干燥成型的三维木制纤维网的制作方法

专利名称:干燥成型的三维木制纤维网的制作方法
背景各种林木产品由木制纤维制造。美国专利U.S.5,900,304以其全文引入本文作为参考，其焦点在一种木制纤维产品，其在热和压力条件下被三维成型以产生用于复合结构纤维板的主要结构部件的结构木制纤维网。该网的几何学允许使用简单坚固的模具，它可以被以一维的力压制在一起。当该纤维网被粘合到片状覆盖物或饰面以产生复合板产品的时候，复合结构形成坚固、轻质、坚硬的三维构架。
具有三维部件的其他的板产品。例如，以其全文引入本文作为参考的美国专利U.S.4,702,870(“US′870”)描述了用于从木制纤维形成三维结构部件的方法和装置。这种方法和装置需要使用弹性模具插件以形成在完成的纤维板产品中的三维特征。该弹性模具插件是最普遍的由一排弹性体凸起物构成的。所述弹性体被连接到坚硬的支撑板。在木制纤维产品的批量生产中，在用于产品加强和干燥的必须的热和压力条件下，弹性体模具部件可能呈现压缩变形和相对快速磨损的问题。结果，弹性体模具部件具有相对短的寿命并需要在高速生产设备中被频繁的替换。除了模具的短寿命，所公开的三维纤维板物体被限制于具有扁平表面的物体，其由延伸到近似垂直于所述扁平表面的网支持、由同样的纤维合成物的网支持。
从US‘870的弹性模具插件到纤维垫层的热传递是缓慢的，因为模具插件的弹性体部件的低热传导性，以及因为到弹性体模具部件之间的纤维区域的长的热传导通路。缓慢的热传递导致压力中的长的干燥时间，这是这个方法的主要问题，尤其是对厚的产品。使用纤维垫层的无线电波加热，干燥速度可以被增加，但是这样增加了用于成型和干燥纤维板产品的装置的复杂性和成本。
以其全文引入本文作为参考的美国专利U.S.5,227,854中描述的从纤维制造格栅的方法还使用了能够形成三维物体的弹性体模具插件的想法。因为使用了弹性体模具插件，本发明遭受了如同US‘870经历的相同困难。此外，尽管这个模具插件能够产生三维的力，它被用于制造仅具有通常的二维特征的纤维产品。
以其全文引入本文作为参考的美国专利U.S.5,198,236和5,314,654描述了使用坚硬模具以形成结构纤维板产品中的三维特征的方法和装置。这些纤维板产品被限于扁平表面的物体，其由延伸到近似垂直于所述扁平表面的网支撑。此外，所公开的坚硬的模具部件在纤维加固期间必须被缩回。在美国专利U.S.5,314,654中，使用了类似于US‘870的插件的弹性模具插件的第二成型步骤是被需要的。因此，这种结构纤维板产品的形成遭受了与已经对US‘870指出的相同困难。此外，对于可缩回模具部件的需要使这种方法复杂并且昂贵。
以其全文引入本文作为参考的美国专利U.S.5,316,828(“US‘828”)揭露了强化的有凹槽的中间物和波纹状纤维板，其具有与常规波纹状纤维板相比的增加的强度和硬度，由于在简单的波纹状纤维板结构中添加三维部件。所述三维部件采用粘合材料的形式，其沿着横穿凹槽的线而被施用。所述粘合剂至少部分的填充并横跨波纹的沟槽，在既沿着波纹又横跨波纹可压缩和弯曲的压力下使波纹状板保持更加坚固。
因此，US‘828的结构不成型为单片并需要多个制造步骤。此外，需要大量的粘合剂填充到凹槽顶部的沟槽中。粘合剂可以填充并仅跨过厚的波纹状板中的小部分凹槽，使所述技术对厚的波纹状板是无效的。最后，粘合剂对凹槽中间物的两个侧面的应用将增加产品的重量和材料费用，并使板的生产变得复杂。
以其全文引入本文作为参考的美国专利U.S.4,726,863描述了制造高强度复合纸板的方法。该板由波纹状中层(midstratum layer)组成，该层被粘合连接到下层和覆盖层。沿着由波纹形成的凹槽没有结构的变化，制造通常二维的结构并将它置于与本发明相比较不同的结构类别。因为它的类似于常规波纹板的二维结构，与沿着波纹比较，这种板制品在横穿波纹的方向上具有较少的强度和硬度。
以其全文引入本文作为参考的美国专利U.S.5,900,304描述了用于结构复合物的湿成型三维核心。使用以一维压制力压制在一起的简单坚固模具，三维木制纤维网可以被制造。纤维网使用湿成型方法制造，其中所述木制纤维通过将纤维与水混合从而形成浆而被制备。纤维网在热和压力下形成为一片，在大多数载体流体被排放或当坚硬模具被压制在一起时由浆榨取之后。一旦使用坚硬模具成型，纤维网包含波纹，在沿着波纹边缘的间隔位置其具有沿着所述网两侧上的波纹边缘的向斜(V-型)凹槽。凹槽的相对表面形成了背斜(倒V-型)突起，其作用为横跨波纹沟的波纹刚性元件的桥接。这些部件产生倾斜的网表面。这些部件的沟槽和脊可以是扁平的。扁平脊提供了用于施用粘合剂的外表面，所述粘合剂将所述网粘合到附加部件。倾斜或扁平的表面允许使用简单坚硬的模具形成所述网，所述模具使用一维的压制力被压制在一起。
