Обработка древесины для производства строительных конструкций и других деревянных изделий - RU2349447C2

Чертежи

Показать все 18 чертежа(ей)

Описание

Сопутствующие заявки

В настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США № 60/614807, поданной 30 сентября 2004 года под названием "Способы и изделия для обработки древесины и изготовленных из нее деревянных изделий". Содержание предварительной заявки на патент США № 60/614807 полностью включено в настоящее описание путем ссылки.

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к обработанным деревянным изделиям и способам, устройствам, композициям и системам для обработки древесины.

Предпосылки создания изобретения

Строительные конструкции, такие как окна и двери, изготовленные из натуральной древесины, имеют приятный внешний вид и создают чувство прочности и солидности. В то время как внешний вид натуральной древесины эстетически приятен, древесина подвержена повреждениям, вызываемым длительным воздействием влажного или сухого воздуха, влаги, погодных условий, грибковыми заражениями и/или насекомыми-вредителями. Таким образом, для предотвращения ухудшения внешнего вида древесины, подверженной воздействию окружающей среды, может потребоваться проводить частые, а иногда и дорогие ремонты.

Кроме того, древесина является ценным природным ресурсом. Для максимального повышения эффективности использования пиломатериалов для производства строительных конструкций, часто используют пиломатериалы, разрезанные до размера, меньшего, чем готовая деталь, и из них изготавливают крупные детали. Например, небольшие обрезки древесины, оставшиеся после обработки большой панели или балки, можно использовать для сборки более крупной строительной конструкции.

Для повышения способности древесины сопротивляться ухудшению, например, вызванному погодными условиями или насекомыми-паразитами, были разработаны составы для консервации и защиты древесины и способы обработки древесины такими составами (см. например, патенты США №№ 6686056; 6569540; 6274199; 5824370; 5652023 и приведенные в них источники). Обработка древесины такими защитными составами может привести к дополнительным шагам, которые необходимо ввести в общий технологический процесс. Например, обработка древесины защитным составом может потребовать сушки древесины до определенного содержания влаги до или после обработки. В других случаях обработка древесины защитным составом может потребовать предварительной обработки древесины для улучшения проникновения защитного состава в поры древесины. Кроме того, изделия из древесины, выполненные из небольших деталей, могут потребовать склеивания друг с другом до или после обработки.

Таким образом, существует потребность в повышении эффективности процессов, применяемых для производства химически обработанной древесины. Кроме того, существует потребность в улучшении составов, используемых в производстве деревянных изделий и строительных конструкций, в которых используется обработанная древесина.

Краткое описание изобретения

Варианты настоящего изобретения предлагают способы, а также составы и устройства для обработки древесины. Кроме того, предлагаются системы для обработки древесины. В еще одном варианте настоящее изобретение предлагает новые деревянные изделия, изготовленные с использованием способов и систем по настоящему изобретению и/или устройств и составов по настоящему изобретению. Настоящее изобретение может быть реализовано различными способами.

Например, один вариант настоящего изобретения может содержать устройство, содержащее контейнер для обработки множества деревянных деталей жидкостью. В одном варианте контейнер может быть влагообменным контейнером. Этот контейнер может содержать поддерживающий каркас для удержания в контейнере множества деревянных деталей и по меньшей мере одну поверхность, содержащую множество отверстий, имеющих такой размер, чтобы сквозь них могла проходить жидкость, но существенная часть множества деревянных деталей, находящихся внутри контейнера, не могла бы проходить сквозь эти отверстия.

Варианты настоящего изобретения также включают составы для склеивания древесины. В одном варианте состав может содержать клей, содержащий поливинилацетат (ПВА) и изоцианатный сшивающий агент. Клеи по настоящему изобретению могут использовать для необработанной древесины или древесины, которая должна быть обработана нужным химическим составом. Варианты настоящего изобретения также включают способы обработки древесины нужным химическим составом. Способ может содержать, например, шаги, при которых собирают множество деревянных деталей; помещают множество деревянных деталей в контейнер, где контейнер содержит поддерживающий каркас для удержания множества деревянных деталей в контейнере и по меньшей мере одну поверхность, содержащую множество отверстий, где отверстия имеют такой размер, чтобы сквозь них могла проходить жидкость, но существенная часть множества деревянных деталей, находящихся внутри контейнера, сквозь отверстия проходить не могла; и воздействуют на множество деревянных деталей такими условиями, при которых жидкость проникает в древесину или удаляется из древесины.

Варианты настоящего изобретения также включают системы для обработки древесины нужными химическими составами. Система может содержать, например, станцию для размещения контейнера для обработки множества деревянных деталей жидкостью, контейнер, содержащий поддерживающий каркас для удержания множества деревянных деталей в контейнере и по меньшей мере одну поверхность, содержащую множество отверстий, где отверстия имеют такой размер, чтобы сквозь них могла проходить жидкость, но существенная часть множества деревянных деталей, находящихся внутри контейнера, сквозь отверстия проходить не могла. Варианты системы могут далее содержать станцию для обработки деревянных деталей нужным жидким составом. Кроме того, в других вариантах, система может содержать станцию для удаления избытка влаги из древесины после того, как древесина была извлечена из станции обработки. Система может использоваться для производства деревянных изделий, состоящих из множества деталей. Следовательно, варианты системы также могут содержать станцию для склеивания по меньшей мере части деревянных деталей друг с другом.

Другие варианты могут включать деревянные изделия, выполненные с использованием устройств, составов, способов и систем по настоящему изобретению.

Некоторые варианты настоящего изобретения могут давать различные преимущества. Использование устройств, составов, способов и систем по настоящему изобретению может давать повышение эффективности производства обработанной древесины. Например, влагообменный контейнер по настоящему изобретению может использоваться для обработки разнообразных наборов деревянных подложек и для производства различных строительных конструкций. Использование влагообменного контейнера по настоящему изобретению может позволить обрабатывать множество деревянных деталей независимо от их формы или размера.

Кроме того, варианты настоящего изобретения могут использоваться в таких технологиях обработки, где древесина подвергается воздействию высокой температуры и/или изменению давления. Например, в одном варианте влагообменный контейнер по настоящему изобретению может использоваться для обработки древесины составами на водной основе или химическими органическими составами. Таким образом, влагообменный контейнер по настоящему изобретению может использоваться для производства деревянных изделий, которые требуют обработки фунгицидами, пестицидами или другими типами химических защитных составов. Влагообменный контейнер также может использоваться там, где древесина не требует обработки химическим составом, но требует увеличения или снижения содержания влаги.

Варианты настоящего изобретения также могут обеспечить гибкость за счет того, что позволяют склеивать мелкие деревянные детали на разных этапах технологического процесса. Например, деревянные детали можно склеивать до загрузки древесины во влагообменный контейнер для обработки химическим составом, или деревянные детали можно склеивать после загрузки древесины во влагообменный контейнер для обработки химическим составом.

Варианты настоящего изобретения также могут давать уникальные клеящие составы. В одном варианте клеящие составы по настоящему изобретению могут содержать компоненты для обеспечения повышенной адгезии деревянных деталей друг с другом. Такая повышенная адгезия может быть важна для склеивания друг с другом деревянных деталей, которые будут подвергаться физическим напряжениям. Такая повышенная адгезия также может быть важна для древесины, которая подвергается химической обработке, поскольку химическая обработка древесины может, по меньшей мере частично, деактивировать химические группы в древесине, которые участвуют в создании адгезии. Таким образом, когда древесина подвергается химической обработке, может потребоваться более сильный клей.

Состав клея по вариантам настоящего изобретения также может обеспечивать сокращение времени отвердевания. Сокращенное время отвердевания выгодно для производства, поскольку склеивание деревянных изделий друг с другом может быть важным звеном технологического процесса.

Кроме того, клей по вариантам настоящего изобретения может иметь состав, обеспечивающий уменьшенное известкование. Уменьшение известкования позволяет формировать более прочные швы и давать более чистую линию клея при склеивании двух деталей друг с другом.

Из вышеприведенного краткого описания ясно, что целью настоящего изобретения является создание способов, устройств, составов и систем, относящихся к производству изделий из обработанной древесины. Следует также понимать, что настоящее изобретение в своем применении не ограничено конкретными деталями, приведенными в описании, на чертежах и в формуле. Изобретение может содержать другие варианты и применяться на практике различными способами.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - блок-схема способа, используемого для обработки деревянных изделий по варианту настоящего изобретения.

Фиг. 2 - иллюстрация влагообменного контейнера по варианту настоящего изобретения.

Фиг. 3А-Е - дополнительные виды и габариты влагообменного контейнера по варианту настоящего изобретения, где фиг. 3А показывает контейнер в перспективе, фиг. 3В иллюстрирует виды спереди и сзади (3В-1), слева и справа (3В-2) и вид сверху (3В-3); фиг. 3С - вид днища контейнера, фиг. 3D - разнесенный вид опоры, прикрепленной к контейнеру, в перспективе (3D-1, 3D-2) или в сечении (3D-3); и фиг. 3Е показывает вид в перспективе (3Е-1) и разнесенный вид (3Е-2) центральных усиливающих штанг.

Фиг. 4 иллюстрирует укладку друг на друга двух влагообменных контейнеров по варианту настоящего изобретения.

Фиг. 5 - влагообменный контейнер по альтернативному варианту настоящего изобретения, где фиг. 5А - вид в перспективе альтернативной опоры для поддержки контейнера, фиг. 5В - вид сбоку в перспективе укладки двух контейнеров друг на друга; и фиг. 5С - вид спереди укладки двух контейнеров друг на друга.

Фиг. 6 - схематическое представление системы, используемой для обработки древесины по варианту настоящего изобретения.

Фиг. 7 - схематическое представление системы, используемой для обработки древесины по альтернативному варианту настоящего изобретения.

Подробное описание

Определения

В настоящем описании все существительные в единственном числе включают в себя и множественное число, если прямо и недвусмысленно не оговорено иное.

В настоящем описании термин "существенная часть" означает по меньшей мере 60% и, следовательно, включает в себя пропорции по меньшей мере 70% или по меньшей мере 80%, или по меньшей мере 90%, или по меньшей мере 95%, или по меньшей мере 99%.

Варианты настоящего изобретения позволяют получить различные строительные конструкции, содержащие обработанные деревянные изделия по настоящему изобретению. Строительная конструкция может быть любой из множества известных строительных конструкций, например, помимо прочего, такой как дверная коробка или часть дверной коробки, оконная рама или часть оконной рамы, или часть окна, например, створка окна, штапик, рейка оконного переплета (например, средник окна), сайдинг (или его часть), настил (или его часть), бордюрная рейка, ставни, гонт, облицовка. Кроме того, строительной конструкцией может быть по существу плоская структура, например, полотно двери. Обработанная древесина также может использоваться в композитной структуре, такой как покрытие двери.

В настоящем описании древесина и деревянные детали включают натуральную древесину, а также композиты на основе древесины. Такие композиты на основе древесины могут включать любое лигноцеллюлозное волокно. Например, композиты на основе древесины могут включать древесно-волоконные плиты, такие как древесно-волоконные плиты высокой и средней плотности, ориентированно-стружечные плиты и древесно-стружечные плиты. Древесина и деревянные детали включают различные типы пиломатериалов, такие как технические пиломатериалы, фанера, доски произвольной длины, обрезные пиломатериалы, обрезные пиломатериалы с соединением в замок, пиломатериалы, распиленные вдоль волокон, и любые другие типы пиломатериалов, пригодные для изготовления нужного деревянного изделия. Тип древесины не ограничивается какими-либо конкретными породами дерева. Древесина может быть "твердой", получаемой типично из двудольных деревьев, таких как вишня, ясень, красное дерево, троко (troko), бук, дуб, клен, береза, орех, тик, ольха, осина, тополь, вяз, эвкалипт или ива. Древесина также может быть "мягкой", получаемой из хвойных деревьев, таких как лиственница, сосна, пихта, дугласовая пихта, тсуга, красное дерево и ель.

Кроме того, в настоящем описании лигноцеллюлозное волокно - это материал, содержащий целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин. К соответствующим лигноцеллюлозным материалам могут относиться древесная стружка, древесные волокна, солома, пенька, сизаль, стебли хлопчатника, пшеница, бамбук, джут, тростник, растущий в соленой воде, пальмовые листья, джут, скорлупа арахиса, древесина твердых пород и древесина мягких пород. Лигноцеллюлозное волокно, используемое для изготовления деревянных деталей, может быть рафинированным. В настоящем описании рафинированное волокно - это древесное волокно и жгуты волокон, которые получены уменьшением размера других форм древесины, таких как опилки и стружка. Рафинированные древесные волокна могут производиться путем размягчения более крупных частиц древесины паром и давлением и, затем, механическим истиранием древесины в рафинере до получения требуемого размера волокон.

В настоящем описании рама - это жесткая поддерживающая конструкция. Кроме того, каркас - это существенная опорная структура, имеющая по меньшей мере одну раму. Кроме того, в настоящем описании опора - это поддерживающие структуры, на которые могут опираться более крупные структуры при установке на плоскую поверхность.

В настоящем описании сетка или решетка - это сетчатая структура, содержащая множество пересекающихся жестких деталей, с равномерно разнесенными отверстиями.

