[发明专利]制造木质复合材料的多步预热方法

说明书

发明的背景技术

木材可以用来制造住宅的几乎任何部分，从屋顶、外墙到地板和室内建筑元 件，以及基本的家用品(如家具和橱柜)。然而，近年来由于多年生长的森林 (old-growth)和原始森林的逐步消耗，导致实木木料(solid timber wood)的供应 量萎缩，木材价格急剧增长。

因此，由于高档木材的价格增长和更加注重(heightened emphasis)保护自然 资源的原因，木质复合材料被开发用来替代天然的实木木材，其可更有效的利用已 经砍伐的木材，减少被当作废品丢弃的木材数量。胶合板、定向刨花板材(oriented strand board，″OSB″)、单板层压材(laminated veneer lumber，LVL)、平行刨花 板(PSL)，以及层压刨花板(LSL)和定向刨花板(OSL，oriented strand lumber)， 是替代天然实木板材的木质复合材料的例子，它们在最近的75年中在很多结构性 应用中已经取代了天然实木木材。

压缩板和木质复合材料是通过在木材中混合一种或多种添加剂(如粘合剂和 蜡)制造的。在制造过程中，木材和添加剂的混合物首先以松散的板坯形式分批放 在传送带上，然后对此松散的板坯同时进行加热和压缩。加热该板坯，将木材-添 加剂混合物中的粘合剂和蜡固化，并且蒸发原材料中的水分，与此同时，通过压缩 作用，将木材和添加剂融合在一起形成压实的木板(consolidated wood board)。

将木材和木材-添加剂压缩成木质复合材料可在多盘压力机(multi-platen press)中进行，其中几批木材和木材添加剂放在一系列压盘上，在相邻的压盘之间 压缩该批料，或者在一个在连续过程中进行如下制造木质复合材料：在两条热钢带 间连续输送木材和木材添加剂板坯，由这两条钢带向该板坯施压，将其制成木质复 合材料的坯材或片材，然后将该坯材或片材切成预定长度，形成尺寸可控的板材。

根据以前的记载，在上述两种方法中的木质复合材料压缩中，对木材和木材 添加剂材料的板坯进行水蒸汽预热能够大大减少压缩时间，所述压缩时间即为使木 质复合板中添加剂固定或“固化”为板材提供一致性和强度，和使材料压实成木质 复合板所需要的时间。美国专利5,733,396公开了一种用过热蒸汽和热空气混合物 将木粒或刨花板坯预热到小于100℃的方法。蒸汽/热空气混合物提供湿气来软化 木纤维和增强板坯中的木质素流(lignin flow)。用蒸汽/热空气进行预热对于聚合 物树脂(如异氰酸酯粘合剂和树脂)尤为有效，因为异氰酸酯易于与木质纤维素材料 中的水、羟基、以及其它官能团反应。更多的优点包括因适度的压缩参数(如，压 力、暴露时间和温度)而减少了挥发性有机化合物(“VOC”)排放量。

遗憾的是，在采用蒸汽预热步骤的同时会出现一些问题，特别是对最终压缩 厚度大于1英寸的板材。木质复合板的这些问题中最常见的是起泡、碳化、表面凹 坑、分层和翘曲。所有上述这些缺点都可以追溯到预热过程各个方面。举例来说， 板材表面和内部出现起泡现象，是不均匀湿气冷凝、蒸汽没有完全渗透以及二异氰 酸酯树脂(特别是“MDI”，下面有更加详细的讨论)和水蒸汽间发生突发反应的结 果，这些全部或部分是由蒸汽预热步骤所导致的。表面凹坑同样也是由蒸汽预热步 骤引起的，这是高压注入的蒸汽流冲击板材的结果。此外，其它缺陷如大幅度的翘 曲度和厚度膨胀也已经被注意到，尤其是用单向层压刨花(unidirectional laminated strands)制成的木材刨花片材(wood strand lumber)产品中。

已经开发了其它加工方法、改进()或必要条件(requirements)以避免上述缺 陷。例如，为了避免起泡和碳化，需要采用较低的压缩温度，这就需要较长的压缩 周期，以确保适宜的复合压实(consolidation)。使用蒸汽预热会产生对延长的脱 气步骤的需求，以获得满足性能要求、避免发泡和脱层的产品，尤其是对使用长刨 花的木材刨花板(wood strand lumber)产品来说。在制造过程中，要将设备含水量 严格控制在一个窄的允许公差范围内。经常需要进行特别的制造调整/改变。为了 实施这一生产上的改变，需要设置特殊的加工工艺和设备变化，以同时降低压缩周 期，且还能保持木质复合材料的高质量。这种工艺调整不仅增加生产成本，而且降 低了能够制造的木质复合材料的产量和质量。