专利名称：压缩复合制品的成型和传送方法
技术领域：
本发明总体上涉及成型压缩制品的方法，并且更特别地涉及一种利用振动压缩成型压缩复合制品的方法。
背景技术：
由散木料制成的定向条板(oriented strand board)、平行条板(parallel strand lumber)以及其他工程木制品通过在压力机内放置树脂涂敷的木料底板(mat)并且向底板施加压缩力而制成。当底板处于压力机内时增加来自各种热源的热量以充分固化树脂。如图1所示，目前的压力机系统包括一对相对的压板40a，压板构造为将原料38a连续压缩成所需要的形状。邻接每个压板40a的是运转在辊子或球轴承35上的压力机皮带37。皮带37和轴承35的组合使得原料38a移动通过压板40a同时压板向原料38a连续施加压缩力。这种成型复合木制品的方法在许多方面存在问题。
目前的连续压力机设计妨碍了能量的施加。压力机皮带、轴承装置以及必要的润滑材料很大程度地妨碍了热能向制品的施加。经由热压板对制品加热的工艺导致不均匀的加热分布，这转而形成制品中不均匀的密度分布。
所施加的恒定压力也有时会不利地影响最终制品。底板通常是多层木料设置。当施加压力时，经常有气泡或水泡夹压在木层内。当施加能量时，木料的天然含水可以在所夹压的空气区域内形成汽囊。因此产生鼓瘤(blowout)或者其他产品缺陷，从而使得制品不适合于其预定目的。
而且，拖拉原料经过现有压力机系统所需的能量是相当大的。由这些压力机系统施加的恒定压力需要相当大的额外能量来移动原料经过压力机系统。额外能量增加了生产成本从而最终影响制品的市场价格。
发明内容
本发明是一种成型压缩制品的方法。该方法包括将原料导入压力机内。原料具有经过压力机的流动方向。压力机具有至少一个在压缩阶段和释放阶段之间振动的压板。该至少一个压板构造为在压缩阶段期间施加压缩力到原料上，该力最初以相对于原料流动方向成锐角的压缩矢量角施加。作为具有角度的压缩力的功能，原料被传送经过压力机一个距离并且随后在释放阶段期间被释放。
本发明还包括一种成型压缩木制品的方法。该方法包括将树脂涂敷的木料底板沿原料流动方向导入振动压力机内。压力机具有至少一个在压缩阶段和释放阶段之间振动的压板。控制该至少一个压板以压缩阶段期间按照压缩矢量角施加压缩力。压缩矢量角包括横向运动分量和垂直运动分量。原料被传送经过压力机一个距离。传送原料的距离基本上等于横向运动分量。随后原料在释放阶段期间被释放，从而在所述原料和所述至少一个压板之间形成释放区，其中该至少一个压板不接触原料。
以下参照附图详细说明本发明的优选和可选实施例。
图1是在先技术的压力机压榨部的示意图；图2是本发明一个实施例的振动压缩处理的系统框图；图3是本发明一个方面的振动压缩处理的示意图；图4是根据本发明的压力机行程和原料厚度之间随时间的关系图表；图5是本发明一个方面的压力机压板的侧视图；以及图6是根据本发明另一个方面制成的偏心轴的透视图。
具体实施例方式
本发明提供一种利用振动压缩处理成型压缩材料制品的系统和方法。总体而言，参照图2，当前的优选实施例包括一个压缩材料成型系统20。压缩材料成型系统20包括振动压缩系统22，用于向原料38b施加振动压缩力。并且，原料温度控制系统24用于在成型过程中控制原料38b的温度。原料传送系统26用于根据需要移动原料经过压缩材料成型系统20。另外，可选地包括原料处理系统28，用于在成型过程中处理原料38b。以下更加具体地说明压缩材料成型系统20的细节。
将要受到本发明处理的原料38b理想地包括树脂涂敷的散木料底板30(图3)，它可以同时经受压力和热以形成固接复合木制品32。木料可以是任何公知的形式。合适的是，用于本发明的木料的非限制性例子是木屑、碎片、木条、胶合板、纤维、颗粒和木板。
优选地由本发明制成的制品32(图3)是本领域目前所公知的任何固接复合木制品32。合适的制品32的例子包括，但是并不限定于，碎屑胶合板、定向条板、纤维板、薄板(waferboard)、夹层板、层压胶合板、平行条板、以及叠层梁。
在由本发明的工艺处理之前的原料38b的水分含量通常的范围在重量百分比大约0％到20％。但是，这种水分含量范围仅仅是通常的指导性指标，可以偏离该范围。原料38b的最佳水分含量优选地根据具体情况确定，对于本领域技术人员来说显然可以将水分含量和底板30的尺寸关联起来以做处这种确定。可以处理具有接近零的水分含量的原料，但是这种条件下木材有限的塑性使其不甚理想。可以采用含水粘接剂增大水分含量。
用于在本发明中的树脂由于其与木材有关，因此它优选地是碱性酚醛树脂。但是，它可以是固化速度随着施加热量而加速的任何粘接剂。例如可以采用水溶性和非水溶性碱性和酸性酚醛树脂、间苯二酚甲醛树脂、尿素甲醛树脂、和异氰酸酯树脂。可以将任何量的树脂添加到原料38b。当使用长木条时，树脂含量通常占木材干重的大约1到10％。更通常地，树脂添加量范围为木材干重的大约2到5％。
振动压缩系统22设置为引导压板40b的运动。振动优选地由构造为使得压板40b能够振动运动的驱动机构27(图5)控制。驱动机构27包括诸如电机的电源、石油燃料的内燃机、气动或液压动力系统等等，以及用于向压板40b传递动力的合适的连接结构。
适宜地以各种可接受的方式进行振动压缩系统22和驱动机构27的控制。例如，在一个实施例中，它由用于执行合适的操作的处理器或微处理器(未示出)运行。本领域任何公知的处理器都是可以接受的，非限制性的例如从Intel公司等可得到的奔腾(Pentium)系列处理器。可选地，压板40b的控制由电子计算机芯片、液压控制系统执行，或者手工执行。因此，本发明的范围并不受到产生振动运动的方式的限制。
图3和4表示振动压缩系统22的一个振动压缩周期34。根据本发明，一个振动压缩周期34包括一个完全压缩阶段44和一个完全释放阶段46。压缩阶段44是振动压缩周期34的一个阶段，其中原料38b受到压板40b的压缩力。相反，释放阶段46是振动压缩周期34的一个阶段，其中原料38b完全不受到压缩力的作用。
通过合适地控制至少一个压板40b相对于原料38b的运动形成释放阶段46。更具体地，在压缩阶段44之后，至少一个压板40b以快于当释放压缩力时原料38b膨胀的速度移动离开原料38b。在释放阶段46期间，原料38b以一个膨胀速度在弹性区42膨胀。原料38b膨胀到基本为压缩前尺寸所需的时间是压缩回复响应时间66。正如本领域技术人员可以理解的那样，许多因素将影响压缩回复响应时间66。例如但不限于，原料尺寸、原料成分、树脂硬化状态(如果有关的话)、施加于原料38b的压缩量、以及所需要的弹性区42的尺寸都是影响压缩回复响应时间66的因素。本领域技术人员可以明白，原料38b将在原料38b的至少一端被合适地支撑，以便在原料38b和下压板40b之间形成释放区43。另外，也可以采用任何其他公知的结构来支撑原料38b经过振动压缩系统20。
振动压缩周期34的发生频率优选地选择为释放阶段46小于原料38b的压缩回复响应时间66。更特别地，适当地控制至少一个压板40b以释放原料38b并且随后以快于原料的压缩回复响应时间66的速度再次压缩原料38b。如上所述，各种因素影响原料的压缩回复响应时间66。因此，给定原料的合适的压缩回复响应时间66的确定对于本领域技术人员来说是公知的。
尽管本发明的范围无意由释放阶段46的频率范围限制，但是已经发现当在本发明中采用一个优选范围可以获得理想的结果。在一个具体实施例中，本发明的振动压缩周期34优选地在大约1Hz到大约400Hz之间。
根据本发明，当压板40b以快于原料38b膨胀的速度拉离原料38b时在释放阶段46期间形成释放区43。如图4所示，适当地选择压板40b相对于原料厚度64的行程62来形成需要的释放区43。本领域技术人员可以理解，释放区43的尺寸优选地确定为适应合适的释放阶段46。另外，释放区43的尺寸确定为允许压板40b复位而不影响原料38b经过压缩材料成型系统20的运动。