结构板的应用中，材料片被粘合地连接到所述网的一侧或两侧上的所述成型网的扁平边缘，其提供了覆盖所述网的光滑表面。从而所述网用作被夹在饰面片之间的坚硬的、轻质结构核心以形成复合板。所述组合结构由连接到片材的三维网组成。
以其全文引入本文作为参考的美国专利U.S.6,451,235描述了用于由纤维的水浆形成三维核心的湿法，其使用了压力干燥以产生坚固的核心结构。湿成型技术可以被用于产生深轧制的三维结构核心，其使用了所谓的湿纤维的自然可塑性和适应性。湿纤维的使用可以能够形成、轧制并结合这样的结构而没有使用复杂的模具设计和复杂的成型方法。
根据以其全文引入本文作为参考的美国专利U.S.4,702,870中所描述技术的商业产品SONOBoardTM可以利用复杂的可变形模具，在其上的纤维水浆可以被成型为带有扁平面的三维蜂窝状物。湿的预成型组合物可以被湿压缩，之后传递到热压缩，其中它可以被压缩干燥以形成半坚固的复合结构。这些结构中的两种沿着蜂窝状物的面可以被碾压以制造扁平的、坚硬的板。这种产品的另外的形式在商业上称之为GridcoreTM。
发明概述湿成型的三维核心的干燥已经被确定为完成起来过度花费时间并且是一种低效率的成型法。它需要大量的昂贵的热能以完成湿成型材料的干燥步骤。湿成型还需要大体积的循环水。流出液含有很好的纤维片段和最终在废水流中净化的溶解的固体，所述废水流需要减轻污染的处理。
如以上所述，美国专利US 5,900,304中所描述类型的三维结构核心使用湿成型模具被制造。用于进行湿成型法的示范性的模具的说明在美国专利US 5,900,304中被提供，在col.5，lines 1-52和col.5，line 65至col.6，line6。
从干燥成型纤维生产的优选深轧制的、复杂的三维结构核心的生产还没有出现，由于现有技术的教导讨论了干燥成型板的机械特性的次级压实和发展，由于缺乏适应性和由于干燥纤维的“反冲”。现有技术做出结论复杂而昂贵的设备和方法用于干燥纤维成型和增加密度是必须的，由于缺乏被需要用于深轧制的柔韧性和灵活性，以及本质的纤维到纤维接触，其用于达到这样的复杂三维结构的所需粘合强度。
但是，已经被确认的在于使用湿成型法不是费用上高效的或时间上有效的制造这些三维核心的方法。因此，已经被确定的在于用于US 5,900,304中的模具类型可以被用于干燥成型法，所述类型的模具被趋向于用于湿纤维块的大量水的排放的发生，并且尤其是在从含水纤维浆的湿压力干燥，即湿成型中。因此，均匀坚固复杂的核心结构使用干燥成型法可以被制造，尽管三维核心的湿成型中被需要的湿成型流动、高的纤维可塑性和破坏基本没有排除。
题述的干燥成型法可以形成与那些由湿成型技术制造的相比的高质量三维结构的核心。此外，美国专利US 5,900,304的模具设计中的修改可以被提供，其改善了它们的更深的核心的干燥成型生产性能，并保持结构的整体性、高强度、和出色的层压特性，没有饰面板的暴露核心图案。
参考附图发明将更加容易被理解，所述附图也形成了本公开的部分，其中图1透视的呈现模铸纤维网的第一实施方式，其显示了网的一个侧面上的波纹和向斜凹槽，所述网带有沿着靠近波纹边缘交错排列的凹槽。
图2是所述纤维网的附加透视图，其揭露了穿过图1中示出的网的前方波纹边缘的剖视截面图。
图3是透视的呈现了图1中描述的所述纤维网的单波纹的断面，此处波纹沿着板通过波纹的顶峰或脊被切开。
图4呈现了纤维网的顶部视图(4A)、端部视图(4B)和侧面视图(4C)，所述网具有波纹之间的交错排列的向斜凹槽和背斜突起。
图5显示了发明第二实施方式的顶部视图(5A)、端部视图(5B)和侧面视图(5C)，其显示了排列起来横穿所述网的向斜凹槽和背斜突起。
图6显示了板的实施方式，其具有连接到所述纤维网的脊的饰面片，所述网形成了坚固的三维构架结构。
图7显示了多个纤维网的顶部视图(7A)、端部视图(7B)和侧面视图(7C)，其沿着边缘而被堆叠和连接以形成厚的、坚固的纤维结构。在所述堆中的每个网具有图5中示出的所述网的第二实施方式的形式。其他的网的实施方式也可以被用于堆叠结构。
图8是图7的堆叠网的组装图，以及被连接到外部网的外部脊以形成带有扁平外部表面的坚固结构的饰面片。
图9显示了通过水平堆叠所述网而制造的板制品，其使用相对大量的网片断，之后将饰面片连接到被堆叠的网的垂直边缘。图9中的所述堆中示出的单独的网具有与图5中示出的所述网的第二实施方式相同的形式。其他网的实施方式也可以用于堆叠结构。
图10优选的三维核心平面视图，其被设计为减少任何连续的直的和清晰的视线。
详细说明本文描述的示范性结构在设计上类似于在美国专利U.S.5,900,304中制造的那些结构，除了他们使用干燥成型法而非湿成型法。实施方式的不同视图的透视图在图1-3中被示出以阐明所述网的基本结构。图1中描述的结构显示了压制纤维网的上表面视图，所述网由一串凹槽或波纹1组成，沿着它们的是大量的V-型开口(下文称之为向斜凹槽4)向下进入波纹的边缘，以及其他大量的倒V-型突起(下文称之为背斜突起5)从所述波纹的沟槽向上。背斜突起5可以具有与波纹相同的高度，如图1中示出的，或他们可以被设置为从波纹的边缘向后。
用于参考，波纹轴的方向通过图1中的箭头3而被指出。对于围绕板形成的网，网的中间板可以被定义为水平板，其通过狭窄的总高度尺寸中的中间结构。所述中间板通常正交于施加力以形成所述网的方向。
向斜凹槽4的沟槽和背斜突起5的脊的方向近似正交于波纹的轴。如果需要，其他的相对角度可以被使用。通过从图1中示出结构的下侧使波纹的沟槽缩进，背斜突起5被形成。向斜凹槽4和背斜突起5都是凹槽，其进入以相同方式制造的波纹脊中，但是从纤维网结构的相对侧面。
由向斜凹槽4和背斜突起5形成的壁跨过或横跨所述波纹邻接的壁之间的空间。通过横跨这个空间，向斜凹槽4和背斜突起5可以用作波纹1的角撑板或刚性元件。他们可以提供正交于波纹轴方向的强度和刚性。所述纤维网可以保持它的作为模铸的形式而不需要额外的支撑。纤维网的自我支撑特征使组装为堆叠结构非常简单和便利。自我支撑特征还允许所述网被用于作为模铸的条件，其在一些包装应用中是有用的。
在所述网的底部或顶部表面二者上的结构的最高点或脊6可以是扁平的。沿着脊的这些扁平特征形成了表面，它是便利的并可以是用于粘合剂施用的有效位置，所述粘合剂被用于将所述结构粘合到不同类型的覆盖或饰面片，或用于将几个网粘合在一起以形成堆叠结构。如图1中描述的，这些扁平顶部的脊可以包括除了波纹1的最高点或脊之外的背斜突起5的最高点或脊。
图2提供了第一实施方式的另外的透视图。在这个视图中，图1中示出的结构沿着图1的平面2-2被切开以显露所述结构的横截面和下面的一些特征。图3是示出单波纹的另外的透视图，该波纹在穿过所述波纹的中间平面处被分开。通过波纹沟槽的凹槽形成的背斜突起5在图2和3中被阐明。所述结构是具有倾斜表面和扁平脊的相对薄的三维的网。
本发明结构的拓扑允许将三维网形成为单独连续的片，在单模具操作中使用以一维的形成力被压制在一起的简单坚固的模具。用于形成本发明的顶部和底部模具的表面分别包含所述结构的顶部和底部表面的反面凹陷。单向的模具压力被施加到通常正交于网结构的平面轴或中间板的方向。
使用坚固模具将纤维网形成为单独成型步骤中的单片能力的特征在于所述网的表面包括所述结构中间板坐标系的单数值函数。因此，没有网的部分被横截多于一次，由于所述模具以其完成形式中朝向所述网移动。没有所述网的部分向后折叠或具有中空区域，其将以另外的方式使坚固模具不可能进入单独成型步骤以形成单独连续的网。
仅由于所述网的有角度或倾斜的表面允许三维网结构的快速成型，他们还允许所述网形成之后的从所述网的模具的快速分离。出色的模具释放特性被提供。
图4A示出了类似于图1和2中描述的网的三维纤维网的顶部视图。在这种情况下，少量较大的网被示为出具有更多的凹槽和突起。顶部视图有意地显示倾斜形状，以便使网结构或图案清楚。通过修整边缘或形成带有所需周边形状的网，所述网可以被制造以具有矩形周边或任何其它周边形状。
图4A中，结构的扁平顶部脊7由顶部视图中加粗黑线代表，而扁平底部的沟槽8由顶部视图中的阴影图案代表。如已经在图1-3的联系中提到的，脊7的扁平部分形成了用于施用粘合剂的非常好的表面，所述粘合剂用于将网粘合到饰面或其他纤维网。顶部视图中的细的成角度的线是向斜凹槽的边缘，其进入纸面而背斜突起从纸面出来。因此，包括阴影水平线的图4中菱形部件代表向斜凹槽9，而包括加粗实线的那些代表背斜突起10。
图4B显示图4A中描述的结构的下边缘视图。图4B中表现的视图由图4A中横截面4B-4B指出。波纹11的端部视图和背斜突起10的侧面在这个附图中是可见的。图4C显示了所述网的右边缘视图，其显示了向斜凹槽9和背斜突起10的另一个视图。图4C中的右边缘视图由图4A中的横截面4C-4C指出。
图4中，向斜凹槽9和背斜突起10的位置是沿着邻接的波纹交错排列的。通过将这些部件交错排列，可以既在沿着波纹又在横穿波纹的方向赋予所述结构弯曲强度和硬度。
图5A是网的顶部视图，其中向斜凹槽12和背斜突起13在正交于波纹的方向被排列以使所述网跨波纹的弯曲或折叠变得便利。图5B中示出的这个实施方式的下边缘视图和右边缘视图在图5C中被示出。这个特定实施方式的拓扑允许使用模具，所述模具可以易于从单片坚固材料在三轴铣床上以车床加工。与图4比较，图5中的凹槽和突起之间被示出为稍微较大的距离，以图解说明向斜凹槽12和背斜突起13的空间和位置可以变化的事实。适合的位置和空间将取决于诸如跨波纹强度、模具制造的经济、终产品形状以及最终用途等产品应用的需要。
折叠或弯曲所述网的能力在许多应用中是优点。例如，盒子的制造中，所述网在拐角处可以被折叠并且随后以饰面覆盖以制造光滑表面。通过所述网在作为模具条件下是自我支撑的事实，以这个顺序组装盒子是非常便利的。诸如木材、金属和硬塑料等任一种硬片材料，或诸如薄纤维板或纸板等更加柔韧的片材，可以被施加到所述网以形成这种情况中的盒子表面。使用不同的组装顺序，饰面被施加到所述网之后，折叠可以被执行，如在常规的波纹状板的制造中所做的。这种情况下，所述饰面必须是可弯曲的以便允许该饰面在弯曲之前沿着折线被折叠。
还可能的是形成由交错排列的凹槽和突起组成的纤维网，所述凹槽和突起覆盖了网的除了沿着预定折叠线的大部分区域。沿着这些折叠线，凹槽和突起将被排列起来。使用线性和交错排列的网特征的组合，易于折叠的板可以被制造，它既在沿着波纹也在横跨波纹的方向是坚固的。
图6图解了光滑平坦的表面片17，其可以被连接到纤维网19的脊18。类似于图5中图解说明的网，网19可以被绘出。复合结构成为带有纤维网19衬背或核心的平坦表面板。被施加到网19的片材17跨过横跨了形成坚固三维构造的向斜凹槽12顶部的缝隙。以这种方式形成的三维构造对复合板赋予了相当大的硬度。
施加到所述网的光滑表面片17提供了用于印刷并显示文字和图形的非常好的表面，其对于传递信息和广告是有用的。所述片被连接到所述网之前或之后可以进行印刷。尽管图5中示出为通常的平板，通过成型或使网19弯曲为拱形并将柔韧性片粘合到所述网19，弯曲形状也是易于制造的，如此所述片跟随纤维网19弯曲。
用于纤维网的任何实施方式，许多不同材料可以被用于饰面片。例如，饰面可以由木制薄板、基于木制纤维材料的片、木制颗粒板材料(wood-based-particle)、塑料或金属片组成。
图7A是某一实施方式的顶部视图，其中几个单独的纤维网19以堆叠结构被粘合在一起。图7B是网堆的底部边缘视图，以及图7C是堆叠的网的右边缘视图。沿着在单个网19的脊14处形成的表面，所述网19可以是被易于连接的。通过将如图7B边缘视图示出的网19交错排列，向斜凹槽12的顶部处的缝隙通过邻接网19的脊14的坚硬部分而被跨过。以这种方式，所述结构成为复杂坚固的三维构造，其在所有方向具有相当大的硬度。在这种情况下得到了硬度而没有使用饰面板。
通过将所述网堆叠，如图5中的以排列起来的凹槽制作的平坦的网可以在所有方向上被制造为坚硬的，其包括横穿凹槽折叠线的方向。这是因为横跨适当堆叠结构中的凹槽缝隙而形成坚硬的桥，抵抗弯曲的力下凹槽的闭合。通过排列所述网中的凹槽，在这些堆叠结构中，沿着和横跨凹槽的硬度可以被保持。
对于给定的板厚度，堆叠网通常通常比仅由单独大网组成的板具有更好的热绝缘特性。这个优点是主要由于穿过堆叠网厚度的空气室的分离或隔离。通过分离空气室，循环的空气流被打断并彼此隔离。热传递穿过堆叠网厚度，由于沿着这些空气流的热对流因此而被减少到最小。
然而未在图7中示出的，材料片还可以在网堆内的网19之间被施用。材料片的这个附加层赋予了复合板的附加强度和硬度并增加横穿板的对流换热抗性。增加的对流换热抗性是由这些实施方式中的堆叠网内的空气室的进一步分离和隔离产生的。
作为堆叠构造中的网19之间的附加片材的额外优点，不同层的粘合连接可以被简单化。出现这个优点，因为所述片提供宽的粘合表面。在这种情况下，所述堆的临近层不需要如同没有片层情况下的必要的精确放置。没有所述片层，网脊7和14在它们被粘合之前必须被小心对齐。
图8描述了饰面片17应用到堆叠构造的外部网脊14，以提供所述堆以更大硬度和光滑表面。根据所述应用，片可以或可以不被置于所述堆内的网19中间。
图9显示出大量网19被水平堆叠的实施方式。在这种情况下，饰面片被施用到所述堆的边缘而不是到外部网脊14。对于这种构造，单独网将通常相对于网的总长度(图19中进入纸面的尺寸)具有窄的宽度(图9中的高度尺寸)。图9中描述的堆叠网和饰面片在相对厚的承重梁和脚手架的形成中将是有用的，所述承重梁和脚手架中沉重负载被施加到网19的脊。此外，沿着堆叠板边缘的覆盖片将阻止碎屑进入所述网堆。
再一次的，片材可以被置于图9中示出的所述堆内的网之间，以赋予复合结构额外的强度和硬度。然而未在图9中示出的，在图9中所描述结构的右、左和正视图中，饰面片还可以被易于施加到复合板的边缘。添加这些饰面片，复合板的所有侧面将完全被光滑饰面围绕。
还可能的是把纤维网套起来。通过将多个网以套装构造粘合在一起，与单网的强度和硬度比较，所述网的强度和硬度可以被充分增加。仅使用单网构造和单独成型装置，套装允许网的厚度、强度、和硬度在很宽范围内变化。
所述发明以它的不同形式，可以被用于在包装、材料处理、建筑和家具工业中制造各种结构的产品。产品包括集装箱、货仓箱、重型箱、运输容器、墙板、屋顶板、混凝土形式(cement form)、隔板、海报展示板、卷轴、办公桌、匣子、架子、餐桌和门。