Варианты настоящего изобретения могут охватывать автоматизированные системы, которые могут управляться, по меньшей мере частично, компьютером и компьютерной программой или программным средством. В настоящем описании термин "компьютерная программа" включает компьютерный язык кодирования, который кодирует шаги, которые должен выполнить компьютер для решения конкретной задачи или конкретных задач. Кроме того, в настоящем описании программное обеспечение включает компьютерную программу или программы, используемые в сочетании с любыми другими операционными системами, необходимыми для работы компьютера. Машинно-читаемые носители включают, помимо прочего, электронные, оптические, магнитные или другие запоминающие или передающие устройства, способные подавать на процессор компьютерные команды. К другим примерам носителей относятся, помимо прочего, гибкие диски, компактные диски, магнитные диски, твердотельные запоминающие устройства, ПЗУ, ОЗУ, ASIC, конфигурируемый процессор, все оптические носители, все магнитные ленты или другие магнитные носители или любые другие носители, с которых процессор компьютера может считывать команды. Кроме того, к различным другим формам машинно-читаемых носителей, которые могут передавать или хранить команды для компьютера, относятся роутер, частная или публичная сеть, или другие передающие устройства или каналы, как проводные, так и беспроводные. Команды могут содержать код на любом подходящем языке программирования, включая, например, С, VISUAL C#^®, VISUAL BASIC^®, VISUAL FOXPRO^®, Java, JavaScript, CITEC, WONDERWARE^® и TESTPOINT^®.

Дополнительно, в настоящем описании процессор компьютера или ЦП может содержать, например, цифровые логические процессоры, способные обрабатывать входные данные, выполнять алгоритмы и генерировать при необходимости выходные данные, в ответ на входные данные, полученные от устройства ввода. Такие процессоры могут содержать микропроцессор, например, ASIC, и конечные автоматы. Такие процессоры включают носители или могут сообщаться с носителями, включая машинно-читаемые носители, которые хранят команды, которые при выполнении их процессором заставляют процессор выполнять описанные здесь шаги.

Способы обработки древесины

Варианты настоящего изобретения могут содержать способы обработки древесины. Кроме того, варианты настоящего изобретения содержат деревянные изделия, изготовленные с использованием способов настоящего изобретения. Варианты способов по настоящему изобретению могут содержать варианты систем, устройств и составов по настоящему изобретению, как описано ниже.

В одном варианте настоящее изобретение может содержать способ обработки древесины, содержащий шаги, при которых (а) собирают множество деревянных деталей; (b) помещают множество деревянных деталей в контейнер, где контейнер содержит (i) поддерживающий каркас для удержания множества деревянных деталей в контейнере и (ii) по меньшей мере одну поверхность, содержащую множество отверстий, где отверстия имеют такой размер, чтобы сквозь отверстия могла проходить жидкость, но не могла проходить существенная часть множества деревянных деталей, находящихся внутри контейнера; и (с) подвергают множество деревянных деталей условиям, при которых жидкость может быть введена в древесину или удалена из древесины. Каркас может содержать раму основания, верхнюю раму и множество боковых стоек, соединяющих раму основания и верхнюю раму.

Кроме того, в некоторых вариантах контейнер может содержать основания, выступающие от рамы основания так, что, когда контейнер помещен на плоскую поверхность, он опирается на эти основания. Основания могут быть размещены так, чтобы выступать от внутреннего периметра рамы основания так, что, когда один контейнер устанавливается поверх другого, основания верхнего контейнера вставлены в периметр верхней рамы нижнего контейнера для предотвращения поперечных перемещений контейнеров относительно друг друга. Кроме того, опоры могут содержать выступ так, что, когда один контейнер установлен на другом, выступ оснований верхнего контейнера опирается на верхнюю поверхность верхней рамы нижнего контейнера для создания пространства между двумя контейнерами.

Кроме того, в одном варианте рама может содержать сетку или решетку. Или каркас, содержащий более крупные отверстия, может быть окружен сеткой или решеткой. В одном варианте контейнер может содержать влагообменный контейнер, описанный ниже. Другие детали влагообменного контейнера, используемого в способах по настоящему изобретению, подробно описаны ниже.

В одном варианте способ может содержать шаг, при котором множество деревянных деталей обрабатывают химическим составом и собирают множество деревянных деталей в более крупную структуру. В одном варианте химический состав может содержать консервант для защиты древесины от проникновения воды и/или гниения древесины. Дополнительно или альтернативно химический состав может содержать агент для снижения нападений насекомых, или химический состав может содержать фунгицид. В еще одном варианте обработка может включать добавление влаги в древесину или удаление влаги из древесины.

Начальный шаг способа в некоторых вариантах может включать подготовку множества деревянных деталей, подлежащих обработке. Древесина может содержать натуральную древесину или композиты на основе древесины. Кроме того, древесина может содержать различные сорта пиломатериалов, например, технические пиломатериалы, фанеру, доски произвольной длины, обрезные пиломатериалы, обрезные пиломатериалы с соединением в замок, пиломатериалы, распиленные вдоль волокон, и любые другие типы пиломатериалов, пригодные для изготовления нужной строительной конструкции. Тип древесины не ограничивается какой-либо конкретной породой дерева. Древесина может быть "твердой", получаемой типично из двудольных деревьев, таких как вишня, ясень, красное дерево, троко (troko), бук, дуб, клен, береза, орех, тик, ольха, осина, тополь, вяз, эвкалипт или ива. Древесина также может быть "мягкой", получаемой из хвойных деревьев, таких как лиственница, сосна, пихта, дугласовая пихта, тсуга, красное дерево и ель.

В одном варианте древесина может загружаться во влагообменный контейнер по настоящему изобретению для переноса в технологический резервуар. Затем, деревянные детали могут быть помещены в технологический резервуар. Технологический резервуар может быть закрытым контейнером, который позволяет обрабатывать деревянные детали нужным химическим составом. В одном варианте древесину в технологическом резервуаре можно подвергать условиям повышенной температуры и/или давления.

В одном варианте после обработки древесину можно помещать в осушитель или в печь для сушки древесины до заранее определенного содержания влаги. Печь может работать на солнечной энергии, на паре, электричестве, дровах или на газе. В одном варианте древесина может сушиться на воздухе при температуре окружающей среды. В альтернативных вариантах древесину можно сушить до конечного содержания влаги в диапазоне от приблизительно 3% до приблизительно 30% или от приблизительно 5% до приблизительно 20%, или от приблизительно 8% до приблизительно 15%. Находясь в печи, древесина может оставаться во влагообменном контейнере. Древесину можно нагревать до температуры от приблизительно -1,1°С до приблизительно 138°С, или от приблизительно 15,6°С до приблизительно 116°С, или от приблизительно 37,8°С до приблизительно 104,4°С. После удаления из обработанной древесины избытка влаги отдельные деревянные детали можно извлекать из влагообменного контейнера.

Способ обработки древесины может меняться в зависимости от типа состава, используемого для обработки древесины. В одном варианте способ может содержать шаг, при котором изменяют температуру и/или давление для усиления проникновения химического состава в древесину. Так, в альтернативных вариантах шаг, при котором воздействуют на множество деревянных деталей жидкостью, содержит шаг, при котором древесину и жидкость нагревают до температуры от приблизительно 43,3°С до приблизительно 132°С или от приблизительно 48,9°С до приблизительно 121°С, или от приблизительно 54,°С до приблизительно 93,3°С, или от приблизительно 60°С до приблизительно 82,2°С, или от приблизительно 65,6°С до приблизительно 71,1°С. Технологический резервуар может содержать замкнутую систему, которая может воздействовать на обрабатываемую древесину либо положительным, либо отрицательным давлением. В одном варианте технологический резервуар содержит автоклав.

Деревянные детали могут иметь размер конечного изделия, или они могут быть небольшими деталями, которые склеивают друг с другом для получения больших деталей. В одном варианте небольшие деревянные детали могут подвергаться склеиванию до обработки древесины нужным химическим составом, или же деревянные детали могут подвергаться склеиванию после обработки нужным химическим составом.

В одном варианте клей, применяемый для склеивания древесины, содержит клей, содержащий поливинилацетат (ПВА) и изоцианатный сшивающий агент. Клей может иметь прочность соединения, позволяющую склеивать обработанную древесину или склеивать древесину до соответствующей обработки. В альтернативных вариантах прочность соединения клея превышает 1 МПа или 2 МПа, или 5 МПа, или 7,5 МПа, или 10 МПа, или 15 МПа. Например, прочность соединения клея может составлять от 1 до 20 МПа или от 2 до 18 МПа, или от 5 до 17 МПа, или от 7,5 до 15 МПа. Например, в альтернативных вариантах прочность соединения клея обеспечивает более 80% или более 85%, или более 90%, или более 92%, или более 95%, или более 97% разрушения древесины при использовании клея для склеивания двух деревянных деталей. В одном варианте измерение прочности соединения включает использование тестов ASTM на растяжение и/или на изгиб, описанных ниже.

Как более подробно описано ниже, изоцианатный сшивающий агент может содержать дифенилметандиизоцианат (MDI). MDI может содержать смесь полимерного MDI (pMDI) и чистого MDI. Чистый MDI может содержать 2,4'-дифенилметандиизоцианат и 4,4'-дифенилметандиизоцианат. Полимерный MDI может содержать смесь полимеров, как известно в данной области. В одном варианте полимерный MDI может содержать чистый MDI наряду с три-изоцианатом, тетра-изоцианатом, пента-изоцианатом и небольшую долю более высоких гомологов. Средняя функциональность полимерного MDI типично может составлять от 2,5 до 3. В одном варианте изоцианатный сшивающий агент может содержать метилендифенилдиизоцианат (CAS 101-68-8). Дополнительно или альтернативно, изоцианатный сшивающий агент может содержать поли(метиленфениленизоцианат) (CAS 9016-87-9). Сшивающий агент далее может содержать метилендифенилилизоцианат (CAS 26447-40-5). В одном варианте содержание поли(метиленфениленизоцианата) составляет приблизительно 45-55 вес.%. Кроме того, содержание метилендифенилизоцианата может составлять приблизительно 40-50 вес.%. Дополнительно, содержание метилендифенилилизоцианата может составлять приблизительно 1-10%. В одном варианте агент может содержать Isoset^®CX-47, выпускаемый Ashland Chemical Company (Ashland, OH), или в некоторых вариантах можно использовать другие полимерные MDI, такие как SUPRASEC^® 5025 (Huntsman).

Поливинилацетат (ПВА) может содержать полимер поливинилацетата. Например, ПВА может содержать поливиниловый спирт. Кроме того, ПВА может содержать растворитель, такой как ароматический сложный эфир или фенол. В одном варианте ПВА может содержать приблизительно 10-80% поливинилацетата и приблизительно 5-15% поливинилового спирта. Дополнительные компоненты могут включать соединяющий агент, такой как этиленгликоль. Кроме того, могут быть включены стабилизатор или наполнитель и противопенная добавка. В некоторых вариантах ПВА может содержать PVA 2723 или PVA 2720 (Specialty Polymers Inc., Woodburn, OR). PVA 2723 и PVA 2720 отличаются тем, что PVA 2720 не содержит соединяющего агента.

В одном варианте способ может содержать шаг, при котором на производственной линии в реальном времени смешивают две части состава, и полученную смесь подают на древесину. Например, если используется гибридный клеящий состав по настоящему изобретению, может иметься первая закрытая труба, содержащая сшивающий агент (например, дифенилметандиизоцианат), и вторая закрытая труба, содержащая ПВА. В одном варианте обе части клея (сшивающий агент и ПВА) прокачивают через трубы и смешивают друг с другом в по существу герметичной (анаэробной) камере непосредственно перед подачей на древесину. В одном варианте имеется состоящий из двух частей дозатор, обеспечивающий управляемое смешивание этих двух компонентов (например, ПВА и MDI), требующихся для клея. Кроме того, в одном варианте, закрытый характер дозатора может обеспечить уменьшенное вспенивание при реакции ПВА и MDI.

Использование влагообменного контейнера по настоящему изобретению позволяет поточно обрабатывать защитными или другими составами более мелкие деревянные детали. Поскольку деревянные детали, обрабатываемые с использованием влагообменного контейнера, имеют относительно малые размеры, рабочие составы могут ускоренно проникать в древесину. Кроме того, поскольку обрабатываемые деревянные детали относительно невелики, содержание влаги по всей толщине древесины может быть более равномерным, чем при сушке пиломатериалов или более крупных деталей. Древесина, полученная способами по настоящему изобретению, в отличие от необработанной древесины, таким образом, может обладать повышенной устойчивостью к погодным условиям, гниению, насекомым-вредителям и усадке и/или разбуханию под воздействием влаги.

Варианты способов по настоящему изобретению

На фиг. 1 представлена блок-схема иллюстративного варианта способа обработки древесины по настоящему изобретению. Способы по настоящему изобретению могут применяться для различных видов деревянных подложек. В одном варианте размер обрабатываемых пиломатериалов может находиться в диапазоне от 4 дюймов (101,6 мм) в длину до 20 футов (6,1 м) и более. Кроме того, ширина пиломатериалов может меняться в соответствии с конечным изделием, которое будет изготовлено. В одном варианте ширина пиломатериалов составляет от 1/2 дюйма (12,7 мм) до приблизительно 12 дюймов (304 мм) или более. Толщина пиломатериалов также может быть разной. Изменение толщины пиломатериалов может потребовать изменения параметров обработки, поскольку более толстые пиломатериалы могут потребовать более экстенсивной обработки (например, увеличения времени или повышения температуры), чем тонкие пиломатериалы. В альтернативных вариантах толщина пиломатериалов может составлять от приблизительно 1/16 дюйма (1,6 мм) до приблизительно 12 дюймов (304 мм) или от приблизительно 1/8 дюйма (3,175 мм) до приблизительно 5 дюймов (122 мм), или от приблизительно 1/4 дюйма (6,35 мм) до 3 дюймов (76,2 мм). В одном варианте могут использоваться пиломатериалы любых размеров, которые входят во влагообменный контейнер и/или технологический резервуар.

В альтернативном варианте древесина может быть склеена либо до обработки древесины (шаг 101), либо после обработки древесины (шаг 120) (фиг. 1). Таким образом, мелкие деревянные детали можно обрабатывать и склеивать для формирования коммерчески реализуемых изделий из деревянных деталей. Например, множество соединенных в замок деревянных деталей можно склеивать для формирования длинных досок. Когда деревянные детали склеивают до обработки, древесину можно либо помещать во влагообменный контейнер, либо более крупные детали можно укладывать в штабель и помещать в технологический резервуар. Если влагообменный контейнер не используется, между деревянными деталями можно использовать прокладки, обеспечивающие поток воздуха и способствующие сушке древесины. В одном иллюстративном варианте прокладками могут быть наклейки, установленные между чередующимися деталями в штабеле. Прокладки можно устанавливать либо до шага обработки древесины, либо после обработки. В одном варианте склеивание древесины до обработки включает использование клея по настоящему изобретению, содержащему поливинилацетат (ПВА) и изоцианатный сшивающий агент.

Как показано на фиг. 1, в одном варианте настоящего изобретения обрабатываемую деревянную подложку можно поместить во влагообменный контейнер ("ВОК") по настоящему изобретению (шаг 102). Влагообменный контейнер может содержать контейнер с открытыми стенками и по меньшей мере одну поверхность, имеющую множество отверстий. Влагообменный контейнер может быть предназначен для удержания множества деревянных деталей. Деревянные детали могут помещаться во влагообменный контейнер в произвольном порядке или упорядоченно. Размещение деталей может быть таким, чтобы между деталями оставались достаточные промежутки, чтобы обрабатывающий состав мог покрыть каждую деталь в контейнере. Контейнер может быть спроектирован так, чтобы облегчать влагообмен, одновременно создавая существенную поддержку по бокам и на дне контейнера, чтобы удерживать деревянные детали. Например, как подробно описано ниже, в качестве части дна и боковых стен контейнера может использоваться проволочная сетка, которая обеспечивает поддержку деревянных деталей и одновременно позволяет обрабатывающему составу омывать деревянные детали.

В одном варианте, после того как древесина помещена во влагообменный контейнер, этот влагообменный контейнер может помещаться в технологический резервуар для обработки нужным химическим составом (шаг 104 на фиг. 1). В одном варианте, если древесина склеивается перед обработкой, влагообменный контейнер может не потребоваться, и древесина может укладываться в штабель и, затем, помещаться в технологический резервуар. Технологический резервуар может содержать резервуар, в котором может происходить обработка древесины нужным химическим составом. Технологический резервуар может содержать закрытый контейнер, в котором можно повышать давление или создавать разрежение. В одном варианте технологический сосуд может содержать автоклав. Например, технологический резервуар может содержать автоклав, внутренний объем которого имеет диаметр 78 дюймов (1981,2 мм), а длина - 84 фута (25,6 м).

Как показано на фиг. 1, когда древесина загружена в технологический резервуар, древесину можно обрабатывать в таких условиях, чтобы вводить жидкость в древесину или удалять жидкость из древесины (шаг 106). Например, обработка может заключаться во введении состава на водной основе в поры древесины. Альтернативно, обработка может заключаться в введении органического состава в поры древесины. Технологический раствор может содержать различные агенты для облегчения проникновения в древесину активных ингредиентов. Например, технологический раствор может содержать поверхностно-активное вещество или эмульгатор.

Технологический состав может содержать разные активные ингредиенты. В одном варианте технологический состав может содержать защитное вещество. Или технологический состав может содержать фунгицид. Или можно добавлять антипирен. В еще одном варианте технологический раствор может содержать пестицид. Или технологический раствор может содержать водоотталкивающий агент (например, восковую эмульсию) как средство повышения влагостойкости древесины.

Таким образом, технологический раствор, как известно в данной области, может содержать по меньшей мере одно из следующих веществ: вода, воск, поверхностно-активное вещество (например, неионное, анионное, амфотерное), масло, фунгицид, инсектицид, защитный состав, пестицид, антипирен или водоотталкивающее вещество. К примерам защитных составов для древесины, которые могут использоваться, относятся хроматированный арсенат меди, бораты, азолы, триазолы, щелочная медь, четвертичные соли щелочной меди, арсенаты цинка щелочной меди, тебуконазол, четвертичные соединения аммония, изотиазолоны и карбаматы. Такие технологические составы описаны в патентах США №№ 6686056, 6569540, 6274199, 5824370 и 5652023. В одном варианте используется технологический состав для производства коммерческих деревянных изделий по одному из приведенных выше патентов. Состав может применяться так, чтобы он по существу заполнял технологический резервуар.

В одном варианте древесина может подвергаться воздействию разрежения, после чего следует период воздействия положительного давления для облегчения проникновения технологического раствора в древесину. Например, как описано в патенте США № 6274199, включенного полностью в настоящее описание путем ссылки, способ обработки может включать шаг, на котором древесину подвергают воздействию пониженному или отрицательному давлению, достаточному для удаления воздуха по меньшей мере из части клеток древесины, приводят древесину в контакт с нужным технологическим составом и прилагают положительное давление для усиления проникновения нужного химического состава в древесину. Кроме того, в некоторых вариантах способа можно регулировать температуру для максимизации проникновения состава в древесину. После периода, достаточного для существенной пропитки древесины технологическим составом, положительное давление в резервуаре можно сбросить, и любой избыток технологического состава (например, не впитавшийся состав) можно из резервуара удалить. Давление в резервуаре затем вновь можно понизить ниже атмосферного. Создание разрежения в технологическом резервуаре может способствовать удалению по меньшей мере части влаги, содержащейся в древесине после обработки защитным составом.

Применение разрежения может, по меньшей мере частично, удалить воздух из клеток подложки древесины. Разрежение может создаваться в зависимости от условий обработки (например, температуры, применяемой для обработки древесины, высоты технологической установки над уровнем моря и типа древесины). Продолжительность воздействия разрежения может зависеть от разных факторов, таких как, помимо прочего, количество или тип обрабатываемой древесины. Например, древесину можно удерживать при разрежении в течение периода от 1 минуты до приблизительно 120 минут или от приблизительно 2 минут до приблизительно 60 минут, или от приблизительно 5 минут до приблизительно 30 минут. Кроме того, разрежение может составлять от приблизительно -8 дюймов до приблизительно -29 дюймов (-203 мм - -737 мм) ртутного столба или от -10 дюймов до приблизительно -25 дюймов (-254 - -635 мм) ртутного столба, или от приблизительно -13 дюймов до приблизительно 21 дюйма (-330 мм - -533 мм) ртутного столба. В одном варианте можно использовать разрежение, максимально достижимое на технологической установке при данной температуре обработки и на данной высоте над уровнем моря. Например, на высоте над уровнем моря приблизительно 3000-4000 футов (914-1219 м) и при температуре обработки 71,1°С можно использовать разрежение приблизительно -18 дюймов (-533 мм) ртутного столба в течение приблизительно 5 минут.

В одном варианте состав подается в то время, когда в технологическом резервуаре имеется, по крайней мере, частичное разрежение, поскольку такое разрежение может способствовать втягиванию технологического раствора в резервуар. Альтернативно, технологический состав может наноситься на древесину в технологическом резервуаре после сброса разрежения.

В одном варианте, когда технологический состав уже находится в технологическом резервуаре, в нем может создаваться положительное давление для принудительного проникновения технологического состава в клетки подложки древесины. Положительное давление может составлять, например, от приблизительно 0,35 до приблизительно 14 кг/см². Например, для разных типов древесины может требоваться относительно более высокое или более низкое давление для пропитки древесины составом используемого технологического раствора. В одном варианте, где технологическая установка расположена на высоте приблизительно 3000-4000 футов (914-1219 м) над уровнем моря, можно использовать давление приблизительно 10,55 кг/см².

Для улучшения пропитки древесины нужным составом в некоторых вариантах способа можно также менять температуру. Применяемая температура может зависеть, по меньшей мере частично, от используемого состава. Например, для состава, который содержит воск или масло, более высокая температура может облегчить проникновение воска или масла в клетки древесины. В одном варианте выбранная температура позволяет воску оставаться в расплаве, когда он входит в клетки древесины. Кроме того, температура может меняться в зависимости от высоты технологической установки над уровнем моря. Температура в определенных вариантах может составлять от приблизительно температуры окружающей среды до приблизительно 93,3°С. В одном варианте используется температура 65,6-71,1°С.

Время, в течение которого древесина обрабатывается составом под давлением, может меняться в зависимости от разных факторов, включая, помимо прочего, давление, используемое для улучшения пропитки древесины, тип обрабатываемой древесины, размер обрабатываемых деревянных деталей и тип состава, используемого для обработки древесины. Время обработки может составлять от 5 минут до 24 часов или более. Альтернативно, время обработки может составлять от 20 минут до 180 минут. В одном иллюстративном варианте время обработки составляет приблизительно 60 минут.

В одном варианте, после обработки древесины и, при необходимости, после сброса давления, технологический состав из технологического резервуара можно слить (шаг 112, фиг. 1). В этой точке, если использовался состав на водной основе, древесина может иметь избыток воды в клетках и/или в покрытии поверхности древесины. Поэтому, может оказаться полезным создать разрежение для удаления по меньшей мере части воды из древесины (шаг 114, фиг. 1). В одном варианте можно создать разрежение от приблизительно -13 до приблизительно -20 дюймов (-330 - -508 мм) ртутного столба в течение приблизительно 0,5 часа.

Даже при использовании разрежения для удаления избытка влаги, в некоторых вариантах может потребоваться удалить дополнительную воду из обработанной древесины. Для удаления дополнительной влаги обработанную древесину можно перенести в сушильную печь, сушильный шкаф или осушитель другого типа (шаг 116). Альтернативно, древесину можно оставить во влагообменном контейнере и сушить при температуре окружающей среды в помещении или вне помещения. В одном варианте на этапе сушки древесину можно оставить во влагообменном контейнере. Альтернативно для сушки древесину можно перенести в другой контейнер. В другом варианте древесину можно непосредственно загружать в сушилку и использовать прокладки для разделения деревянных деталей для облегчения сушки.

Размер печи может быть разным, в зависимости от производственных требований. Например, в одном варианте для массового производства одной деревянной детали или множества деревянных деталей печь может иметь размер для сушки приблизительно 21000 куб. футов (приблизительно 595 куб. м) древесины. Или же печь может быть рассчитана всего на 80 куб. футов (2,26 куб м) древесины, что позволяет использовать разные режимы сушки для небольших партий деревянных деталей. В одном иллюстративном варианте используется печь с внутренним объемом приблизительно 3000 куб. футов (приблизительно 85 куб. м).

В определенных вариантах температура печи может задаваться так, чтобы высушенная древесина имела конечную влажность (шаг 118). В одном иллюстративном варианте во время одного цикла сушки печь может создавать разные температуры, как известно в данной области. И температура и уровень влажности в печи могут регулироваться. График сушки может зависеть, отчасти, от характера применяемого технологического раствора, типа обрабатываемой древесины, атмосферной влажности и требуемой конечной влажности обработанной древесины. В одном иллюстративном варианте температура в печи может линейно повышаться до приблизительно 37,8-68,3°С, а затем можно задать изменение температуры в печи со множеством уставок в диапазоне от 37,8°С до 82,2°С так, чтобы через приблизительно 50-180 часов древесина высохла до конечной влажности приблизительно 5-20%. Для более высокотемпературной сушки печь можно нагреть до 138°С. В одном варианте древесина остается в печи при температуре приблизительно 60-71,1°С в течение 136 часов для получения окончательной влажности приблизительно 5-15%.

Шаг сушки можно укоротить, если использовать древесину, которая еще не остыла после технологического резервуара. Так, в одном варианте настоящего изобретения древесину во влагообменном контейнере можно переносить непосредственно из технологического резервуара в печь. Быстрый перенос древесины из технологического резервуара в печь может минимизировать остывание древесины на этом этапе. Если древесина еще теплая после обработки, прогрев печи может занять существенно меньше времени, чем если сушить в печи остывшую древесину. Когда древесина переносится в печь непосредственно из технологического резервуара, время разогрева печи может сократиться от 50 до 100%.

В одном варианте система является закрытой системой. Таким образом, можно повторно использовать по меньшей мере часть ресурсов, использовавшихся для обработки древесины. Например, можно повторно использовать воду, применявшуюся для приготовления технологического состава или выделившуюся из древесины при сушке. Как показано на фиг.1 на шаге 115, можно принять решение, использовать ли воду в процессе повторно. Например, если воду необходимо использовать повторно, не впитавшийся технологический раствор можно извлечь из технологического резервуара и использовать повторно (шаг 117). Избыток технологического раствора, извлеченный из технологического резервуара после обработки древесины, может содержать главным образом воду и уменьшившееся количество некоторых других ингредиентов, использовавшихся в технологическом составе. В данном иллюстративном варианте извлеченный технологический раствор может быть разбавлен более чем на 50%. Повторно используемый технологический раствор можно отфильтровать и затем смешать со вновь приготовленным технологическим раствором для использования для обработки последующих партий древесины. Альтернативно, извлеченный технологический раствор можно концентрировать, а выпаренную воду повторно использовать в системе.

Вода, выпаренная из древесины во время сушки древесины в печи, также может использоваться повторно. В одном иллюстративном варианте вода, испаряющаяся из древесины на шаге сушки, может быть изолирована, отфильтрована и, затем, использована для приготовления нового технологического состава. В одном иллюстративном варианте система может содержать два водяных бака емкостью 15000 галлонов (56781,18 л) - один со свежей водой, а второй - с оборотной водой.

Время полного цикла (т.е. шагов 101-118 или 102-120 по фиг. 1) может составлять от 10 минут до нескольких суток. В одном иллюстративном варианте цикл занимает 140 минут.

Как показано на фиг. 1, в альтернативных вариантах обрабатываемая древесина может подвергаться склеиванию либо до обработки древесины (шаг 101), либо после обработки древесины (шаг 120). В склеивании древесины после обработки нужным химическим составом могут быть некоторые преимущества. Склеивая древесину после обработки, а не до обработки, можно получить несколько преимуществ. Во-первых, продолжительность шага склеивания может стать узким местом производственного процесса, поскольку количество и тип требуемых крупных деталей может обусловливаться потребительским спросом. Осуществляя шаг склеивания в конце производственного процесса, шаги обработки древесины можно проводить беспрепятственно. Таким образом, если сначала проводится обработка, а затем мелкие детали склеиваются для формирования более крупного изделия, время исполнения заказа от получения заказа до отгрузки готового изделия можно сократить, что позволяет более гибко реагировать на потребительский спрос.

Кроме того, повышенные температуры, используемые для обработки древесины, могут привести по меньшей мере к частичной декомпозиции многих видов клея, применяемых для склеивания древесины. При склеивании древесины после обработки клей не подвергается относительно жестким условиям, возникающим при обработке древесины. Кроме того, во время цикла обработки может возникнуть инициированная влагой усадка или разбухание, которые создают дополнительные напряжения в точках склейки деревянных деталей. Склеивание деревянных деталей после обработки древесины может уменьшить напряжения в клеевых соединениях, которые могли бы возникнуть в условиях обработки. Поэтому снижается потребность в специальных клеях, которые могут выдерживать повышенную температуру и химикаты, применяемые при обработке древесины.

Кроме того, поскольку многие клеи содержат термопластичные соединения, во время обработки и последующей сушки древесины клей из-за повышенной температуры может размягчаться. Таким образом, клей может давать сниженную прочность соединения, когда деревянное изделие выходит из печи. Это может потребовать дополнительного времени на "схватывание" перед извлечением древесины из печи, чтобы дать древесине остыть, а клею схватиться или отвердеть.

Дополнительно, клей, применяемый для склеивания мелких деревянных деталей друг с другом, может служить барьером для прохождения влаги. Поэтому, когда древесину склеивают до того, как ее поместят в печь, клей может помешать сушке древесины. Склеивая древесину после обработки, можно уменьшить барьеры для удаления воды. Кроме того, поскольку древесина лучше сохнет с торца (т.е. в продольном направлении волокон) по сравнению с касательным или радиальным направлением (вдоль сторон), более короткие деревянные детали будут иметь больше обнаженных торцов на единицу объема и, поэтому сохнут быстрее. Сушка мелких деревянных деталей, не склеенных друг с другом, таким образом, может дать более равномерное распределение влажности в объеме древесины. Склеивая древесину после обработки, можно уменьшить деформации, такие как изгибание, поперечное коробление и перекос собранных деревянных изделий.

Устройства для обработки древесины

В других вариантах настоящее изобретение может содержать устройства для обработки древесины. Кроме того, варианты настоящего изобретения содержат деревянные изделия, изготовленные с использованием устройств по настоящему изобретению. Варианты устройств по настоящему изобретению могут содержать варианты способов, систем и составов по настоящему изобретению, описанных в настоящем описании.

В одном варианте устройство может содержать влагообменный контейнер, содержащий множество деревянных деталей во время обработки, для изменения содержания влаги или химической природы древесины. Например, древесина может подвергаться увеличению содержания влаги или уменьшению содержания влаги. Или древесина может обрабатываться нужным жидким химическим составом.

Влагообменный контейнер по настоящему изобретению может иметь различные конструкции. В одном варианте контейнер может содержать поддерживающий каркас для удержания в контейнере множества деревянных деталей и по меньшей мере одну поверхность, содержащую множество отверстий, где отверстия имеют такой размер, чтобы скозь них могла проходить жидкость, но не могла проходить существенная часть из множества деревянных деталей, расположенных внутри контейнера. Каркас может иметь разные формы. Например, контейнер может быть по существу кубическим или прямоугольным. Альтернативно, контейнер может иметь по существу цилиндрическую форму. Или контейнер может иметь трапецеидальную или пирамидальную форму. В одном варианте каркас может содержать раму основания, верхнюю раму и множество боковых стоек, соединяющих раму основания и верхнюю раму.

В одном варианте контейнер может иметь прямоугольную форму. В прямоугольном контейнере поддерживающий каркас может содержать прямоугольную раму, содержащую раму основания контейнера, прямоугольную раму, содержащую верхнюю раму контейнера, и четыре боковые стойки, соединяющие раму основания и верхнюю раму, где боковые стойки проходят перпендикулярно от рамы основания к верхней раме для соединения угла рамы основания с соответствующим углом верхней рамы для формирования прямоугольного контейнера, имеющего основание, вершину и четыре стороны.

В одном варианте каркас контейнера может обеспечивать структурную поддержку контейнера. В некоторых вариантах к основному каркасу могут быть добавлены дополнительные детали. Например, в качестве части каркаса могут использоваться дополнительные боковые стойки, соединяющие раму основания и верхнюю раму. Контейнер может далее содержать дополнительные детали в качестве рамы основания контейнера, где дополнительные детали рамы основания взаимно соединены для образования решетки, которая проходит по меньшей мере от одной стороны рамы основания до противоположной стороны рамы основания.

В одном варианте контейнер может содержать средство для предотвращения выпадения деревянных деталей из вершины контейнера. Например, в одном варианте боковые стойки, расположенные вдоль длины или ширины контейнера, могут соединяться с брусками, которые проходят вдоль верхней поверхности контейнера. Либо контейнер может иметь съемную крышку.

В некоторых вариантах влагообменный контейнер по настоящему изобретению может далее содержать опоры (например, ножки), отходящие от нижней рамы. Так, в одном варианте, каркас может содержать первый набор опор, отходящих от дна каркаса так, что, когда контейнер устанавливается на плоскую поверхность, опоры поддерживают контейнер.

Опоры могут облегчать дренирование контейнера. Дополнительно или альтернативно, опоры также могут облегчать штабелирование нескольких контейнеров. В одном варианте опоры расположены так, чтобы отходить от внутреннего периметра рамы основания так, чтобы, когда один контейнер установлен на другом, опоры верхнего контейнера могли вставляться внутрь периметра верхней рамы нижнего контейнера. Таким образом, опоры верхнего контейнера могут препятствовать боковому перемещению контейнеров относительно друг друга. Кроме того, опоры могут содержать выступ так, чтобы, когда один контейнер установлен на другом, выступ опоры верхнего контейнера опирался на верхнюю поверхность верхней рамы нижнего контейнера для создания пространства между этими двумя контейнерами.

В некоторых вариантах опора далее может быть спроектирована так, что, когда один контейнер установлен на другом, между контейнерами имеется пространство. В одном варианте контейнер может содержать второй набор опор, отходящих от рамы основания контейнера так, чтобы, когда один контейнер установлен на другом, второй набор опор верхнего контейнера опирался на верхнюю поверхность верхней рамы, создавая пространство между этими двумя контейнерами. Для прямоугольного контейнера и при использовании двух комплектов опор опора может содержать четыре внутренние опоры и четыре внешние опоры, расположенные на каждом углу контейнера. Или, для цилиндрического контейнера с двумя наборами опор можно использовать три внутренние и три внешние опоры. В одном варианте первый набор внутренних опор выступает от нижней поверхности контейнера дальше, чем второй набор внешних опор.

В еще одном варианте опора может состоять из множества прутков, проходящих от одной стороны контейнера до другой. Прутки могут быть спроектированы так, чтобы выступать за периметр рамы основания. Например, два прутка, которые проходят по ширине контейнера и от одной стороны контейнера до другой, могут являться опорой.

В некоторых вариантах влагообменный контейнер по настоящему изобретению может быть спроектирован так, чтобы облегчать загрузку и выгрузку древесины. Например, верхняя рама может содержать поверхность, спроектированную так, чтобы деревянные детали не застревали на раме. Так, в одном варианте верхняя рама может содержать поверхность, которая наклонена для облегчения скольжения деревянных деталей в контейнер и из него. Так, верхняя рама в некоторых вариантах может содержать по меньшей мере один брусок, содержащий плоскую поверхность, проходящую параллельно верхней поверхности вершины контейнера, боковой брусок, содержащий плоскую поверхность, проходящую параллельно боковой поверхности контейнера, и поверхность, которая проходит от внутренней кромки верхнего бруска до нижней кромки боковой стойки, образуя поверхность, которая наклонена так, что внутренний периметр контейнера у нижней кромки верхней рамы больше, чем внутренний периметр контейнера у верхней кромки верхней рамы. В одном варианте верхний брусок и боковой брусок, используемые для образования верхней рамы, могут содержать единую Г-образную деталь. Затем можно использовать наклонную поверхность, соединяющие полки Г-образной детали, для образования балки треугольного сечения.

В некоторых вариантах контейнер может быть спроектирован так, чтобы облегчить влагообмен во множестве деревянных деталей. В одном варианте каждая из боковых поверхностей содержит множество отверстий для облегчения переноса влаги. Или по меньшей мере две из сторон могут содержать отверстия для облегчения переноса влаги, а две стороны могут быть выполнены сплошными. Либо все четыре стороны могут быть сплошными. Дно контейнера может содержать множество отверстий. Таким образом, влага, не впитавшаяся в древесину, может сливаться из контейнера. Так, в одном варианте каждая из боковых поверхностей и нижняя поверхность контейнера содержат множество отверстий. В одном варианте отверстия могут содержать сетку или решетку. В одном варианте сам каркас является сеткой или решеткой. Например, в некоторых вариантах контейнер может не иметь жесткой рамы, а иметь веревочную или металлическую сеть.

В зависимости от размера обрабатываемой древесины, отверстия могут включать отверстия, которые являются частью общего каркаса. Или, для обработки меньших деревянных деталей, отверстия могут создаваться путем крепления сетки или решетки к поверхности каркаса.

Как указано в настоящем описании, процесс обработки древесины может включать воздействие на древесину химическим составом. Дополнительно, процесс обработки может включать воздействие на древесину высокой температурой. Например, контейнер может использоваться для переноса древесины (обработанной или не обработанной) в печь. В одном варианте контейнер можно использовать для переноса не обработанной древесины в печь для обработки высокой температурой, например, от 180°С до 240°С. Кроме того, процесс обработки может содержать операцию воздействия на древесину изменением давления. По меньшей мере в некоторых вариантах влагообменный контейнер должен быть выполнен из материала, который может выдерживать воздействие химического технологического состава при повышенной температуре, положительном давлении или разрежении. Например, в альтернативных вариантах влагообменный контейнер по настоящему изобретению устойчив при воздействии температур выше 132°С или 121°С, или 93°С, или 82°С, или 65,6°С.

Кроме того, влагообменный контейнер может быть устойчив к воздействию органических химических составов или водных химических составов или ионных химических составов.

Варианты влагообменного контейнера могут быть выполнены из металла. Например, для влагообменного контейнера по настоящему изобретению могут применяться металлические трубы, швеллеры или прокат. Используемый металл может содержать мягкую сталь, нержавеющую сталь, углеродистую сталь или другие виды металла, такие как железо или алюминий, которые могут быть устойчивы к растворам и условиям, применяемым при обработке. Кроме того, по меньшей мере для части деталей контейнера может применяться пластмасса. Кроме того, для облегчения дренирования, по меньшей мере часть каркаса может содержать стальные швеллеры, где боковые полки швеллера выступают в направлении нижней поверхности контейнера.

Влагообменный контейнер может содержать держатель, предназначенный для облегчения обработки и последующей сушки обработанных деревянных деталей, соединенных в замок, и других мелких деревянных деталей перед соединением этих деталей в замок или других видов сборки мелких деталей в более крупную. В некоторых вариантах влагообменный контейнер может иметь размер, подходящий для укладки множества деталей, предназначенных для соединения в замок. Так, влагообменный контейнер может обеспечить возможность переноса большого количества древесины из технологического резервуара для обработки древесины химическим составом в условиях высокой температуры и/или давления в печь для удаления избытка влаги из обработанной древесины без разборки штабеля и повторной укладки древесины в штабель. Для использования влагообменного контейнера древесину, подлежащую обработке, можно укладывать в контейнер произвольно. В одном варианте для разделения отдельных деревянных деталей друг от друга не требуются прокладки или подобные приспособления. Укладывая древесину во влагообменном контейнере произвольно, можно повысить способность древесины к пропитке технологическим раствором и, затем, после пропитки к сушке до нужной влажности. Используя влагообменный контейнер по настоящему изобретению, можно получить более воспроизводимые результаты пропитки древесины технологическим раствором.

Влагообменный контейнер может иметь размер, позволяющий вмещать древесину нужного размера и формы и входить в технологический резервуар и/или печь. В одном иллюстративном варианте влагообменный контейнер может иметь длину приблизительно 90 и 3/4 дюймов (2,305 м), высоту приблизительно 55 и 3/4 дюймов (1,416 м) и глубину приблизительно 48 дюймов (1,219 м). В другом иллюстративном варианте влагообменный контейнер может иметь длину приблизительно 128 дюймов (2,305 м), высоту приблизительно 55 и 3/4 дюймов (1,416 м) и глубину приблизительно 48 дюймов (1,219 м).

Варианты устройств для обработки древесины

Иллюстративные варианты влагообменного контейнера 20 по настоящему изобретению показаны на фиг. 2, 3А-3Е, 4 и 5. Как показано на фиг. 2, 3А, 3В и 3С, влагообменный контейнер может содержать каркас, выполненный из стальных швеллеров или подобных деталей. Рама основания каркаса может содержать две отдельные длинные детали 7, образующие длину контейнера, и две более короткие детали 6, образующие ширину контейнера. Детали 6 и 7, используемые для рамы основания, могут быть выполнены из стального проката или стальных швеллеров. Так, в одном иллюстративном варианте детали 6 и 7 основания могут быть выполнены из швеллеров размером 76,2×76,2×6,25 мм. Альтернативно, детали 6 и 7 основания могут быть выполнены из швеллеров 60,325×76,2×6,25 мм. В зависимости от древесины, подлежащей обработке, и от условий обработки могут использоваться другие типы материалов, конструкции и/или размеры. Для деталей 6 и 7 нижней рамы швеллер может быть обращен наружу, чтобы облегчить дренирование технологического раствора и других жидкостей из деталей контейнера. Например, на фиг. 3С показан вид нижней поверхности основания контейнера (т.е. нижней рамы), содержащей детали 6а, 6b и 7 и усиливающие перекладины 8, выполненные из стального проката или швеллеров, где каналы, образованные швеллерами, открыты к нижней поверхности в соответствии с иллюстративным вариантом настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 2 и 3А, в одном варианте верхняя поверхность контейнера может содержать верхнюю раму, содержащую длинные балки 3, проходящие вдоль длины контейнера, и короткие балки 2, проходящие вдоль ширины контейнера. Следовательно, верхняя часть контейнера может содержать боковые балки 14, проходящие вдоль длины контейнера, и более короткие боковые балки 15, проходящие вдоль ширины контейнера. В одном примере верхние балки 2 и 3 могут иметь размер 50,8×76,2×6,35 мм, а боковые балки 14 и 15 могут быть плоскими прутками размером 50,8×76,2 мм. Кроме того, в некоторых вариантах верхние балки 2, 15 и 3, 14 могут содержать единую деталь, выполненную из уголка. В зависимости от типа обрабатываемой древесины и от условий обработки могут применяться и другие материалы, конструкции и/или размеры.

В некоторых вариантах контейнер по настоящему изобретению может быть спроектирован также, чтобы облегчать закладку в него древесины или извлечение из него древесины. В одном варианте верхние балки 2 и 3 соединены с боковыми балками 14 и 15 одновременно и по внутренней кромке контейнера и с помощью дополнительных деталей 17 и 18, которые наклонены относительно плоскости верхней поверхности контейнера и боковых сторон контейнера. Примеры наклонной поверхности показаны на фиг. 3А и 3Е-2, где показано соединение боковой балки 5 и верхней балки 4 в теле балки, образованном верхней балкой 4, боковой балкой 14 и наклонной балкой 18. Так, в одном варианте, верхняя балка может иметь по существу треугольную форму, где гипотенуза треугольника образует внутреннюю поверхность рамы.

В некоторых вариантах контейнер далее может содержать угловые вертикальные опоры 1, соединяющие детали верхнего периметра (например, верхнюю раму) с деталями нижнего периметра (например, нижней рамой). В одном иллюстративном варианте вертикальные опоры 1 могут содержать стальные уголки размером 76,2×76,2×6,5 мм, которые завернуты вокруг деталей верхней рамы (т.е. 14 и 15) и деталей нижней рамы (т.е. 6 и 7) (фиг. 3Е-1). В зависимости от типа обрабатываемой древесины и от условий обработки могут применяться и другие материалы, конструкции и/или размеры вертикальных опор. Увеличенное изображение вертикальной опоры 1, заворачивающейся вокруг верхних балок 3, 14 и 2, 15, показано на фиг. 3Е-2.

В некоторых вариантах контейнер может использоваться для обработки существенного объема деревянных деталей в одной партии. В альтернативных вариантах в контейнер можно загружать от 100 до 5000 фунтов (45,34-2268 кг) древесины. Так, в некоторых вариантах контейнер может содержать дополнительные усиливающие балки, чтобы удерживать обрабатываемую древесину. Как показано на фиг. 2, 3А, 3В и 3С, на центральном участке основания контейнер может содержать две балки 6b. В одном иллюстративном варианте центральные опорные балки 6b могут быть приварены к дополнительным опорным балкам 8, которые проходят от центральных опорных балок 6b к внешним балкам 6а периметра. В одном иллюстративном варианте каждая из центральных опорных балок 6b может быть выполнена из толстого проката размером 76,2×76,2×6,25 мм. Альтернативно центральные опорные балки могут быть выполнены из проката размером 60,325×76,2×6,25 мм. В зависимости от типа обрабатываемой древесины и от условий обработки могут применяться и другие материалы, конструкции и/или размеры усиливающих балок нижней рамы. Усиливающие балки 6b и 8 могут обеспечивать дополнительную поддержку древесине, содержащейся во влагообменном контейнере.

Как показано на фиг. 2, 3А, 3В и 3Е, в некоторых вариантах контейнер может далее содержать усиливающие детали, расположенные вдоль боковых сторон и/или верха контейнера. Например, могут использоваться вертикальные усиливающие балки 5, проходящие от балки 7 периметра нижней рамы до балки 14 периметра верхней рамы. На одной стороне может использоваться единственная усиливающая балка 5 или множество балок 5, разнесенных по длине и/или ширине контейнера. В одном иллюстративном варианте вертикальные балки 5 могут содержать небольшие швеллеры размером 50,8×25,4×6,25 мм, каналы которых обращены внутрь контейнера. В зависимости от типа обрабатываемой древесины и от условий обработки могут применяться и другие материалы, конструкции и/или размеры боковых усиливающих балок 5.

Варианты контейнера могут также включать усиливающие детали 4, проходящие в верхней части контейнера. Как и усиливающие балки, проходящие вдоль боков контейнера, это может быть одиночная усиливающая деталь 4 или множество деталей, проходящих вдоль длины и/или ширины контейнера. В одном иллюстративном варианте можно использовать стальную трубу треугольного сечения размером 25,4×25,4×6,35 мм. В одном иллюстративном варианте трубы треугольного сечения могут содержать две стороны по 76,2 мм и основание в 50,8 мм. В одном варианте трубы треугольного сечения могут содержать угол 45^о на верхней стороне балок. Увеличенный вид труб треугольного сечения, которые можно использовать для верхних усиливающих деталей 4, показан на фиг. 3Е-3. Кроме того, можно использовать другие типы балок, например, швеллеры. Трубы или балки могут быть приварены, привинчены, посажены на заклепки на место или прикреплены другими известными средствами. В зависимости от типа обрабатываемой древесины и от условий обработки для верхних усиливающих балок 4 могут применяться и другие материалы, конструкции и/или размеры.

Влагообменный контейнер, по меньшей мере в некоторых вариантах, может содержать сетку или решетку 13 в качестве части экзоскелета. Сетка может быть расположена на нижней поверхности, а также на боковых поверхностях, предотвращая выпадение деревянных деталей из влагообменного контейнера. В одном варианте может быть использована ромбовидная сетка размером 25,4×12,7×76,2 мм. В зависимости от размера обрабатываемой древесины могут использоваться другие размеры ячеек сетки. В зависимости от размеров влагообменного контейнера сетка на верхней поверхности контейнера может быть не нужна. Например, влагообменный контейнер может иметь такой размер, чтобы плотно входить в технологический резервуар. Таким образом, маловероятно, что древесина выпадет из верхней части контейнера.

Для облегчения установки сетки на контейнер, контейнер, по меньшей мере в некоторых вариантах, может содержать поддерживающие прутки или балки 11 и 12, отходящие вверх от основания контейнера для крепления сетки к каркасу (фиг. 3А и 3В). В одном иллюстративном варианте опорные балки могут содержать балки размером 63,5×6,35 мм, проходящие по длине и/или по ширине контейнера. Можно использовать другие спецификации и/или размеры поддерживающих балок 11, 12 в зависимости от типа обрабатываемой древесины и от условий обработки. Так, в иллюстративном варианте, сетка по бокам контейнера может крепиться к основанию или нижним опорным балкам 11 и 12, и к верхним опорным балкам 14 и 15. Сетка на основании может быть расположена на верхней или на нижней поверхности каркаса, образованного деталями 6, 7 и 8, и приварена во множестве точек к этим деталям.

В одном варианте контейнер может содержать по меньшей мере одну боковую поверхность, которая выполнена сплошной (т.е. не затянутой сеткой или решеткой). Например, сплошная поверхность может использоваться для двух сторон контейнера (фиг. 5). Или к балкам 1 и 12 с каждой стороны контейнера может быть прикреплен лист металла. Или лист металла может быть прикреплен к балкам 1 и 11 спереди и сзади контейнера. В одном варианте можно использовать панель из листового металла толщиной 3,17 мм. В одном варианте применение сплошной боковой стенки может потребовать создания дополнительной опоры для конструкции.

В некоторых вариантах контейнер далее может содержать опоры (например, "ножки"), расположенные на основании контейнера. Ножки могут использоваться для поддержки основания контейнера на плоской поверхности, обеспечивая пространство для слива жидкости со дна контейнера. Кроме того, ножки могут обеспечивать доступ для вил вилочного погрузчика, которые вставляются под основание контейнера для его перемещения. В одном иллюстративном варианте ножки расположены так, чтобы облегчить установку одного контейнера на другой, в то же время, позволяя вводить вилы погрузчика под основание штабелированных контейнеров. Например, в одном варианте влагообменный контейнер по настоящему изобретению может содержать внешнюю ножку 10 и четыре внутренние ножки 9 (фиг. 2, 3А-D и 4). Внутренняя ножка может быть расположена на внутренней поверхности периметра нижней рамы. Кроме того, внешняя ножка 10 может быть установлена на одной линии с рамой основания. Например, внешняя ножка 10 может быть расположена в швеллере детали 7 основания (см., например, фиг.3А, 3С и 3D-1, 3D-2, 3D-3).

На фиг. 4 показан иллюстративный вариант штабеля влагообменных контейнеров по настоящему изобретению. В одном варианте внутренняя ножка 9 может быть расположена дальше от основания, чем внешняя ножка 10. Таким образом, когда контейнер установлен на плоской поверхности, он опирается на внутренние ножки 9 (фиг. 4). Однако когда контейнер установлен поверх другого контейнера, он может опираться на внешние ножки 10, а внутренние ножки 9 расположены внутри периметра, образованного балками 2 и 15 верхней рамы, проходящими вдоль ширины нижнего контейнера, и балками 3 и 14, проходящими вдоль длины нижнего контейнера. Когда два контейнера установлены в штабель таким способом, внутренние ножки 9 могут не опираться на нижний контейнер, а входить внутрь нижнего контейнера. За счет того что ножки 10 верхнего контейнера лежат на балках 2 и 3 верхней рамы нижнего контейнера, между двумя штабелированными контейнерами может образоваться пространство 11, обеспечивающее возможность доступа к дну верхнего контейнера (фиг. 4). Например, в одном варианте в пространство 11 между двумя контейнерами можно вставлять вилы вилочного погрузчика, чтобы снять верхний контейнер штабеля.

Иллюстративный вариант расположения внутренних ножек 9 и внешних ножек 10 на основании контейнера показан на фиг.3D (3D-1, 3D-2 и 3D-3). В одном варианте внутренние ножки 9 могут иметь ширину приблизительно 50,8 мм и высоту приблизительно 101,6 мм. Внешние ножки 10 могут иметь ширину приблизительно 50,8 мм и высоту приблизительно 76,2 мм. Внешние ножки 10 могут быть расположены в канале стального швеллера 7, выступая приблизительно на 22,225 мм от основания, тогда как внутренние ножки 9 могут быть расположены на внешней поверхности швеллера 7 (т.е. на внутренней поверхности контейнера) и выступать от основания на приблизительно 47,625 мм. Ножки 9 и 10 могут быть сплошными (или пустотелыми), стальными (или выполненными из другого металла), чтобы обеспечивать поддержку контейнера. Таким образом, как показано на фиг. 3С и на видах фиг. 3D, внешние ножки могут проходить внутри канала до конца детали 7, а внутренние ножки 9 могут упираться в деталь 6а. Чтобы ножки проходили вдоль нижней поверхности на одинаковую длину, внешние ножки 10 могут быть длиннее, чем внутренние ножки 9. В одном иллюстративном варианте ножка 9 может иметь длину приблизительно 406 мм, а внешняя ножка 10 может иметь длину приблизительно 470 мм (фиг. 3С). Кроме того, в одном варианте оба конца каждой ножки могут быть заделаны. Для внутренних и внешних ножек могут применяться и другие спецификации и/или размеры в зависимости от типа обрабатываемой древесины и условий обработки.

На видах А, В и С фиг. 5 показан альтернативный вариант влагообменного контейнера по настоящему изобретению. Как показано на фиг. 5А, контейнер может содержать две ножки 22, которые проходят поперек ширины контейнера. В одном варианте ножка может содержать участок 22а, который выступает за пределы основания периметра контейнера, и второй участок 22b, который доходит почти до периметра контейнера. В одном варианте длина внутренней части ножки 22b будет чуть короче, чем внутренний периметр контейнера, чтобы облегчить штабелирование контейнеров, как описано ниже. В одном варианте ножка выполнена как единая деталь из стали, имеющая вырезанный участок, чтобы тем самым сформировать выносной участок. В одном варианте для формирования ножки используется пустотелая балка квадратного сечения размером 152×152 мм. В одном варианте выносной участок может иметь размер 102×82,5 мм.

Как далее показано на фиг. 5А, влагообменный контейнер по настоящему изобретению может содержать сплошную (т.е. не содержащую отверстий) боковую стенку 24. В одном варианте наличие одной или двух сплошных стенок создает дополнительную конструктивную прочность, в то же время, обеспечивая достаточный влагообмен.

Используя ножки по варианту, показанному на фиг. 5А, можно обеспечить возможность штабелирования контейнеров, обеспечивая их достаточную поддержку. Так, поскольку ножки проходят поперек ширины контейнера (фиг. 5А), контейнер может сидеть на ножках более прочно, и вес контейнера будет распределяться более равномерно по большей площади, чем в варианте, где используются ножки меньшего размера (например, описанные выше ножки 10). На фиг. 5В и 5С показан вариант штабелирования контейнеров по настоящему изобретению. На чертежах видно, что для штабелирования двух контейнеров участок 22b ножки может входить в нижний контейнер. Выносная часть 22а может опираться на деталь 26 верхней рамы нижнего контейнера. Верхняя рама может содержать вертикальную деталь 26 и горизонтальную деталь 24. В одном варианте эти вертикальная и горизонтальная детали образуют Г-образную стойку.

Составы для обработки древесины

Согласно вариантам настоящего изобретения также предлагаются клеевые составы для древесины. Кроме того, согласно вариантам настоящего изобретения предлагаются деревянные изделия, созданные с клеевыми составами по настоящему изобретению. Варианты составов по настоящему изобретению могут содержать варианты способов, устройств и систем по настоящему изобретению, раскрытые в настоящем описании. В одном варианте клеевой состав может использоваться для химически обработанной древесины. Клеевой состав по настоящему изобретению в некоторых вариантах может иметь состав, повышающий адгезию. Такая повышенная адгезия может быть важна для химически обработанной древесины, поскольку химикаты, используемые для обработки древесины, могут вступать в реакцию с химическими группами в древесине, например, с гидроксильными группами целлюлозы, которые могут принимать участие в связывании клея. Таким образом, для химически обработанной древесины может потребоваться более сильный клей.

По меньшей мере в некоторых вариантах настоящего изобретения применение клеевого состава по настоящему изобретению может позволить проводить склеивание деревянных деталей до обработки защитным составом или другим нужным технологическим составом. Альтернативно, деревянные детали можно склеивать с помощью варианта клея по настоящему изобретению после обработки защитным составом или другим технологическим составом.

В одном варианте клей по настоящему изобретению может содержать поливинилацетат (ПВА) и сшивающий агент. В одном варианте клей содержит поливинилацетат (ПВА) и изоцианатный сшивающий агент. Альтернативно клей по настоящему изобретению может состоять по существу из поливинилацетата (ВПА) и сшивающего агента. Клей в некоторых вариантах может создавать заранее определенную прочность связи.

Так, в альтернативных вариантах прочность соединения клея может превышать 1 МПа или 2МПа, или 5 МПа, или 7,5 МПа, или 10 МПа, или 15 МПа. Например, прочность соединения клея может составлять от 1 до 20 МПа или от 2 до 18 МПа, или от 5 до 17 МПа, или от 7,5 до 15 МПа. Например, в альтернативных вариантах прочность соединения клея обеспечивает более 80% или более 85%, или более 90%, или более 92%, или более 95%, или более 97% разрушения древесины при использовании клея для склеивания двух деревянных деталей. В одном варианте измерение прочности соединения включает использование тестов ASTM на растяжение и/или на изгиб, описанных ниже.

В одном варианте изоцианатный сшивающий агент может содержать дифенилметандиизоцианат (MDI). MDI может содержать смесь полимерного MDI (pMDI) и чистого MDI. Чистый MDI может содержать 2,4'-дифенилметандиизоцианат и 4,4'-дифенилметандиизоцианат. Полимерный MDI может содержать смесь полимеров, как известно в данной области. В одном варианте полимерный MDI может содержать чистый MDI наряду с три-изоцианатом, тетра-изоцианатом, пента-изоцианатом и небольшую долю более высоких гомологов. Средняя функциональность полимерного MDI типично может составлять от 2,5 до 3. В одном варианте изоцианатный сшивающий агент может содержать метилендифенилдиизоцианат (CAS 101-68-8). Дополнительно или альтернативно, изоцианатный сшивающий агент может содержать поли(метиленфениленизоцианат) (CAS 9016-87-9). Сшивающий агент далее может содержать метилендифенилилизоцианат (CAS 26447-40-5). В одном варианте содержание поли(метиленфениленизоцианата) составляет приблизительно 45-55 вес.%. Кроме того, содержание метилендифенилизоцианата может составлять приблизительно 40-50 вес.%. Дополнительно, содержание метилендифенилилизоцианата может составлять приблизительно 1-10%. В одном варианте агент может содержать Isoset^®CX-47, выпускаемый Ashland Chemical Company (Ashland, OH), или в некоторых вариантах можно использовать другие полимерные MDI, такие как SUPRASEC^® 5025 (Huntsman).

Поливинилацетат (ПВА) может содержать полимер поливинилацетата. Например, ПВА может содержать поливиниловый спирт. Кроме того, ПВА может содержать растворитель, такой как ароматический сложный эфир или фенол. В одном варианте ПВА может содержать приблизительно 10-80% поливинилацетата и приблизительно 5-15% поливинилового спирта. Дополнительные компоненты могут включать соединяющий агент, такой как этиленгликоль. Кроме того, могут быть включены стабилизатор или наполнитель и противопенная добавка. В некоторых вариантах ПВА может содержать PVA 2723 или PVA 2720 (Specialty Polymers Inc., Woodburn, OR). PVA 2723 и PVA 2720 отличаются тем, что PVA 2720 не содержит соединяющего агента.

Клей может использоваться для древесины, обработанной химическим составом, или для необработанной древесины. В одном варианте клей может использоваться для древесины, обработанной при повышенных температуре и давлении составом, содержащим органические компоненты, такие как фунгицид и пестицид, ионные компоненты, такие как поверхностно-активные вещество и эмульгатор, масло или воск (водоотталкивающие вещества). При использовании для обработанной древесины, клей по настоящему изобретению может создавать прочность соединения, которое выдерживает силу более 141-211 кг/см², когда древесина, склеенная таким клеем, подвергается испытанию ASTM на напряжение при разрежении. Или клей по настоящему изобретению может создавать прочность соединения, которое выдерживает силу более 281-345 кг/см², когда древесина, склеенная таким клеем, подвергается испытанию ASTM на сухое растяжение. Или клей по настоящему изобретению может создавать прочность соединения, которое выдерживает силу более 176-281 кг/см², когда древесина, склеенная таким клеем, подвергается испытанию ASTM на растяжение при повышенной температуре. Или клей по настоящему изобретению может создавать прочность соединения, которое выдерживает силу более 148-211 кг/см², когда древесина, склеенная таким клеем, подвергается испытанию ASTM на растяжение при кипячении. Или клей по настоящему изобретению может создавать прочность соединения, которое выдерживает силу более 56 кг/см², когда древесина, склеенная таким клеем, подвергается испытанию ASTM на изгиб. Для необработанной древесины прочность соединения обычно выше.

Сшивающий агент может содержать несколько известных сшивающих агентов, работающих с клеями. В одном варианте сшивающим агентом является дифенилметандиизоцианат, специально разработанный для работы с этиленвинилацетатом (ЭВА). В настоящем изобретении, однако, используется полимерный дифенилметандиизоцианат, разработанный для работы с этиленвинилацетатом (ЭВА) с поливинилацетатом (ПВА). Так, варианты настоящего изобретения могут предлагать "гибридный" состав клея, который содержит ПВА, в смеси со сшивающим агентом, специфичным для этиленвинилацетата (ЭВА). Например, в одном варианте использование комбинации ISOSET^® CX-47 с ПВА может в некоторых случаях дать существенно лучшие свойства клея, чем использование ЭВА и ISOSET^® CX-47.

В альтернативных вариантах отношение эквивалентов реактивных гидроксильных групп, создаваемых водой в поливинилацетате, к цианатным группам (NCO) в изоцианатном сшивающем агенте составляет приблизительно от 20 до 140 или приблизительно от 30 до 120, или приблизительно от 45 до 100. Эквивалентное отношение можно определить, вычисляя количество эквивалентов NCO на моль изоцианата и количество гидроксильных эквивалентов (включая воду) на моль ПВА. Например, для определения эквивалентов сшивающего агента метилендифенилизоцианата (MDI), массу MDI умножают на процентное содержание NCO, чтобы получить величину массы NCO, которую затем делят на эквивалентный вес NCO (42), чтобы получить количество эквивалентов. Аналогично для определения эквивалентов воды в ПВА, общее количество воды на моль ПВА делят на 18/2, поскольку одна молекула воды (масса=18) реагирует с двумя молекулами NCO.

Сшивающий агент, используемый для вариантов клея по настоящему изобретению, может иметь разную концентрацию. В альтернативных вариантах изоцианатный сшивающий агент может быть смешан с ПВА для создания конечной концентрации приблизительно от 10% до 30% по весу или приблизительно от 12% до 25% по весу, или приблизительно от 15% до 20% по весу. В одном варианте сшивающий агент ISOSET^® CX-47 составляет 16-17% по весу, а ПВА - 83-84% по весу.

В одном варианте клеящий состав по настоящему изобретению используется для склеивания древесины, которая не требует обработки каким-либо химическим составом. Или клей по настоящему изобретению может использоваться для склеивания древесины, которая подвергалась или будет подвергаться пропитке нужным химическим составом при повышенных температуре и/или давлении. Например, клей по настоящему изобретению может использоваться для склеивания древесины перед пропиткой при высокой температуре/высоком давлении органическими соединениями или маслом, или защитным составом на основе воска. В одном варианте гибридный клей используется для склеивания древесины, которая подлежит обработке технологическим составом, используемым для производства коммерческих обработанных деревянных изделий.

Некоторые варианты клеящих составов по настоящему изобретению могут иметь характеристики, которые важны для получения обработанной древесины. Например, варианты клея по настоящему изобретению могут давать повышенную адгезию древесины, которая подверглась химической обработке, или которая подлежит химической обработке. В других вариантах клей может создавать повышенную стойкость к условиям, например, к высокой температуре и высокому давлению, которые применяются при химической обработке древесины. Улучшенная стойкость клея может быть продемонстрирована тестированием клеевых соединений по ASTM D 5572. В альтернативных вариантах при измерениях при тестах ASTM D 5572 на растяжение или изгиб, клей по настоящему изобретению может давать повреждение древесины более 80% или более 85%, или более 88%, или более 90%, или более 92%, или более 95%, или более 97%. Таким образом, клей по настоящему изобретению может не требовать термообработки или длительных инкубационных периодов для отвердения.

Древесина, которая была пропитана химическим защитным или другим составом, может весить втрое больше собственного (т.е. до пропитки) веса. Дополнительный вес может создавать существенные напряжения на любые клеевые соединения. При использовании обычных клеев могут разрушиться приблизительно 10-20% клеевых соединений древесины, прошедшей химическую обработку. В альтернативных вариантах использование гибридных клеев по настоящему изобретению, поломка соединений досок в замок, извлекаемых из технологического резервуара, может сократиться до менее 10% или менее 5%, или менее 1%, или менее 0,5% благодаря улучшенному сшиванию клея.

Варианты клея по настоящему изобретению также могут иметь увеличенную скорость схватывания. Когда ПВА и изоцианатный сшивающий агент смешаны, может возникнуть экзотермическая реакция с выделением двуокиси углерода, и способствующая сшиванию внутри клея и между древесиной и клеем. Кроме того, поскольку изоцианатный сшивающий агент становится частью клея, в некоторых вариантах может сформироваться более прочная связь, чем при использовании клеев ПВА или ЭВА, в котором формирование химических связей основано только на катализаторе, таком как хлорид алюминия. Обычные клеи для отвердевания могут требовать от 24 часов до 30 суток или более, прежде чем древесину можно будет подвергать химической обработке в условиях высокой температуры. Наоборот, когда используется вариант клея по настоящему изобретению, древесину можно подвергать химической обработке при высокой температуре и давлении уже через 14 часов или менее после склеивания. Ускорение схватывания клея может уменьшить срок жизнеспособности клея перед применением, где жизнеспособность - это время, в течение которого клей можно хранить до применения. Например, жизнеспособность гибридного клея по настоящему изобретению может составлять менее 4 часов или даже менее 1 часа, по сравнению с 48 часами и более для обычных клеев. В одном варианте настоящего изобретения жизнеспособность может составлять приблизительно 0,5 часа.

При использовании изоцианатный сшивающий агент, варианты клея по настоящему изобретению могут применяться для соединения деревянных деталей без какого-либо нагревания. Для задач, в которых требуется быстрое схватывание клея, обычный клей ПВА может требовать нагревания, чтобы способствовать сшиванию клея ПВА. Например, клей ПВА с 5% хлорида алюминия можно нагревать для ускорения отвердевания с 30 суток для 100% адгезии (или 24 суток для 80% адгезии) до 16 часов для 100% адгезии. Используя вариант клея по настоящему изобретению, необходимость нагревать клей для инициирования сшивания может быть по существу устранена, поэтому для склеивания двух деревянных деталей нет необходимости включать шаг нагревания.

Кроме того, варианты клея по настоящему изобретению в меньшей степени проявляют меление, чем клеи на основе хлорида алюминия. В одном варианте меление гибридного клея по настоящему изобретению происходит при более низкой температуре. Так клей может подвергаться мелению в значительной меньшей степени при температурах 1,7-15,6°С, чем стандартные клеи с хлоридом алюминия. В одном варианте меление клея позволяет использовать его при любых температурах выше температуры замерзания, поскольку уровень меления клея по настоящему изобретению не влияет на его характеристики, если клей используется при температурах выше точки замерзания как для обработанной, так и для не обработанной древесины. В одном варианте меление клея по настоящему изобретению при температурах выше точки замерзания воды настолько мало, что практически не обнаруживается. В одном варианте пониженный уровень меления позволяет использовать ПВА, например, PVA 2720, который не содержит соединяющих агентов (коалесцентов).

Однако могут встречаться некоторые задачи, где клей может дополнительно содержать металлический катализатор. Хлорид алюминия может содержать AlCl₃. В одном варианте катализатором может быть аналогичный катализатор, применяемый в этой области. Металлический катализатор может облегчать теплообмен внутри клея, тем самым способствуя сшиванию изоцианата и гидроксильных групп в ПВА и древесине. В альтернативных вариантах металлический катализатор (например, хлорид алюминия) может присутствовать количествах 0,25-10%, или 1-7,5%, или 3-5%.

Варианты клея по настоящему изобретению могут также обладать повышенной стойкостью к воде по сравнению с другими клеями, используемыми для склеивания обработанной или не обработанной древесины. Повышение стойкости к воде для клея по настоящему изобретению можно продемонстрировать результатами теста на растяжение ASTM D 5572 под воздействием разрежения/повышенного давления и/или в условиях кипячения, где на клей воздействует высокая влажность и либо высокая температура, либо перепады давления. Как показано в приведенных ниже примерах, гибридный клей по настоящему изобретению дает более высокий процент разрушения древесины (т.е. меньший процент разрушения клея) при испытаниях в условиях разрежения/давления и кипячения, чем другие типы клея. Следовательно, гибридный клей по настоящему изобретению может быть существенно более стойким к воде по сравнению с клеями с хлоридом алюминия, обычно используемыми для склеивания обработанной или не обработанной древесины.

Системы для обработки древесины

Варианты настоящего изобретения могут включать системы для обработки древесины. Кроме того, варианты настоящего изобретения могут включать древесину, изготовленную с использованием систем по настоящему изобретению. Варианты систем по настоящему изобретению могут содержать варианты способов, устройств и составов по настоящему изобретению, раскрытых в настоящем описании.

В одном варианте системы по настоящему изобретению могут использоваться для обработки древесины химическим составом в условиях высокой температуры и давления. Например, в одном варианте система может содержать (а) станцию для загрузки в контейнер для обработки множества деревянных деталей жидкостью, при этом контейнер содержит поддерживающий каркас для удержания множества деревянных деталей в контейнере и по меньшей мере одну поверхность, содержащую множество отверстий, где отверстия имеют такой размер, чтобы сквозь них могла проходить жидкость, но не могла проходить большая часть деревянных деталей, находящихся внутри контейнера; (b) станцию для обработки деревянных деталей нужным жидким составом; (с) станцию для удаления избытка влаги из древесины после обработки древесины жидкостью и (d) станцию для склеивания по меньшей мере части деревянных деталей друг с другом.

Иллюстративные варианты систем по настоящему изобретению показаны на фиг. 6 и 7. Как показано на фиг. 6, система может содержать станцию 210 для загрузки древесины 222 во влагообменный контейнер 220. Древесина 222 может быть натуральной древесиной, а также композитами на основе древесины. Кроме того, древесина может включать различные типы пиломатериалов, такие как технические пиломатериалы, фанера, доски произвольной длины, обрезные пиломатериалы, обрезные пиломатериалы с соединением в замок, пиломатериалы, распиленные вдоль волокон, или такие типы пиломатериалов, которые могут быть использованы для изготовления строительных конструкций. По крайней мере для некоторых вариантов систем, тип древесины не ограничивается какой-либо породой древесины. Древесина может быть твердой, например, вишня, ясень, красное дерево, троко (troko), бук, дуб, клен, береза, орех, тик, ольха, осина, тополь, вяз, эвкалипт или ива. Древесина также может быть мягкой, например лиственница, сосна, пихта, дугласовая пихта, тсуга, красное дерево и ель.

В одном варианте система далее может содержать технологический резервуар 224, в который можно поместить влагообменные контейнеры 220, в которых загружена древесина 222, для обработки древесины нужным химическим составом. Технологический резервуар может содержать, например, закрытый контейнер, который может быть выполнен с возможностью на разных этапах обработки древесины поддерживать либо положительное давление, либо разрежение. Кроме того, технологический резервуар может быть выполнен с возможностью поддерживать повышенную температуру во время обработки древесины. В одном варианте технологическим резервуаром 224 может быть автоклав.

Например, обработка может заключаться во введении в поры древесины состава на водной основе. Или обработка может заключаться во введении в поры древесины органического состава. В одном варианте технологический состав может содержать защитное вещество. Или технологический состав может создавать повышенную стойкость к воде. Или можно добавлять антипирен. В еще одном варианте технологический состав может содержать пестицид. Или технологический раствор может содержать восковую эмульсию на водной основе как средство повышения стойкости древесины к воде. В настоящем описании термин стойкость к воде означает способность древесины противостоять условиям очень высокой сухости и/или влажности, не теряя и не впитывая существенного количества воды, соответственно.

Таким образом, технологический состав может содержать по меньшей мере один из следующих компонентов: воду, воск, поверхностно-активное вещество (например, неионное, анионное, амфотерное), масло, фунгицид, инсектицид, защитный состав, пестицид, антипирен или водоотталкивающее вещество, которые широко используются для обработки древесины. В одном варианте используется коммерческий технологический состав для изготовления деревянных изделий. Состав может применяться так, чтобы по существу заполнять технологический резервуар.

В одном варианте станция 224 обработки может воздействовать на древесину разрежением, после которого следует период положительного давления для облегчения пропитки древесины технологическим раствором, как описано ниже. Положительное давление может составлять, например, приблизительно 0,35-14 кг/см².

После периода, достаточного для существенной пропитки древесины технологическим составом, положительное давление в резервуаре может быть сброшено, и любой избыток (например, не впитавшийся) технологического раствора может быть удален из резервуара. Затем давление в резервуаре можно вновь уменьшить ниже атмосферного. Подача разрежения в технологический резервуар может способствовать удалению по меньшей мере части влаги, остающейся в древесине после обработки защитным составом.

В некоторых вариантах система может обеспечивать возможность изменения температуры, чтобы способствовать проникновению нужного состава в древесину. Например, в одном варианте для состава, который содержит воск или масло, более высокая температура может облегчить проникновение воска или масла в клетки древесины. Кроме того, температуру можно менять в зависимости от высоты технологической установки над уровнем моря. Так, во время цикла обработки температура станции обработки в некоторых вариантах может составлять от температуры окружающей среды до приблизительно 93,3°С. В одном варианте для обработки древесины используется температура приблизительно от 65,6°С до 71,1°С.

После того как древесина обработана и, при необходимости, давление сброшено, из технологического резервуара в некоторых вариантах технологический состав можно слить. В этой точке, если использованный состав имеет водную основу, в клетках древесины и/или в покрытии поверхности древесины может иметься избыток влаги. Поэтому станция обработки может иметь устройство для создания разрежения для удаления по меньшей мере части воды из древесины. В одном варианте можно в течение приблизительно 0,5 часа создавать разрежение от -406 до -508 мм ртутного столба.

В некоторых вариантах, даже при создании разрежения для удаления избытка влаги, может возникнуть необходимость в дополнительном удалении воды из обработанной древесины. Поэтому в некоторых вариантах система может включать станцию 226 для сушки древесины после того, как древесина подверглась обработке. В одном варианте станция сушки может содержать сушильную печь или сушилку другого типа. На этапе сушки древесина может оставаться во влагообменном контейнере. В другом варианте древесину можно загружать непосредственно в печь, и для разделения деревянных деталей и облегчения сушки могут использоваться прокладки. Цикл сушки может зависеть, в частности, от характера применявшегося технологического раствора, типа обрабатываемой древесины, атмосферной влажности и желательного конечного содержания влаги для обрабатываемой древесины. В одном иллюстративном варианте печь можно нагревать до температуры 37,8-68,3°С, а затем задать многократное изменение температуры в печи в диапазоне приблизительно 37,8-82,2°С так, чтобы через 50-18 часов древесина высохла до конечной влажности 5-20%. Для высокотемпературной сушки печь можно нагревать до 138°С. В одном варианте древесина остается в печи при температуре приблизительно 60-71,1°С в течение приблизительно 136 часов для получения конечной влажности приблизительно 5-15%.

Размер станции сушки может меняться в зависимости от графика обработки. Например, в одном варианте для массового производства деталей из одной породы дерева или из множества пород дерева печь может иметь размер для сушки приблизительно 595 м³ древесины.

Варианты системы также могут включать станцию 227 для выгрузки древесины из влагообменного контейнера. В одном варианте выгруженная древесина готова к хранению и/или отгрузке. Альтернативно, древесина может требовать дальнейшей обработки.

Например, древесину по мере необходимости можно собирать в более крупные детали. Поэтому в некоторых вариантах система может включать станцию 228 сборки. Станция сборки может содержать станцию, на которой осуществляется сборка деревянных изделий. Станция сборки может располагаться после станции обработки или, в альтернативных вариантах, перед станцией обработки. В одном варианте станция сборки может содержать станцию для склеивания мелких деревянных деталей в более крупные изделия. В одном варианте станция сборки может содержать устройство 230 для смешивания двухкомпонентного клея. Например, если используется гибридный клей по настоящему изобретению, устройство может содержать первую закрытую трубу 230а, содержащую сшивающий агент (например, дифенилметандиизоцианат), и вторую закрытую трубу 230b, содержащую ПВА. В одном варианте оба компонента клея (сшивающий агент и ПВА) прокачивают через трубы 230а и смешивают в камере 230с по существу в герметичных (анаэробных) условиях непосредственно перед нанесением на древесину. В одном варианте двухкомпонентный дозатор обеспечивает управляемое смешивание этих двух компонентов (т.е. ПВА и MDI) клея. Кроме того, в одном варианте закрытый характер дозатора 230 (230а, 230b, 230с) позволяет уменьшить вспенивание, когда вступают в реакцию MDI и группы в ПВА, реагирующие с MDI.

После того, как крупное деревянное изделие обрезано и подверглось чистовой обработке до необходимого размера, древесину можно переносить на станцию 232 хранения и складировать для хранения и/или отгрузки.

В некоторых вариантах система может быть автоматизирована. Как схематически показано на фиг. 7, по меньшей мере часть станций может управляться компьютером 300. В альтернативных вариантах пользователь может вводить команды с клавиатуры 340, гибкого диска, дистанционно (например, через интернет) 350, или через другие средства в разных точках производственной линии. Пользователь может вводить команды, включая команду на пуск, задавать форматы распечатки отчетов и пр. Компьютер может содержать программное средство, закодированное на машинно-читаемом носителе для программирования системы. Например, можно использовать программные средства, специально разработанные для управления производственным процессом, интерфейсом человек-машина и сбором данных. В одном варианте программные средства могут включать CITEC, WONDERWARE^®, TESTPOINT^® или другие известные программные продукты. Кроме того, на каждом шаге производственной программы данные могут храниться в компьютере с помощью обычного запоминающего устройства, например, дисков, дисководов и микросхем памяти 310. Понятно, что для различных аспектов работы компьютера нужны процессор 320 и контроллер 330 ввода/вывода.

ПРИМЕРЫ

Пример 1 - Влагообменный контейнер

Влагообменный контейнер по настоящему изобретению может иметь такие габариты, которые необходимы. Например, контейнер, пригодный для обработки приблизительно 2268 кг обрезных досок для соединения в замок, может содержать отдельные детали, описанные выше, и иметь внешние размеры 2,3 м в длину, 1,42 м в высоту и 1,22 м в ширину. Для более крупной сушильной печи и/или технологического резервуара можно использовать влагообменный контейнер, имеющий 3,25 м в длину, 1,42 м в высоту и 1,22 м в ширину. Таким образом, в одном иллюстративном варианте детали основания и детали верха, образующие каркас контейнера, имеют длину либо 2,29 м (т.е. детали 3, 7, 11 и 14), либо 1,22 м (т.е. детали 1, 4, 12 и 15) (фиг. 3А). Поскольку они расположены внутри длинных опор 7, опорные детали 6а и 6b имеют длину 1,0668 м. Кроме того, в одном иллюстративном варианте детали 1 и 5 верхней опоры могут иметь длину 1,4 м и 1,34 м, соответственно. При каркасе вышеуказанных размеров контейнер может иметь длину приблизительно 2,3 м, высоту 1,41 м и ширину 1,24 м. Кроме того, как описано выше, контейнер может иметь внутренние ножки 9, выступающие на 47,625 мм от нижней поверхности контейнера, и внешние ножки 10, выступающие на 22,23 мм от нижней поверхности контейнера.

В альтернативном варианте влагообменный контейнер может содержать ножки, каждая из которых выполнена как единая пустотелая стальная деталь квадратного сечения размером 152×152 мм. Ножка может иметь участок, вырезанный на каждом конце, который выступает за периметр основания контейнера. Например, в одном варианте из пустотелой детали квадратного сечения со стороной 152 мм вырезан участок размером 102×82,5 мм. В одном варианте длина ножки составляет 1,32 м, поэтому ножка выступает за периметр контейнера приблизительно на 50 мм. Та часть ножки, которая является внутренней относительно выступа, срезана, чтобы быть немного меньше внутреннего периметра контейнера. Таким образом, основание ножки можно вставлять в верхнюю раму второго контейнера для облегчения штабелирования контейнеров. Использование такой ножки, увеличивающей ширину контейнера (фиг. 5), может позволить штабелировать контейнеры, одновременно создавая дополнительную опору для контейнеров. Для штабелирования двух контейнеров внутренняя часть ножки может входить в нижний контейнер так, чтобы выступ опирался на верхнюю раму нижнего контейнера. Верхняя рама может иметь вертикальную деталь и горизонтальную деталь. В одном варианте вертикальная и горизонтальная детали образуют Г-образную стойку.

Кроме того, влагообменный контейнер по настоящему изобретению может содержать сплошную (т.е. не имеющую отверстий) боковую стенку. В одном варианте наличие одной или двух стенок, не содержащих отверстий, обеспечивает дополнительную конструктивную прочность, в то же время, обеспечивая достаточный влагообмен. Кроме того, может быть добавлена третья и, в некоторых случаях, четвертая сплошные боковые стенки.

Пример 2 - Гибридный клей

Были проведены эксперименты для испытаний разных составов клея. В экспериментах, описанных ниже, состав клея по настоящему изобретению обозначен как "гибрид". Гибридным клеем была смесь сшивающего агента, содержащего изоцианат (ISOSET^® CX-47), и поливинилацетата (PVA SP 2723), полученная описанным ниже способом.

Для измерения эффективности различных типов клея, образцы склеивались и затем (предпочтительно) подвергались обработке химическим составом при высоком давлении/высокой температуре, после чего проводились тесты. Прочность клея проверялась либо внутренним тестом на изгиб (Таблица 1), либо тестом на растяжение (ASTM D 5572: Стандартная спецификация для клеев, применяемых для соединения в замок деревянных не конструкционных изделий, повторно утвержден в 1999) (Таблицы 2, 3 и 4). В процедуре испытаний на изгиб давление прилагалось непосредственно поперек склеенного замка. В процедуре испытаний на растяжение две деревянные детали, соединенные в замок в центре, растягивали за концы.

И при внутреннем тесте на изгиб, и при испытании ASTM D 5572 прочность клея измерялась по количеству древесины в разломе (т.е. процент разрушенной древесины; %РД). Поскольку клей работает так же как древесина, большое количество древесины на разломе создает большой процент разрушения древесины и, следовательно, меньший процент разрушения клея. Кроме того, определялась сила, необходимая для излома древесины. Сила, требуемая для излома древесины, также может служить показателем прочности соединения. Однако, как показано в нижеприведенных таблицах, абсолютная сила (т.е. нагрузка) может меняться в зависимости от того, была ли древесина обработана до или после склеивания. Таким образом, относительная сила (т.е. внутри конкретной тестовой группы) и процент разрушения древесины могут дать лучшее представление о рабочей прочности клея, чем абсолютная нагрузка, требуемая для излома древесины.

Общие применявшиеся процедуры и обозначения видов обработки, показанные в таблицах, таковы:

(1) образцы с соединением в замок;

(2) клей;

(3) предпочтительно, термическое отвердевание клея нагревом в печи (пост-отвердевание);

(4) предпочтительно обработка склеенных образцов при высокой температуре и высоком давлении химическим агентом, содержащим органические соединения, эмульгатор и водоотталкивающее вещество, первоначально воздействуя на образец разрежением -533 мм ртутного столба в течение 5 минут, затем добавлением технологического состава и обработкой при 65,6-71,1°С, высоком давлении (например, 10,5 кг/см²) в течение 60 минут (Обработанный, Обработанный/Мокрый, Обработанный/Сухой);

(5) для образцов, обработанных технологическим составом при высоких давлении и температуре, факультативная сушка в печи (Обработанный/Сухой);

(6) для теста на растяжение по ASTM D-5572 - воздействие на образец одним из четырех состояний, используемых для этого теста ASTM D-5572 (Сухой, Разрежение-Давление, Повышенное давление и Кипячение) и

(7) тестирование на изгиб согласно внутренней процедуре или на растяжение по методике ASTM D 5572.

Первоначальная проверка клеящего состава осуществлялась согласно внутренней процедуре теста на изгиб. В отличие от теста на изгиб по методике ASTM, испытание по внутренней методике предназначено для измерения прочности клея в условиях, имитирующих условия, существующие в производстве, и, поэтому, склеенные образцы не подвергались экспериментальным условиям пост-отвердевания, которые используются в методике ASTM D 5572 (т.е. Сухой, Разрежение-Давление; Повышенное давление и Кипячение, как описано ниже) перед испытанием соединения. Таким образом, внутренний тест дает более точное представление о прочности клея до отвердевания.

Во внутреннем тесте на изгиб использовался 4-дюймовый (101,2 мм) ползун с 12-дюймовым (305 мм) основанием. Древесина обрабатывалась как необходимо (см. выше), склеивалась и устанавливалась в изгибающее устройство. Испытываемая древесина по линии склеивания могла содержать соединение в замок или слоистое соединение. Для описанного здесь теста применялось соединение в замок. Изгибающее устройство предназначено для удержания концов зафиксированного деревянного образца во время измерения силы (т.е. нагрузки), приложенной непосредственно к соединению.

Для испытаний на изгиб использовались доски размером от 47,625 мм до 92,3 мм в ширину. Длина всех досок составляла 12 дюймов (304,8 мм), чтобы перекрыть основание изгибающего устройства, а толщина - 39,7 мм. Доска устанавливалась на кромку в изгибающей машине (так, чтобы ее ширина шла параллельно поршню) и в соединение в замок поперек толщины доски и перпендикулярно поршню; таким образом, на изгибающей машине изгибались доски одинаковой толщины. Измерения для досок разной ширины корректировались для получения величины, соответствующей размеру 19,0×19,0 мм (размер доски, используемый в тесте на изгиб ASTM D-5572).

В Таблице 1 приведены результаты проверки разных типов клея, полученные при внутреннем тесте на изгиб. Показаны результаты нескольких видов ЭВА (Ashland A312, A320 и A322), смешанных в разных пропорциях с изоцианатным сшивающим агентом (ISOSET^® CX-47), которые сравнивались с гибридным клеем по настоящему изобретению (PVA SP 2723/CX-47) при разных концентрациях сшивающего агента. Кроме того, показаны результаты для клея PUR (Ashland EW-500) и клея ПВА (SP2723/C200-y) с катализатором C200-y.

Для образцов, показанных в Таблице 1, Обработанный/Сухой соответствует образцам, которые испытывались после обработки под давлением технологическим составом и последующей сушки в печи. Обработанный/Мокрый относится к образцам, которые испытывались после обработки технологическим составом, но древесина была еще сырой (т.е. образцы не подвергались сушке в печи). Кроме того, часть склеенных образцов подвергалась термическому отвердеванию при 49°С в течение 16 часов (Пост-отвердевание), тогда как другие образцы не подвергались такому термическому отвердеванию (Естественный) перед обработкой и/или перед тестом на изгиб. Давление, использованное при обработке технологическим составом, указано в строке "Давление".

Было обнаружено, что гибридный клей дает хорошие характеристики во всех проверенных условиях. Таким образом, процент разрушения древесины (%РД) для гибридного клея по настоящему изобретению постоянно был выше 85% (Таблица 1А). 20% гибридная смесь не показала улучшения по сравнению с 15% смесью. Кроме того, в пост-отвердевании гибридного клея очевидных преимуществ не оказалось (см. Таблицу 1; "Пост-отвердевание" по сравнению с "Естественным"). Таким образом, как показали тесты на изгиб по внутренней методике, было обнаружено, что гибридный клей хорошо работает при нормальных эксплуатационных параметрах, используемых при химической обработке древесины перед или после соединения в замок.

После первоначальной проверки с использованием внутренней методики испытаний на изгиб, различные клеи подверглись испытаниям по процедуре теста на растяжение ASTM D 5572 (Стандартная спецификация для клеев, применяемых для соединения в замок деревянных не конструкционных изделий, повторно утверждена в 1999). В этой процедуре теста на растяжение ASTM D 5572 две деревянные детали, соединенные в замок на центральном участке, растягивают друг от друга с каждого конца. Для этих тестов используют доски, имеющие предписанные процедурой теста ASTM D 5572 размер (6,35 мм×19,1 мм×254 мм).

В Таблице 2 показаны результаты испытаний разных клеев по процедуре ASTM D 5572. В Таблице 2А показаны результаты для гибридных типов клея (т.е. ISOSET® CX-47 в смеси с PVA 2327) по настоящему изобретению, а также для клеев других типов. Испытываемые гибридные клеи включали 15% гибрид (т.е. 15 вес.% ISOSET® CX-47 и 85 вес.% PVA 2327) или 20% гибрид (т.е. 20 вес.% ISOSET® CX-47 и 80 вес.% PVA 2327). Кроме того, испытывались полиуретановый (PUR) клей (Ashland EW-500, Ashland Specialty Chemicals, Ashland, OH) и клей PVA, но без сшивающего агента СХ-47, но с 5% хлорида алюминия (AlCl₃) в качестве катализатора (ПВА). Кроме того, испытывались этиленвинилацетат (ЭВА) (Ashland Specialty Chemicals), в смеси с ISOSET® CX-47 (ISO, Таблица 2В).

Таким образом, для каждого типа клея, показанного в Таблице 2, склеенные образцы либо были обработаны технологическим составом под давлением (Обработанные), как описано выше, либо не подвергались обработке (Контроль) перед тем, как подвергнуться предписанным ASTM четырем условиям (т.е. Сухой; Разрежение-Давление; Повышенная температура; Кипячение), описанным ниже. Кроме того, некоторые образцы подвергались шагу термического отвердевания при температуре 49°С в течение 16 часов после склеивания (Пост-отвердевание) и перед пропиткой химическими составом при высокой температуре/давлении и перед тестом. В Таблице 2В также показан эксперимент, где образцы были склеены клеем на основе полиуретана (PUR) и соединения в замок сжимались в течение разного времени (например, 8 с или 10 с) во время шага склеивания (Таблица 2В). Наконец, образец "ПВА-предобработка" (Таблица 2А) обрабатывался под давлением химическим составом до склеивания, а не перед склеиванием.

После склеивания (с шагом отвердевания или без него) и, предпочтительно, обработки древесины технологическим составом, древесину подвергали воздействию одного из четырех условий, согласно спецификации ASTM D 5572. Часть древесины (ASTM - Сухой) перед тестированием высушивали в пределах допустимого диапазона ±1% содержания влаги (СВ). Другую часть древесины (ASTM Разрежение-Давление) склеивали и, затем, помещали в технологический резервуар, заполненный водой при 21,1°С, и подвергали воздействию разрежения -635 мм ртутного столба в течение 30 минут, а затем, повышенному давлению 5,27 кг/см² в течение 30 минут перед тестированием. Другую часть древесины (ASTM - Повышенная температура) подвергали воздействию повышенной температуры 104,4°С в течение 6 часов. Четвертую часть древесины (ASTM - Кипячение) кипятили в течение 4 часов, сушили 20 часов при 62,7°С, вновь кипятили в течение 4 часов, промывали водой при 21,1°С в течение 1 часа и, затем, тестировали. Для всех тестовых условий разрушение соединения измерялось путем определения силы в фунтах на кв. дюйм или в кг/см², необходимой для сдвига измеренной части деревянных деталей (Нагрузка - Фунтов на кв. дюйм), где более высокий процент разрушения древесины коррелирует с уменьшенным разрушением клея.

Было обнаружено (Таблица 2), что гибридный клей ISOSET/PVA по настоящему изобретению работал лучше, чем другие испытанные клеи. Было обнаружено очевидное преимущество 20-процентной гибридной смеси по сравнению с 15-процентной гибридной смесью. Дополнительные испытания показали, что гибридный клей, содержащий менее 10% изоцианатного сшивающего агента, может иметь ухудшенные характеристики. Кроме того, пост-отвердевание гибридного клея (Таблица 2; пост-отвердевание в сравнении с естественным) очевидных преимуществ не дало. Высокие характеристики гибридного клея, не требующего пост-отвердевания, могут сократить время между соединением в замок и обработкой на 12 часов или более. Таким образом, было обнаружено, что гибридный клей хорошо работает в нормальных рабочих условиях, существующих при химической обработке древесины до или после соединения в замок.

Кроме того, повышенная стойкость к воде гибридного клея по настоящему изобретению показана результатами тестов ASTM D 5572 на растяжение в условиях Разрежения-Давления и Кипячения, где на клей воздействовали высокая влажность и либо высокая температура, либо перепады давления. Так, можно видеть, что гибридный клей по настоящему изобретению дает более высокий процент разрушения древесины (т.е. меньший процент разрушения клея) в тестах с Разрежением-Давлением и при Кипячении, чем другие испытанные клеи (ЭВА/CX-47, PUR или ПВА).

В Таблице 3 приведены дополнительные результаты теста на растяжение ASTM D 5572, где сравнивается гибридный клей по настоящему изобретению с клеем ПВА - хлорид алюминия и с полиуретановым клеем PUR, широко применяемыми для склеивания обработанной древесины. Как описано для экспериментов, показанных выше, образцы, подвергавшиеся шагу термического отвердевания (нагрев до 49°С в течение 16 часов) после склеивания и перед обработкой при высокой температуре/высоком давлении технологическим составом/ми перед тестированием, обозначены "Пост-отвердевание". Образцы, обозначенные "Пред-обработка", подвергались обработке технологическим составом под давлением перед склеиванием, а не после склеивания.

Гибридный клей по настоящему изобретению также применялся для древесины, не обработанной технологическим составом. Результаты представлены в Таблице 4. В этих экспериментах использовалось на 36% меньше клея, чем контрольного клея ПВА. Можно видеть, что для необработанной древесины гибридный клей давал не менее 88% разрушения древесины. Результаты, приведенные в Таблице 4, являются усредненными результатами 20 тестов. Для гибридного клея каждый образец давал не менее 85% разрушения древесины.

Следует понимать, что настоящее изобретение также включает деревянные изделия, которые могут быть произведены с использованием составов гибридного клея по настоящему изобретению. Кроме того, настоящее изобретение содержит деревянные изделия, произведенные с использованием способов и систем по настоящему изобретению. Следует понимать, что различные изменения и модификации описанных вариантов очевидны для специалистов. Такие изменения и модификации не выходят за рамки изобретательской идеи и объема настоящего изобретения и не уменьшают его объем и/или преимущества.

Реферат

Контейнер для обработки деревянных деталей жидкостью содержит поддерживающий каркас для удержания деревянных деталей в контейнере, прямоугольную раму, образующую раму основания контейнера, прямоугольную раму, образующую верхнюю раму, и по меньшей мере четыре боковые балки, соединяющие раму основания и верхнюю раму. Боковые балки проходят перпендикулярно от рамы основания к верхней раме для соединения угла рамы основания с соответствующим углом верхней рамы для образования контейнера прямоугольной формы, имеющего основание, вершину и четыре стороны. Дополнительные боковые балки проходят вдоль верхней поверхности контейнера, а по меньшей мере одна поверхность содержит множество отверстий, которые имеют такой размер, чтобы пропускать жидкость, но не пропускать множество деревянных деталей, находящихся внутри контейнера. Для соединения двух деревянных изделий клей содержит поливинилацетат (ПВА) и изоцианатный сшивающий агент, обеспечивающий прочность соединения более 85% разрушения древесины. Использование устройств, составов, способов по изобретению повышает эффективность производства обработанной древесины. 7 н. и 35 з.п. ф-лы, 19 ил., 7 табл.

Формула