如图3所示，压缩矢量36表示在压缩阶段44开始的同时的那个时刻的压板40b的合成运动矢量。在优选实施例中，压缩矢量36相对于原料流动方向50成一个压缩矢量角37。压缩矢量角37包括横向分量39，它反映压板沿基本上平行于原料流动方向50的平面的横向的瞬时运动。另外，压缩矢量角37包括垂直分量41，表示沿基本上垂直于原料流动方向50的平面的垂直方向的类似运动。
参照图3以及以下的说明，从大约5度到大约85度的压缩矢量角37将关联于原料38b沿第一方向的运动。从大约95度到大约175度的压缩矢量角37将关联于原料38b沿基本上与第一方向相反的第二方向的运动。
在优选实施例中压缩矢量角37在大约30度到大约60度的范围内。但是，再小一些或者再大一些的压缩矢量角37也应当在本发明的范围内。特别地，已经发现当压缩矢量角37为相对于原料流动方向50在大约5度到大约85度时本发明更具效能。
假定压板40b是圆周运动，可以确定从大约95度到大约175度的压缩矢量角37也可以用于本发明。显然，在这一范围内的压缩矢量角37将导致原料流动方向50的反向。特别地，获得基本上相反于第一原料流动方向50的第二原料流动方向51。本领域技术人员将可以明白，振动压缩系统20可以作为再加热或再压缩原料38b的装置以此方式被控制。以下更加详细地说明压板运动及其导致的原料传送。
图5表示本发明独有的一个方面。压板40b不包括与现有压力机构造相关的皮带和轴承结构(未示出)。相反，压板40b构造为在压缩过程中直接接触原料38b。以此方式，振动压缩系统20不会遭受现有压力机系统设计中常见的由于加热任何轴承结构或压力机皮带(未示出)而产生的热损耗。应当明白，压板40b可以沿着原料例如不锈钢(未示出)设置，以便有助于微波能的分布。但是，下文将详细说明的温度控制系统24合适地构造以使得不需要加热任何压板衬离材料(未示出)即可实现原料38b的适当温度控制。
压板40b通常是由铝或者其他金属制成，包括一个锥形入口部分48，用于当底板30进入振动压缩系统20时接受底板30。锥度可以由本领域技术人员适当地确定。但是，在本发明的一个具体实施例中，发现大约7度的锥度足够。但是，具有锥度或大或小的入口部分48的压板40b应当在本发明的范围内。另外，具有位于压板40b相对端部的入口部分48的压板40b也在本发明的范围内(未示出)。
温度控制系统24任选地连通于至少一个，并且包括用于向原料38b施加能量的结构和部件以便控制原料38b的温度。例如，温度控制系统24可以用来将原料温度升高到需要的温度，例如树脂固化温度。相反地，温度控制系统24可以用来选择性地冷却原料38b。而且，温度控制系统24可以用来根据本发明的特定方面选择性地加热和选择性地冷却原料。
温度控制系统24包括温度控制单元54，它合适地构造为提供在具体实施例中将要使用的能量。温度控制单元54可以采用本领域所公知的任何形式。例如，温度控制单元54可以是微波发生器、射频发生器、喷汽发生器、热压板、冷压板、热流体发生器、冷流体发生器及其组合。为了简化，温度控制单元54表示为仅仅连通于一个压板40b。但是，这种设置并不限制本发明的范围。相反地，本领域技术人员可以明白温度控制单元54可以连通于任一个压板40b或者两个压板40b。另外，温度控制单元54可以合适地构造为沿原料的表面或侧面提供能量。而且，温度控制系统24可以用在压缩前、压缩中或压缩后结构中。
本领域技术人员可以明白，温度控制单元54包括使用温度控制单元54所必须的所有已知结构。具体地，如果温度控制单元54是微波发生器，那么具有合适的微波窗的合适的波导发生器(未示出)是温度控制单元54的组成部件。当温度控制单元54是射频发生器等时将使用类似的结构。当使用蒸汽发生器时，同样地将使用合适的软管和接头(未示出)，并且在本发明的范围内。
参照图2、5和6，原料传送系统26是本发明的特有设计。本领域技术人员将可以明白，原料传送系统26的功能在于移动原料38b经过振动压缩系统20。
原料传送系统26源于压板40b的振动运动。具体地，压板40b的运动控制原料38b 振动压缩系统20的传送。如上所述并且如图3所示，压缩矢量角37包括垂直运动分量41和横向运动分量39。
具有以压缩矢量角37接合原料38b的压板40b的振动压缩系统20是本发明的创新点。具体地，当压板40b的横向运动分量39在压缩阶段44时，横向运动分量39用来传送原料38b经过压力机。原料被传送经过振动压缩系统20一个直线距离，该距离稍微小于在压缩阶段44期间压板40b的行程距离。对于每一个振动压缩周期34发生一次这样的传送。同时，当传送原料38b时垂直运动分量41压缩原料38b。因此，不需要其他的诸如外部牵引装置的传送结构来移动原料38b经过振动压缩系统20。
控制压板40以获得合适的压缩矢量角37的最佳方式是以基本上为圆周运动的方式驱动压板40。参照图5和6。实现所需的运动的优选方法是在偏心轴67或类似结构上驱动压板40b。这种结构将形成压板40b充分的圆周振动运动，足以传送和振动压缩原料38b经过振动压缩系统20。
在优选实施例中，每个压板40b设置有至少一个孔47，用于接纳偏心轴67。在一个具体实施例中，每个压板40设置有三个孔47，每个孔可以接纳一个偏心轴67。偏心轴67包括轴颈部分68和突出部分69。轴颈部分68通过齿轮、皮带或直接驱动装置(未示出)连接于驱动机构27。突出部分69构造为保持在压板40b内并以圆周运动的方式驱动压板40b。突出部分69优选地足够大以形成足够的释放区43使得原料38b不会沿不希望的方向运动。但是应当理解，尽管压板40b的任何给定点都具有圆周运动的运动轨迹，压板的相对表面在任何时候都是保持相互平行。
参照图2和5，原料处理系统28优选地构造为当原料3 8b在振动压缩系统20内时处理原料38b。原料处理系统28包括用于添加合适的染料或着色剂材料、阻火材料、或者防腐材料的结构。但是，由原料处理系统28添加的产品种类并不限制本发明的范围。因此，可以由原料处理系统28添加任何合适的产品，包括液态水。本发明的原料处理系统28在本领域是公知的，因此本申请不再详细说明其结构和操作方法。
原料处理单元52合适地构造为控制任何处理产品的导入。原料处理单元52的形式并不限制本发明。例如，根据本发明，原料处理单元可以是一个通常用来临时存放和分配各种处理产品的具有合适的泵、计量装置、检测装置等的容器。
如以上关于温度控制单元54所述，原料处理单元52合适地包括使原料处理单元52产生其预期功用所必须的任何结构。例如，原料处理单元52包括在将处理产品分配到原料38b时原料处理单元52所使用的任何软管、管道、喷嘴、扩散器或通道。
在一个优选实施例中，原料处理系统28构造为在释放阶段46期间将处理产品导入振动压缩系统20内的原料38b。但是，原料处理系统28可以构造为在原料在振动压缩系统20内之前、期间或之后导入处理产品。
尽管已经表示并说明了本发明的优选实施例，但是如上面所指出的，可以进行许多改变而不脱离本发明的实质和范围。因此，本发明的范围并不受到优选实施例的内容的限制。相反，本发明应当完全由所附的权利要求书限定。
权利要求
1.一种成型压缩制品的方法，包括将原料导入压力机内，原料具有经过压力机的流动方向，压力机具有至少一个在压缩阶段和释放阶段之间振动的压板；由所述至少一个压板在所述压缩阶段期间向所述原料施加压缩力，所述压缩力相对于所述原料流动方向成锐角的压缩矢量角，以便将所述原料传送经过压力机一个距离；以及在所述释放阶段期间释放所述原料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个压板沿圆形路径行进。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，至少一个偏心轴用于控制所述至少一个压板的运动。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，释放阶段在所述至少一个压板和原料之间形成释放区。