所述发明可以由所有类型的木制纤维形成。它可以单独由不包含化学添加剂的木制纤维形成，使产品易于可回收。它还可以由树脂或粘结料添加剂形成以增强特征。所述发明还可以包括不同的其它添加剂和处理以对结构赋予特定的特性，诸如对水、火和害虫的抗性。
使用U.S.5,900,304中的以上描述的模具，以下干燥成型法的实施例可以被实施预成型的、基本扁平的垫层是首先由处理的木制纤维干燥成型的。这些木制纤维可以包括，例如，从木材碎片、木屑或刨床刨片、回收的牛皮纸或旧波纹状纤维、旧报纸或其它形式的回收纸，在旋转盘式精磨机中被粉碎的全部木制纤维。
木制纤维可以与回收的或原始塑料材料混合，以及其他成份被选择以赋予终产品特定的特性，包括但不限于聚乙烯、聚氯乙烯、灭火剂化合物、粘土、湿强度添加剂、蜡、和/或杀虫剂。例如，尿素甲醛树脂或酚醛树脂、亚甲基二异氰酸酯树脂或相关的粘结料可以被添加到木制纤维。
添加剂通常与以上木制纤维混合以达到添加剂的彻底混合和分散。这些添加剂被用于将木制纤维结合到预成型的、基本平坦的、干燥成型的木制纤维垫层中，并最终进入三维木制纤维结构核心。本发明的添加剂结合系统通常包括异氰酸酯聚合物和/或醛聚合物树脂。添加剂结合系统还可以是异氰酸酯/胶乳的共聚物或酚醛树脂/胶乳的共聚物。可以被用于本文的另一种添加剂结合系统是基于大豆的添加剂系统，其包括不含醛的湿强度添加剂，其可以单混合添加物施用到木制纤维，或连续地以二成份添加剂应用。形成添加剂结合系统的聚合物通常是液体形式，如此他们可以被直接施加到木质纤维素材料层的大部分表面。聚合物树脂在他们应用之前可以被结合在一起。
醛聚合物树脂可以包括热固性树脂，诸如酚醛树脂、间苯二酚-甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、尿素-甲醛树脂、改性的木质素磺酸盐树脂、尿素-糠醛树脂、浓缩的糠醇树脂。酚组份可以包括任何一种或多种的酚，它们迄今已经被用于酚醛树脂的形成，并且它们没有或在两个邻位或是在一个邻位和对位处被取代，这样的非取代位置对于聚合作用反应是必要的。酚环的任何一个、所有的、或没有余下的碳原子可以被取代。取代的性质可以广泛变化，且唯一必要的在于取代基不介入醛与酚在邻和/或对位的聚合作用。用于形成酚醛树脂的被取代的酚包括烷基取代酚、芳基取代酚、环烷基取代酚、烯烃取代酚、烷氧基取代酚、芳氧基取代酚、和卤素取代酚，前述取代基含有从1至26，且优选从1至12个碳原子。适合的酚的特定实施例包括酚、2，6二甲酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚、3，5-二甲酚、3，4-二甲酚、2，3，4-三甲基酚、3-乙基酚、3，5-二乙基酚、对丁基酚、3，5-二丁基酚、对戊基酚、对环己基酚、对辛基酚、3，5-二环己基酚、对苯基酚、对丁烯基酚、3，5-二甲氧基酚、3，4，5-三甲氧基酚、对乙氧基酚、对丁氧基酚、3-甲基-4-甲氧基酚、和对苯氧基酚。
与酚反应的醛可以包括迄今用于形成酚醛树脂的任何醛，诸如甲醛、乙醛、丙醛、糠醛、苯甲醛。通常，所使用的醛具有通式R′CHO，其中R′是氢或1到8个碳原子的烃基基团。最优选的醛是甲醛。
异氰酸酯聚合物适合的可以是任何有机异氰酸酯聚合物的化合物，其每个分子包括至少2个活性异氰酸酯基团，或这样的化合物的混和物。通常，用于本发明方法的异氰酸酯聚合物是具有至少大约2的异氰酸酯基团官能度的那些。优选的，这个官能度以132到135的异氰酸酯当量在从2.3到3.5的范围内。异氰酸酯(isocyanato)官能度可以由可用的NCO基团百分比以及异氰酸酯聚合物的组合物的平均分子量决定。可得到的NCO基团百分比可以ASTM测试方法D1638的步骤确定。
可以被用于本发明方法的异氰酸酯聚合物可以是通常用于粘合剂组合物中的那些，其通常包括芳香族的、脂肪族的和脂环族的异氰酸酯聚合物。代表性的芳香族异氰酸酯聚合物包括2，4-二异氰酸甲苯酯、2，6-二异氰酸甲苯酯、4，4′-亚甲基二(异氰酸苯酯)、1，3-二异氰酸亚苯酯、三异氰酸三苯甲酯、2，4，4′-三异氰酸二苯醚、2，4-二(4-异氰酸苯甲基)异氰酸苯酯和相关的聚芳基聚异氰酸酯、1，5-二异氰酸萘酯和其混和物。代表性的脂肪族的异氰酸酯聚合物包括六亚甲基二异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、和1，12-二异氰酸十二烷酯和二异氰酸赖氨酸乙酯。代表性的脂环族异氰酸酯聚合物包括4-4′-亚甲基二(异氰酸环己酯)、1，4-二异氰酸环己烯酯、1-甲基-2，4-二异氰酸环己烯酯和2，4-二(4-异氰酸环己基甲基)异氰酸环己酯。
异氰酸酯聚合物通常以其液态形式被施用。通常，当苯酚-甲醛树脂被用作酚醛树脂时，其在用于本发明方法的粘合剂组合物中存在的重量在大约50到90％的范围内，优选的在粘合剂总重量的大约60到80％范围内。通常，异氰酸酯聚合物存在的量优选的从大约3％(重量)、更优选的从大约5％(重量)，最优选的从大约7％(重量)直到大约30％(重量)，更优选的直到大约25％(重量)，及最优选的直到大约20％(重量)，以上基于木制纤维垫层的总重量。当粘合剂结合系统根据这样的百分比被施用时，是商业上的所需板特性和经济利益的吸引人的组合的一种粘合剂。
通过输送处理的干燥木制纤维或其混和物以可控制速率重力穿过空气，预成型的、基本平坦的、经处理的木制纤维的干燥垫层的形成可以被完成。这些重力输送的、处理的干燥木制纤维或混和物均匀地分布在形成区域的平面或形成床的真空以形成具有预定基本重量(每单位面积的重量)的垫层。然后，这种垫层被预先压制以充分增加它的机械粘结性以便于其随后处理和装载入以美国专利US 5,900,304中概述的类型的三维模具配备的非连续的或连续的热压力中。
然后，预成型的、预压制的、干燥平坦垫层在三维模具之间被压制，用于使用压制方案的预定期间，所述方案充分允许预成型的、预压制的、干燥垫层被轧制并模铸到单独压制运动中的三维结构中。对于形成物体核心的优选的单独压制运动可以在断续的或连续的模具构造内被实现。
这些垫层被引入平行于垫层纵/横轴的板中的模具。压制循环期间，当所述垫层被引入模具的三维轮廓之内时，热固性粘合剂、蜡和其他添加剂被硬化。此外，存在的任何湿气被以某种方式热蒸发，所述方式提供溢出的水蒸汽的释放而没有在压力循环结束压力被释放的时候破坏加固的、热耦合的核心。引入模具的垫层的湿气含量优选的从大约5％(重量)、更优选的从大约6％(重量)，最优选的从大约8％(重量)直到大约20％(重量)，更优选的直到大约16％(重量)，及最优选的直到大约12％(重量)，以上基于烤炉干燥木制固体的总重量。相反地，相同烤炉干燥基础上被挤压的，湿成型垫层在预压制之后和引入用于脱水、干燥和加固的热压制阶段之前，其湿气含量的通常范围为比干燥垫层高至少大约五倍，另一个实施方式中至少大约七倍，另一个实施方式至少大约八倍，甚至另一个实施方式中至少大约十倍。
压制循环周期过程中，其中所述垫层与本文描述的加热三维模具接触，优选的从大约30秒、更优选的从大约35秒，最优选的从大约40秒，优选直到大约120秒，更优选的直到大约100秒，及最优选的直到70秒，当使用题述的预成型的、压制的、干燥垫层时。相反地，当通过美国专利US 5,900,304的方法或美国专利US 4,702,870的压制循环期间使用的相同三维模具而湿成型的所述垫层，在相同的温度和压力下，压制循环时间的范围通常从至少大约200秒直到大约800秒。以另一种方式陈述，用于干燥成型本发明垫层的压制循环时间可以比用于湿成型垫层的压制循环少至少大约2倍，另一个实施方式中比其少至少大约3倍，以及另一个实施方式中比其少至少大约4倍。
减少湿成型垫层的压制时间在理论上是可能的，通过假设使用本文所述的模具干燥可以发生在极端的温度和压力下，诸如近似500和接近2,500p.s.i的压力。但是，干燥垫层的燃点通常在近似450。因此，干燥成型垫层可以优选的在从大约260，更优选的从大约280，和最优选的从大约300，优选的直到大约410的温度，更优选直到大约380，和最优选直到大约340的温度下被压制。干燥成型垫层可以被优选的从大约500p.s.i，更优选从大约700p.s.i，及最优选从大约800p.s.i，优选直到大约1,400p.s.i的压力，更优选直到大约1,200p.s.i，和最优选的直到大约1,000p.s.i的压力下被压制。
不仅复杂的三维核心可以由干燥成型纤维而被制造，而且这些干燥成型的核心比可比较的湿成型的核心通常在结构上更加坚固。这可以在更大的总能量效率下被实现，并不带有与湿成型法相关的水质污染问题。干燥成型法的相关优点是与湿法相比较高的生产率和随后的工业规模的经济性，所述湿法涉及工业生产率和可测量性方面是被限制的。
常规的，有人建议优良的成型特性和增强的纤维-到-纤维的结合将与湿成型一起发生。这个观点在诸如SONOBoardTM和GridcoreTM等产品的生产中被实施，其意图为通过核心和表面部件整体成型到次级板中以得到效率，然后其中的两种被碾压以制造压制-外板的层状结构的板。在这种模式的生产中，湿成型的大量可变性存在于面板部件中，然后其被磨光以达到所需的厚度标准。因此所述边对边的可变性被赋予这种生产方式的面板层，其将不平衡引入压制-外板产品，其反过来导致使用中的板的扭曲和弯曲的诱因。
通过使用薄板MDF，本发明减少了这种边-对-边不平衡的诱因。其还使用HDF的表面或其他均匀的和一致的饰面材料。题述方法中，终产品的厚度控制通过从压制外板的表面独立的校准核心而实现，所述表面还可以被校准或表面抛光，如果需要不对压制外板复合物赋予不平衡。此外，薄板表面板的前侧至后侧的不平衡被基本被减少到最小。
使用薄板MDF或HDF表面的干燥成型板的另一个重要优点是避免通过表面暴露核心图案。对于基于使用整体核心和表面次级板的湿成型技术方法的现有技术，这是固有的和不可避免的。湿成型技术中，存在纤维折射指数的改变，由于湿成型纤维从平行于相对外部表面的角度的定位改变方向，在所述区域中围绕每个可变形的结块状的模具插件用于形成蜂窝状核心结构。整体核心/表面的湿成型法的方向改变呈现了现有技术中用于制造SONOBoardTM和GridcoreTM中显示的不能消除的和暴露的核心图案。使用本发明三维核心干燥成型的薄板表面技术可以优选的被形成而不通过薄板表面板的实质暴露以及因此克服现有技术中固有的暴露问题，当制造板的极好的精度、平坦和强度时。
用于以单步骤或多步骤加热成形法制造的弯曲板，干燥成型优于湿成型。此外，用于本干燥成型核心的模具设计提供了用于独立优化核心的对角线承载部件的强度以及通过层压成型平台部件的粘合剂的容纳能力，导致坚固的胶线和因此的坚固的板。相反的，三维弹性体模具和用于湿成型法的排水部件，不可避免的沿着完成板的胶线引入薄弱的平面，所述平面与板的出现的最大切应力的平面是符合的，当中心-分层板受到正交于表面的弯曲力的时候。这种固有的低效率是由沿着附加(和固定)到排水部件的表面上的弹性体“结块状”部件的平面的减少的纤维网的致密化而造成的。这个减少的纤维致密化平面与层压平面和在板的弯曲承载正交于所述平面期间的最大切应力一致，因此限制了板的强度。
为了便于形成深轧制的三维结构和来自干燥成型的纤维垫层的坚固层压复合物，某些修改可以被结合到本发明中。这些修改可以提高当使用美国专利US 5,900,304的模具设计时的某些结果。这些修改可以包括保持模具几何参数在相对于轧制深度规定的角度之内，以便得到不撕破预成型的垫层的纤维轧制，当制造带有层压脊的核心时，所述脊不通过压制外板表面暴露图案。用于对角线承载部件的角度可以在优选从大约35度，更优选的从大约40度，和最优选的从大约45度，并优选的直到大约70度，更优选直到大约65度，和最优选直到大约60度的范围之内，以上是从三维核心的纵-横轴测定的。这些核心可以具有的垂直轴的深度范围优选的从大约1/4英寸，更优选的从大约3/8英寸，和最优选的从大约1/2英寸，并优选的直到大约1-1/2英寸，更优选直到大约1-1/4英寸，和最优选直到大约1英寸。
这些修饰还可以包括模具设计中的倒角和弯曲角的结合以减轻产品中结构压力的集中，以便于在模具设计的层压台面和承载对角线部件的交叉处的模具处理期间的纤维轧制。包括用于饰面的层压台面的脊-顶部和沟槽的宽度是可变的，根据被需要用于制造给定厚度的完成板的对角线部件的深度和角度。层压台面可以标注尺寸以提供精确的完成板的厚度、层压板中的充足切变强度、和不通过饰面板的暴露。作为饰面板的水平板的百分比，层压台面尺寸优选的从接触区域的大约10％、更优选的从大约12％，最优选的从大约15％，直到大约30％，更优选的直到大约25％，及最优选的直到大约23％。此外，用于促进纤维轧制的弯曲半径，及每个边缘上的切点，是优选的从大约5％、更优选的从大约10％，最优选的从大约15％，直到大约35％，更优选的直到大约30％，及最优选的直到大约25％的横跨脊或沟槽的距离，其沿着在脊-顶部或沟槽的每个侧面上的横向层压台面。
这些修改还可以包括独立变化的厚度、承载的密度以及三维核心的层压部件。这样的壁厚的范围优选的从大约0.080英寸，更优选的从大约0.090英寸，和最优选的从大约0.10英寸，直到大约0.180英寸，更优选直到大约0.150英寸，和最优选直到大约0.120英寸。以上所述密度范围优选的从大约45磅每立方英尺，更优选的从大约50磅每立方英尺，最优选的从大约55磅每立方英尺，直到大约70磅每立方英尺，更优选直到大约65磅每立方英尺，和最优选直到大约60磅每立方英尺。
优选的邻接脊的纵向尺寸是可替换的较短的和较长的以减少沿着邻接脊104横排的任何连续的直的或清晰的视线，或由向斜凹槽102和背斜突起103与脊(即，桥105(见图10))的水平面的交叉处形成的沟槽。图10中示出的结构能够使用干燥成型法代替湿成型/压力干燥法有效的制造深轧制三维结构核心，而没有实质的通过施用的薄板的表面板暴露所述核心。
以干燥成型进行的试验使用本发明参数内的本文所描述的方法。在这些试验中得到的平压(Flat Crush)强度数据用于使用本发明干燥成型法制造板。公开的平压强度数据也被得到用于相等重量的湿成型板。所述数据清楚的表示了由本文公开方法制造的板的平压强度比用于相等重量的湿成型板的公布的平压强度数据的板平压强度大至少大约两倍、优选至少大约三倍、更优选至少大约四倍，及最优选至少大约五倍。
权利要求
1.一种用于干燥成型深轧制的、三维木制纤维结构核心的方法，其包括提供预成型的、基本平坦的、干燥成型的木制纤维垫层；提供三维模具；将木制纤维的所述干燥成型垫层引入所述三维模具；以及使所述木制纤维垫层轧制和成型为所述三维木制纤维结构核心。
2.如权利要求
1所述的方法，其还包括预先压制所述预成型的、基本平坦的、干燥成型的木制纤维垫层的步骤，以增加所述垫层的机械粘结性以便于其随后处理和装载入所述三维模具。
3.如权利要求
1所述的方法，其中所述预成型的、基本平坦的、干燥成型的木制纤维垫层以基本上单一的压制操作在所述三维模具中被压制并成型。
4.如权利要求
1所述的方法，其中所述预成型的、基本平坦的、干燥成型的木制纤维垫层的湿气含量不多于基于烤炉干燥纤维的大约20％。
5.如权利要求
1所述的方法，其中所述压制接触时间的持续时间不多于大约120秒。
6.如权利要求
1所述的方法，其中用于将所述木制纤维的垫层轧制和成型为所述三维木制纤维结构核心的所述干燥成型法压制循环的持续时间比用于将所述木制纤维垫层轧制并成型为所述三维木制纤维结构核心的轧制和成型的所述湿成型法压制循环的持续时间少至少大约两倍。
7.如权利要求
1所述的方法，其中薄板表面板被施加到所述干燥成型的三维木制纤维结构核心，而基本不通过所述薄板表面板暴露。
8.如权利要求
7所述的方法，其中所述核心沿所述垂直轴的深度范围从大约1/4英寸直到大约1-1/2英寸。
9.如权利要求
7所述的方法，其中所述薄板的表面板的前侧至后侧的不平衡基本被减少到最小。
10.如权利要求
1所述的方法，其中所述三维木制纤维结构核心包括对角线承载部件，且用于所述对角线承载部件的角度为从大约35度直到大约70度。
11.如权利要求
1所述的方法，其中所述三维模具包括层压平台、承载对角线部件、倒角和弯曲角以促进所述层压平台和承载对角线部件交叉处的所述成型法期间的纤维轧制。
12.如权利要求
11所述的方法，其中薄板表面板被施加到所述干燥成型的三维木制纤维结构核心，并且所述层压平台的尺寸作为所述薄板表面板的所述水平板的所述接触区域的百分比是从大约10％直到30％。
13.如权利要求
1所述的方法，其中所述三维木制纤维结构核心的壁厚是从大约0.080英寸直到大约0.180英寸。
14.如权利要求
11所述的方法，其中所述三维木制纤维结构核心的密度是从大约45磅每立方英尺直到大约70磅每立方英尺。
15.如权利要求
11所述的方法，其中通过本文公开的方法制造的板的平压强度比相同重量的湿成型板的平压强度数据大至少两倍。
16.一种用于干燥成型深轧制的、三维木制纤维结构核心的方法，其包括提供木制纤维；形成预成型的、基本平坦的、干燥成型的所述木制纤维垫层；提供三维模具；将木制纤维的所述干燥成型垫层引入所述三维模具；及使所述木制纤维垫层轧制和成型为所述三维木制纤维结构核心。
17.如权利要求
16所述的方法，其还包括预先压制所述预成型的、基本平坦的、干燥成型的木制纤维垫层的步骤，以增加所述垫层的机械粘结性用于便于其随后处理和装载入所述三维模具。
18.如权利要求
16所述的方法，其中所述预成型的、基本平坦的干燥成型木制纤维垫层在所述三维模具中以基本单一的压制操作被压制并成型。
19.如权利要求
16所述的方法，其中所述预成型的、基本平坦的、干燥成型的木制纤维垫层的一致性不多于大约20％。
20.如权利要求
16所述的方法，其中所述压制循环的持续时间不多于大约120秒。
21.如权利要求
16所述的方法，其中用于将所述木制纤维的垫层轧制和成型为所述三维木制纤维结构核心的所述干燥成型法压制循环的持续时间比用于将所述木制纤维垫层轧制并成型为所述三维木制纤维结构核心的轧制和成型的所述湿成型法压制循环的持续时间少至少大约两倍。
22.如权利要求
16所述的方法，其中所述木制纤维垫层轧制并成型的所述三维木制纤维结构核心在从大约260直到大约410的温度下被压制。
23.如权利要求
16所述的方法，其中所述木制纤维垫层轧制并成型的所述三维木制纤维结构核心在从大约500p.s.i.直到大约1400p.s.i.的压力下被压制。
专利摘要
本发明提供了用于干燥成型深轧制的、三维木制纤维结构的核心的方法。所述方法包括了提供预成型的、基本平坦的、干燥成型的木制纤维垫层；提供三维模具；将木制纤维的所述干燥成型垫层引入所述三维模具，以及使所述木制纤维垫层轧制和成型为所述三维木制纤维结构的核心。
文档编号B29C43/04GK1993212SQ20058002595
公开日2007年7月4日 申请日期2005年6月9日
发明者约翰·S·弗吉 申请人:约翰·S·弗吉导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan