Способ изготовления композиционного изделия - RU2558216C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу изготовления композиционного изделия, в котором множество элементов собирают посредством склеивания их вместе под давлением, при этом способ включает нанесение клея на по меньшей мере одну поверхность каждого элемента, на который клей должен быть нанесен, сборку элементов с образованием заданной структуры и подвергание собранных элементов воздействию давления в прессе, при этом указанный способ дополнительно включает регулирование количества по меньшей мере одного компонента наносимого клея. Изобретение также относится к установке для нанесения клея, компьютерному программному продукту и машиночитаемому носителю.

Для изготовления изделий, содержащих множество элементов, которые собраны вместе посредством склеивания, иногда большие количества клея наносят на большие поверхности. В тех случаях, когда несколько элементов, имеющих такие большие поверхности, должны быть собраны один за другим, например при изготовлении слоистых деревянных балок, может иметь место значительное время ожидания перед тем, как можно будет выполнить окончательную сборку элементов, например, в прессе, в котором происходит отверждение клея. В подобных случаях первый элемент, на который клей был нанесен, должен будет «ждать» дольше, чем последний элемент. Чем продолжительнее время ожидания, тем больше клея наносят для избежания дефектного склеивания.

Для минимизации расходования клея в документе WO 2001/049489 раскрыт способ регулирования подачи клея так, что количество по меньшей мере одного компонента клея, наносимого в определенном месте нанесения клея на элемент, будет зависеть от времени ожидания, которое проходит до того, как место нанесения клея будет подвергнуто воздействию давления в прессе. Управление осуществлением данного способа может происходить автоматически посредством компьютера.

В патенте US 3582428 раскрыт способ изготовления клееной фанеры, включающий распределение клея по выбранным поверхностям последовательности элементов из деревянного шпона и регулирование количества клея, распределенного по элементам из шпона, постепенно для изменения количества клея, наносимого на следующие друг за другом элементы из шпона, и тем самым обеспечения оптимальных количеств распределенного клея для всех узлов, определяемых временами их сборки.

Однако если неожиданные задержки возникнут на производственной линии, существует риск того, что время ожидания для элементов из партии, на которые клей уже был нанесен, будет слишком продолжительным, и, таким образом, склеивание будет дефектным. Поскольку дефектное склеивание означает как производственные потери, так и бесполезный расход материала, было сочтено целесообразным поддерживать рациональный запас безопасности и наносить больше клея, чем было бы необходимо в идеальном случае. С другой стороны, в тех случаях, когда отсутствуют неожиданные задержки, данная практика приводит к использованию большего количества клея по сравнению с необходимым.

В настоящее время стало понятным, что вероятность непредвиденных задержек на производственной линии уменьшается для каждого элемента в партии, на который наносят клей. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением было установлено, что можно дополнительно уменьшить расход клея, не создавая риска потери качества, посредством уменьшения запаса безопасности для каждого элемента в партии.

Таким образом, один аспект изобретения относится к способу изготовления композиционного изделия, в котором партию из множества элементов собирают посредством склеивания их вместе под давлением, при этом способ включает нанесение клея на по меньшей мере одну поверхность каждого элемента, на который клей должен быть нанесен, при проходе через клеенаносящее устройство друг за другом или группами по два или более элементов, сборку элементов с образованием заданной структуры и подвергание собранных элементов воздействию давления в прессе, причем способ дополнительно включает регулирование количества по меньшей мере одного компонента клея, наносимого на элемент, при этом регулирование и нанесение количества клея включает:

а) определение числа N элементов или групп элементов в партии, которые будут одновременно проходить через клеенаносящее устройство, времени t_CA1 сборки для первого элемента или первой группы элементов в партии, проходящей через клеенаносящее устройство, и времени t_CAN сборки для последнего элемента или последней группы элементов в партии, проходящей через клеенаносящее устройство, при этом t_CA1 представляет собой кратчайшее возможное время сборки для первого элемента или первой группы элементов плюс запас S₁ безопасности, и t_CAN представляет собой кратчайшее возможное время сборки для последнего элемента или последней группы элементов, опционально, плюс запас S_N безопасности, который меньше, чем S₁;

b) если клей должен быть нанесен на первый элемент или по меньшей мере один элемент из элементов первой группы, расчет количества по меньшей мере одного компонента клея для первого элемента или по меньшей мере одного элемента из указанной первой группы исходя из t_CA1 и нанесение данного количества на по меньшей мере одну поверхность указанного первого элемента или указанного по меньшей мере одного элемента из указанной первой группы;

с) для каждого следующего элемента или каждой следующей группы i элементов, одновременно проходящих через клеенаносящее устройство, где i изменяется от 2 до N-1:

(i) расчет времени t_CAi сборки исходя из t_CA1, t_CAN, i и N; и

(ii) если клей должен быть нанесен на элемент или по меньшей мере один элемент из группы элементов i, расчет количества по меньшей мере одного компонента клея для указанного элемента или по меньшей мере одного элемента из указанной группы i исходя из t_CAi и нанесение данного количества на по меньшей мере одну поверхность указанного элемента или указанного по меньшей мере одного элемента из указанной группы i; и

d) если клей должен быть нанесен на последний элемент или по меньшей мере один элемент из последней группы элементов, одновременно проходящих через клеенаносящее устройство, расчет количества по меньшей мере одного компонента клея для последнего элемента или по меньшей мере одного элемента из указанной последней группы исходя из t_CAN и нанесение данного количества на по меньшей мере одну поверхность указанного последнего элемента или указанного по меньшей мере одного элемента из указанной последней группы.

Другой аспект изобретения относится к установке для нанесения клея на элементы для изготовления композиционного изделия, при этом указанная установка содержит клеенаносящее устройство, конвейер для пропускания элементов или групп элементов через клеенаносящее устройство, средства для подсчета числа элементов или групп элементов, проходящих через клеенаносящее устройство, управляющее устройство, запрограммированное для регулирования количества по меньшей мере одного компонента клея, наносимого клеенаносящим устройством так, как описано в данном документе.

Дополнительный аспект изобретения относится к компьютерному программному продукту, который при выполнении на компьютере обеспечивает регулирование количества по меньшей мере одного компонента клея, наносимого на элементы, собираемые посредством склеивания их вместе под давлением, как описано в данном документе.

Еще один дополнительный аспект изобретения относится к машиночитаемому носителю, содержащему команды для обеспечения выполнения компьютером регулирования количества по меньшей мере одного компонента клея, наносимого на элементы, собираемые посредством склеивания их вместе под давлением, как описано в данном документе.

Изобретение применимо для изготовления множества разных композиционных изделий из материалов разного вида, подобных металлу, полимерам, керамическим материалам и дереву, но особенно предпочтительно, когда композиционное изделие представляет собой деревянное изделие и элементы представляют собой куски дерева, и, в частности, если композиционное изделие представляет собой многослойное изделие, изготавливаемое посредством склеивания ламелей или шпона вместе, например слоистые балки, клееную фанеру, щиты с утолщенными кромками (EGP), клееную многослойную древесину с перекрестным расположением слоев (CLT) и брус/пиломатериал из клееного шпона (LVL).

Термин «партия элементов» в используемом в данном описании смысле относится ко всем элементам, которые одновременно подвергаются воздействию давления в одном и том же прессе. Партия может включать в себя одно или несколько композиционных изделий, таких как слоистые балки, в зависимости от размера изделий и размера пресса. Число композиционных изделий в партии может составлять, например, от 1 до приблизительно 500.

Обычно достаточно нанести клей на одну из двух поверхностей, подлежащих соединению, что означает, что для каждого изготавливаемого композиционного изделия в большинстве случаев будет один элемент, обычно первый или последний элемент, на который клей не должен наноситься. При изготовлении более одного композиционного изделия в партии могут быть несколько элементов, на которые клей не должен наноситься. То, на какие из элементов в партии клей не должен быть нанесен, предпочтительно определяют заранее, например, при ежесуточном планировании производства.