5.如权利要求1所述的方法，还包括通过施加喷汽、微波能、射频、热压板、冷压板、热流体和冷流体中的至少一种控制原料的温度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，原料是树脂涂敷的散木料构成的底板。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，木料是木屑、碎片、木条、胶合板、纤维、颗粒和木板中的至少一种。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，压缩制品是定向条板、夹层板、定向木条胶合板、定向胶合板、纤维板、薄板以及叠层梁中的至少一种。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，压缩矢量角是相对于所述原料流动方向成大约5度到到大约85度的角度。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，压缩矢量角是相对于所述原料流动方向成大约30度到到大约60度的角度。
11.如权利要求1所述的方法，还包括用染料或着色材料、阻火材料、防腐材料或液态水中的至少一种处理底板。
12.一种成型压缩木制品的方法，包括将由树脂涂敷的木料构成的底板导入压力机内，原料具有经过压力机的流动方向，压力机具有至少一个在压缩阶段和释放阶段之间振动的压板；在压缩阶段期间控制所述至少一个压板以将压缩力施加到底板上，压缩力相对于原料流动方向成压缩矢量角，压缩矢量角包括横向运动分量和垂直运动分量，横向运动分量和垂直运动分量用于沿原料流动方向传送原料经过压力机一个距离，该距离基本上等于横向运动分量；以及在释放阶段期间释放原料，从而在所述原料和所述至少一个压板之间形成释放区。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一个压板沿圆形路径行进。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，至少一个偏心轴用于控制所述至少一个压板的运动。
15.如权利要求12所述的方法，还包括通过施加喷汽、微波能、射频、热压板、冷压板、热流体和冷流体中的至少一种控制原料的温度。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，木料是木屑、碎片、木条、胶合板、纤维、颗粒和木板中的至少一种。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，压缩制品是定向条板、夹层板、定向木条胶合板、定向胶合板、纤维板、薄板以及叠层梁中的至少一种。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，压缩矢量角是相对于所述原料流动方向成大约5度到到大约85度的角度。
19.如权利要求12所述的方法，其特征在于，压缩矢量角是相对于所述原料流动方向成大约30度到到大约60度的角度。
20.如权利要求12所述的方法，还包括用染料或着色材料、阻火材料、防腐材料或液态水中的至少一种处理底板。
全文摘要
本发明是一种成型压缩制品的方法。该方法包括将原料导入压力机内。原料具有经过压力机的流动方向。压力机具有至少一个在压缩阶段和释放阶段之间振动的压板。该至少一个压板构造为在压缩阶段期间施加压缩力到原料上，该力最初以相对于原料流动方向成锐角的压缩矢量角施加。作为具有角度的压缩力的功能，原料被传送经过压力机一个距离并且随后在释放阶段期间被释放。
文档编号B29C43/14GK1522839SQ200410005298
公开日2004年8月25日 申请日期2004年2月18日 优先权日2003年2月18日
发明者诺伯特·科特, 诺伯特 科特 申请人:韦尔豪泽公司