待处理。5.5重量％的聚合物MDI树脂(可从HuntsmanICI获得)、1.5重量％的乳蜡(可从BordenChemicals获得)被涂覆于经筛分的SYP木片。随后将选择比例的覆盖树脂的木片馈送至定向工位以主要沿木片长度对齐大部分木片。在两步骤的预热/热压进度之后，用4'X8'的喷蒸热压机将形成的板坯压制成具有1.75"最终目标厚度的最终定向木片制品。经筛分的长木片部分被用来制造具有相对高MOE的中层单层工程木制品，并将短木片部分用来制造一般较低MOE的制品。前面以说明和解释为目的提供了对本发明的各实施例的详细说明。它不旨在将本发明穷举或限制在所公开的准确实施例内。许多修改和变化对本领域内技术人员而言是明显的。选择和描述这些实施例以最好地解释本发明的原理及其实践应用，由此使其它本领域内技术人员能够结合各实施例和适于特殊用途的各修正例来理解本发明。本发明的范围由下面的权利要求书及其等效物限定。权利要求1.一种制造具有一定要求特性的工程木制品的工艺，包括提供原木；根据原木的特性将原木分成N堆经分类的原木；将来自至少一个经分类的原木堆的原木切割成木片；根据木片特性将每次切割操作所产生的木片分别地分类成S个木片组；随后，或者根据最终得到的工程木制品的所述要求特性将来自一个或多个木片组的木片合并起来，以形成合并的木片；以及将树脂涂覆于所述合并的木片以形成覆盖树脂的合并木片；或者，将树脂涂覆到来自一个或多个木片组的木片以形成覆盖树脂的木片；以及根据最终得到的工程木制品的所述要求特性将所述覆盖树脂的木片合并起来，以形成覆盖树脂的合并木片；然后，将所述覆盖树脂的合并木片定向成板坯；以及将所述板坯整饰成具有所述要求特性的工程木制品；并且其中N为2或更多，S为2或更多，并且可将源自不同堆的经分类的原木的木片合并在一起。2.如权利要求l所述的工艺，其特征在于，用作分类原木的基础的所述原木特性包括从由种属、密度、弹性模量、水分含量和原木直径构成的组中选择的至少一个。3.如权利要求l所述的工艺，其特征在于，所述原木被切割成仅2D木片、仅3D木片或2D和3D木片的组合。4.如权利要求l所述的工艺，其特征在于，还包括在分类木片前干燥木片。5.如权利要求l所述的工艺，其特征在于，用作分类木片的基础的所述木片特性包括从由长度、宽度、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。6.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，还包括在合并木片或涂覆树脂至木片之前存储所述经分类的木片。7.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述木片被存储在环境受控的条件下，以将所述木片的水分含量保持在预定范围内。8.如权利要求7所述的工艺，其特征在于，所述木片的水分含量的预定范围在重量的大约3%和大约12%之间。9.如权利要求l所述的工艺，其特征在于，所述树脂包括从由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构成的组中选择的至少一个。10.如权利要求l所述的工艺，其特征在于，所述要求的工程木制品包括由定向木片胶合木、定向木片板和层叠木片胶合木构成的组中选择的一个。11.如权利要求l所述的工艺，其特征在于，所述最终得到的工程木制品的要求特性包括从由弹性模量、沿边弹性模量、平向弹性模量、断裂模量、表面特征、外观、抗拉强度、剪切强度和密度构成的组中选择的至少一个。12.如权利要求ll所述的工艺，其特征在于，所述工程木制品的弹性模量在大约0.8至大约2.5的范围内。13.如权利要求ll所述的工艺，其特征在于，所述工程木制品的弹性模量在大约0.8至大约1.3的范围内。14.如权利要求ll所述的工艺，其特征在于，所述工程木制品的弹性模量在大约1.3至大约1.7的范围内。15.如权利要求ll所述的工艺，其特征在于，所述工程木制品的弹性模量在大约1.7至大约2.0的范围内。16.如权利要求ll所述的工艺，其特征在于，所述工程木制品的弹性模量在大约2.0至大约2.5的范围内。17.如权利要求l所述的工艺，其特征在于，在同一工程木制品生产线上制造具有不同的要求特性的工程木制品。18.—种用于制造工程木制品的工艺，包括提供原木；根据原木的特性将原木分成N堆或更多堆经分类的原木；将来自至少一个经分类的原木堆的原木独立地切割成木片；根据木片特性将所述木片分类成S个或更多个木片组；根据最终得到的工程木制品的所述要求特性将来自一个或多个木片组的木片合并起来；将树脂涂覆至所述合并的木片以形成覆盖树脂的合并木片；将所述覆盖树脂的合并木片定向成板坯；以及将所述板坯整饰成所述要求的工程木制品；并且其中所述要求工程木制品具有不同组的特性，且在同一工程木制品生产线上制造，N是2或更大的整数，而S是2或更大的整数。19.一种制造工程木制品的工艺，包括原木分类和木片制造工艺，该工艺包括提供原木；根据原木的特性将原木分成N堆或更多堆经分类的原木；将来自所述经分类的原木堆的每一堆的原木独立切割成木片；根据木片特性将所述木片分成S个或更多个木片组；以及工程木制品制造工艺，该工艺包括根据最终得到的工程木制品的所述要求特性将来自一个或多个木片组的木片合并起来；将树脂涂覆至所述合并的木片以形成覆盖树脂的合并木片；将所述覆盖树脂的合并木片定向成板坯；以及将所述板坯整饰成所述要求的工程木制品；并且其中所述要求的工程木制品具有不同的特性并在同一生产线上制造;N是2或更大的整数，而S是2或更大的整数。全文摘要本发明针对一种通过对用于制品的木片的选择而制造具有一定要求的或预定的特性的工程木制品或定向木片木制品的工艺。本发明提供木材资源利用率提高、制品变化性下降、并能够在同一生产线上制造不同等级和特性的工程木制品的工艺。文档编号B32B37/00GK101426647SQ200680053401公开日2009年5月6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·普申请人:邱博工程木材有限公司