Число элементов в партии зависит от пресса и от вида изготавливаемого композиционного изделия и может составлять, например, от 2 до 1000 или более, или от 5 до 300. Для слоистых балок число элементов предпочтительно составляет от 2 до 200 или от 3 до 100. Для клееной фанеры число элементов предпочтительно составляет от 2 до 1000 или от 5 до 300.

Время t_CAi сборки для определенного элемента или группы i элементов в партии относится к времени, которое проходит от момента нанесения первого клея на элемент до того как все части всего элемента или всей группы элементов подвергнутся воздействию давления в прессе. В некоторых случаях, например при изготовлении криволинейных балок, может пройти значительное количество времени от момента закрытия пресса до того как весь элемент будет подвергнут воздействию давления.

На производственной линии, в которой все элементы проходят через клеенаносящее устройство один за другим, число N будет таким же, как число элементов в партии. В некоторых производственных линиях группы из двух, трех, четырех или даже большего количества элементов одновременно проходят через клеенаносящее устройство параллельно, и данные элементы будут, следовательно, иметь одно и то же время t_CAi сборки. Если, например, число элементов в партии составляет 100 и каждый из них проходит через клеенаносящее устройство в группах из двух элементов, число N будет равно 50, и каждый элемент в одной и той же группе i будет иметь одно и то же время t_CAi сборки.

Время t_CA1 сборки представляет собой сумму кратчайшего возможного времени сборки для первого элемента или первой группы элементов и запаса безопасности. Кратчайшее возможное время сборки зависит от числа элементов или групп элементов, вида и размера элементов, вида клея и конкретной производственной линии, например максимальной скорости работы при транспортировке элементов, нанесении клея, времени между ламелями и т.д. Кратчайшее возможное время сборки для элемента или группы элементов в определенном композиционном изделии, изготавливаемом на конкретной производственной линии, может быть легко определено специалистом в данной области техники вручную или посредством составления формулы, содержащей скорости подачи, число элементов или групп элементов, длину элементов, время между элементами, время для закрытия пресса и т.д. Запас S₁ безопасности определяют по опыту работы с конкретной производственной линией и изделием, подлежащим изготовлению. Во многих случаях кратчайшее возможное время сборки для первого элемента может составлять, например, от приблизительно 1 до приблизительно 1000 минут или от приблизительно 5 до приблизительно 400 минут. Соответствующий запас безопасности может составлять, например, от приблизительно 1 до приблизительно 100 минут или от приблизительно 2 до приблизительно 60 минут. В таких случаях время t_CA1 сборки задают посредством складывания кратчайшего возможного времени сборки для первого элемента или первой группы элементов и запаса S₁ безопасности и оно может составлять, например, от приблизительно 2 до приблизительно 1100 минут или от приблизительно 4 до приблизительно 500 минут.

Время t_CAN сборки представляет собой кратчайшее возможное время сборки для последнего элемента или последней группы элементов, опционально, в сумме с запасом безопасности. Кратчайшее возможное время сборки определяют, как для первого элемента или первой группы элементов, в зависимости от конкретной производственной линии, вида элемента и т.д. Поскольку вероятность неожиданных задержек для последнего элемента или последней группы элементов очень низкая, в большинстве случаев предпочтительно не использовать вообще никакого запаса S_N безопасности или использовать только очень малый запас безопасности, который в любом случае будет меньшим, чем запас S₁ безопасности для первого элемента. Во многих случаях время t_CAN сборки может составлять, например, от приблизительно 1 до приблизительно 350 минут или от приблизительно 2 до приблизительно 200 минут.

Время t_CAi сборки для второго и каждого последующего элемента или второй и каждой последующей группы элементов до предпоследнего элемента или предпоследней группы элементов, N-1, рассчитывают исходя из t_CA1, t_CAN, i и N. Таким образом, расчетное время сборки для каждого из элементов или для каждой из групп элементов от 2 до N-1 зависит от номера элемента или группы элементов, и отсутствует необходимость учета времени, которое прошло.

Количество по меньшей мере одного компонента клея рассчитывают исходя из времени t_CAi сборки для каждого определенного элемента или каждой определенной группы элементов. Если клей представляет собой однокомпонентный клей или двухкомпонентный клей с фиксированным соотношением компонентов, количество клея уменьшается по мере уменьшения времени сборки. Если клей содержит два или более компонентов, обычно по меньшей мере одну смолу и по меньшей мере один отвердитель, меньшее соотношение количеств смолы и отвердителя приводит к более медленной системе. В этом случае по мере уменьшения времени сборки можно увеличить количество отвердителя по сравнению с количеством смолы в качестве альтернативы или дополнения к уменьшению общего количества клея. Точное количество клея и/или соотношение смолы и отвердителя при определенном времени сборки зависит главным образом от вида клея и может быть легко определено экспериментально специалистом в данной области техники для определенных условий в каждом случае. Данные могут быть сохранены в компьютере, используемом для процесса управления при склеивании. Хотя это необязательно, существует возможность учета также других параметров, подобных температуре элементов, влажности и т.д. Температура элементов может быть измерена или оценена, например, на основе измерения температуры одного или нескольких элементов в партии, подлежащей сборке, температуры окружающей среды, в которой хранятся элементы, или измерения температур элементов в предыдущей партии. В одном варианте осуществления температуру и/или один или несколько других параметров измеряют для каждого элемента и используют для расчета количества по меньшей мере одного компонента клея, наносимого на данный элемент. Однако если отсутствуют значительные колебания температуры элементов, также можно использовать одно и то же значение для расчета количества клея для всех элементов в партии. Во многих случаях соответствующее количество клея может составлять, например, от приблизительно 50 до приблизительно 1000 г/м² или от приблизительно 100 до приблизительно 500 г/м².

Применение вышеуказанного способа обеспечивает сочетание очень малого расхода клея с очень низким риском дефектного склеивания. Если имеет место останов на производственной линии, подсчет элементов одновременно прекращается, и когда производство запускают снова, количество клея будет таким же, как перед остановом. Если на производственной линии не будет никакого останова, количество клея для последнего элемента в партии будет по-прежнему находиться на заданном низком уровне. Если запас безопасности уменьшают только в зависимости от времени и на производственной линии не будет останова, количество клея для последнего элемента будет излишне большим, если только запас безопасности не будет задан на таком низком уровне, что будет возрастать риск дефектного склеивания.

При возможном режиме работы компьютер, такой как программируемый контроллер (PLC), получает информацию, относящуюся к числу элементов или групп элементов в партии, которые будут проходить через клеенаносящее устройство (например, N=60), времени сборки для первого элемента или первой группы элементов в партии (например, t_CA1=45 мин) и времени сборки для последнего элемента или последней группы элементов в партии (например, t_CAN=5 мин), от человека-оператора или посредством сообщения от системы оперативного управления. В этом случае программируемый контроллер будет автоматически рассчитывать необходимое количество по меньшей мере одного компонента клея, соответствующее требуемому времени сборки для первого элемента, в зависимости от свойств используемой композиции клея и, опционально, других важных параметров, таких как фактическая температура элемента. Необходимое количество клея изменяется в значительной степени в зависимости от композиции клея, но может быть легко определено экспериментально специалистом в данной области техники для определенной композиции клея при различном времени сборки и, опционально, других условиях, и может быть трансформировано в формулу для данной конкретной композиции клея, при этом указанная формула может быть использована программируемым контроллером для вычислений. Когда первый элемент или первая группа элементов пройдет, время сборки корректируют с учетом того, что один элемент из 60 элементов прошел. Такую же корректировку выполняют после каждого из проходящих элементов или каждой из проходящих групп элементов. В результате использования такого способа корректировки времени сборки в конце будет использоваться реальное требуемое время сборки для последнего элемента или последней группы элементов, в данном примере составляющее 5 минут.

Возможная формула для расчета времени сборки для определенного элемента или определенной группы i элементов такова:

t_CAi=t_CA1-(t_CA1-t_CAN)i/N

Таким образом, если, например, N=60, t_CA1=45 мин и t_CAN=5 мин, то t_CA30=25 мин.

Любой вид клея, пригодного для материала элементов, может быть использован и может включать одно- и двухкомпонентные клеящие композиции. К примерам клеящих композиций, пригодных для деревянных материалов, относятся PRF (фенолрезорцинформальдегидная смола) или RF (резорцинформальдегидная смола) вместе с отвердителем на формальдегидной основе, аминосмолы, подобные UF (мочевиноформальдегидной смоле), MF (меламиноформальдегидной смоле) и MUF (меламиномочевиноформальдегидной смоле), вместе с кислотным отвердителем, PUR (полиуретан), EPI (полимер-изоцианатная эмульсия), дисперсия полимеров на основе клеящих веществ, таких как те, которые содержат гомополимеры или сополимеры винилацетата и/или другие мономеры, клеящие вещества на белковой основе и клеящие вещества на основе крахмала. В случае двухкомпонентных клеящих композиций, подобных композициям на основе аминосмол, компоненты, представляющие собой смолу и отвердитель, могут быть нанесены на элементы по отдельности или могут быть смешаны перед нанесением. Более подробное описание пригодных клеящих композиций можно найти в литературе, например в документах ЕР 501174, WO 93/24582, WO 99/67028, WO 2001/070898, WO 2009/005461, WO 02/068178, WO 99/048991, WO 2011/009811 и WO 2011/009812.

Если клей содержит по меньшей мере два компонента, такие как смола и отвердитель, соотношение между компонентами может быть определено, как описано в одновременно находящейся на рассмотрении заявке на патент, притязающей на приоритет ЕР 10162636.4.

Один вариант осуществления изобретения будет описан далее со ссылкой на фиг.1, схематически показывающую изготовление слоистой балки, состоящей из стопы отдельных ламелей, склеиваемых и сдавливаемых вместе для образования балки. Тем не менее, принцип подходит для всех видов изделий, которые склеивают вместе и подвергают воздействию давления для отверждения клея.

Производственная установка содержит элемент 2 для подачи отдельных ламелей 4. Подающий элемент может представлять собой транспортирующее устройство любого вида, которое обеспечивает возможность размещения одной или нескольких ламелей в заданном положении за раз на ленточном конвейере 6 или тому подобном устройстве, используемом для подачи ламелей в обрабатывающую часть производственной установки. Подающим элементом может быть даже оператор, вручную размещающий каждую отдельную ламель на указанном конвейере.

Показанная обрабатывающая часть содержит пять устройств: строгальное устройство 8 (опционально); клеенаносящее устройство 10; устройство 12 для складывания в стопу (опционально), в котором собирают «балку-заготовку» 14; управляющее устройство 15 (например, программируемый контроллер или другое процессорное устройство) и панель управления; и пресс 17.

Ввод данных для определенного изделия, подлежащего изготовлению, в управляющее устройство 15 осуществляется или оператором, или в цифровом виде от центральной ЭВМ, или посредством данных на любом виде носителя данных.

При эксплуатации происходит следующий процесс: первую ламель 4 размещают на конвейере или подающем устройстве 6, подают в строгальное устройство 8, в котором осуществляют соответствующую механическую обработку поверхности ламели, если она еще не подверглась строганию. Данное устройство содержит направляющие ролики и обрабатывающие инструменты, и, следовательно, оно также может быть использовано для регулирования скорости перемещения ламели через установку. Тем не менее, можно обойтись без строгального устройства, если исходный материал представляет собой высококачественный материал и не требует обработки и если скорость перемещения ламелей можно регулировать посредством конвейера 6 или посредством клеенаносящего устройства 10.

После (опциональной) обработки поверхности ламель 4 подают через клеенаносящее устройство 10, которое, например, может представлять собой аппликатор для нитевого нанесения, аппликатор для нанесения покрытия наливом или аппликатор любого другого широко используемого типа. Количество клея, которое наносят на ламель, регулируют способом, который будет описан ниже, и оно будет варьироваться от ламели к ламели автоматически в соответствии с управляющей программой и будет адаптировано для каждого отдельного типа изделия, композиции клея и окружающих условий, преобладающих в установке.

Датчик 20 для подсчета числа ламелей, проходящих через клеенаносящее устройство 10, передает данные управляющему устройству 15 в качестве базы для расчета количества клея, подлежащего нанесению на каждую ламель. Один или несколько датчиков 21 также могут быть размещены для измерения температуры, влагосодержания и/или других параметров для каждой ламели и передачи данных управляющему устройству в качестве базы для расчета количества клея, подлежащего нанесению.

Следует понимать, что производственная установка также может работать так, что две или более ламелей будут размещаться на конвейере параллельно и, следовательно, будут проходить через клеенаносящее устройство 10 одновременно группами. В этом случае датчик 20 будет каждый раз отсчитывать группу ламелей, одновременно проходящих через клеенаносящее устройство 10.

Количество клея, подлежащее нанесению на каждую ламель, можно регулировать разными способами, например посредством регулирования потока клея, регулирования поверхности, покрываемой посредством клеенаносящего устройства, регулирования скорости перемещения ламели через клеенаносящее устройство или посредством любой комбинации данных способов.

После нанесения соответствующего количества клея ламель 4, выходящая из клеенаносящего устройства 10, будет перемещена вперед посредством второго конвейера 16 до упора 18. После этого ламели будут перемещены с конвейера 16 к стороне, где они будут размещаться одна поверх другой до тех пор, пока заданное число ламелей не будет собрано в штабель или стопу. После этого собранный комплект перемещают в пресс, в котором штабель подвергают воздействию соответствующего давления, и в случае необходимости - нагреву в течение промежутка времени, достаточного для отверждения клея.

Существует несколько возможных типов прессов, пригодных для изготовления слоистых изделий. Например, пресс с воздействием на всей длине будет обеспечивать приложение давления на всем собранном комплекте склеенных ламелей в один и тот же момент времени, и, таким образом, все части будут сдавливаться одновременно, следовательно, сама операция сдавливания не будет вызывать никаких дополнительных времен ожидания, подлежащих учету при нанесении клея. С другой стороны, пресс с секционным воздействием будет обеспечивать сдавливание только части комплекта на первой операции сдавливания и затем продолжит выполнение сдавливания вдоль длины комплекта на нескольких операциях, которые могут быть или не быть перекрывающимися. В данном случае последняя секция, подлежащая сдавливанию, должна будет ждать в течение дополнительного времени, и, таким образом, количество клея, подлежащее нанесению на разные части каждой ламели, может быть рассчитано в соответствии с этим. Дополнительной альтернативой является пресс непрерывного действия, то есть приложение давления осуществляется посредством валиков, воздействующих на верхнюю поверхность штабеля или стопы ламелей. В этом случае комплект непрерывно подают через пресс, и количество клея, наносимое на разные части каждой ламели, может быть рассчитано исходя из изменяющегося времени ожидания по длине ламелей.

Реферат

Группа изобретений относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к изготовлению композиционного изделия, в котором множество элементов собирают посредством склеивания их вместе под давлением. Способ включает нанесение клея на по меньшей мере одну поверхность каждого элемента, сборку элементов с образованием заданной структуры и подвергание собранных элементов воздействию давления в прессе. При осуществлении способа выполняют регулирование количества по меньшей мере одного компонента наносимого клея. Установка для изготовления композиционного изделия содержит клеенаносящее устройство, конвейер для пропускания элементов или групп элементов через клеенаносящее устройство, средства для подсчета числа элементов или групп элементов, проходящих через клеенаносящее устройство, управляющее устройство, запрограммированное для регулирования количества по меньшей мере одного компонента клея, наносимого клеенаносящим устройством. Машиночитаемый носитель содержит команды для обеспечения выполнения компьютером регулирования количества по меньшей мере одного компонента клея, наносимого на элементы. Снижается расход клея. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула