DE69507772T2 - Verfahren zur Herstellung eines geformten Holzproduktes - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Holzkörper und einer Außenhaut bestehenden geformten Holzprodukts bzw. Formholzprodukts mittels Preßformen eines angehäuften Körpers aus ein Bindemittel enthaltenden Holzmaterial. Insbesondere betrifft sie eine Simultanformung zu einem einstückigen Formholzprodukt, das zur Herstellung von Türverzierungen für Kraftfahrzeuge und dergleichen verwendet wird.
- Ein Formholzprodukt der die Erfindung betreffenden Art besitzt ein geringeres Gewicht als Sperrholz und zeigt eine überlegene Beständigkeit gegenüber Hitze, Wasser und Feuchtigkeit. Überdies ist es für seine Dicke fest. Es ist üblicherweise als Hartfaserplatte bekannt und wird in einem weiten Anwendungsbereich verwendet, der die Verzierung des Innenraums von Kraftfahrzeugen und die Herstellung von Möbeln und Gehäusen von Fernseh- und Stereogeräten einschließt.
- Diese Art von Produkt wurde bislang zum Beispiel durch zur Auflockerung dienendes Behandeln von Holzspänen mit 160ºC bis 180ºC heißem Dampf in einem Dampfbehälter, Spalten der aufgelockerten Späne mittels einer Aufspaltungsmaschine und dergleichen zur Erzeugung von Holzfasern, Zumischen eines Bindemittels wie beispielsweise Kunstharz zu den Holzfasern, auf das ein Preßformen dessen zu einem Holzkörper folgt, und Ankleben einer Außenhaut an den Holzkörper mit einem Klebemittel hergestellt. Zur Herstellung eines Holzkörpers wurde ein als Matrizenformen (dry mat molding) bekanntes Verfahren durchgeführt, das die Schritte Ausbilden einer zum Formen dienenden Matrize und Preßformen dieser Matrize umfaßt. Allerdings brachte dieses Verfahren Probleme wie komplizierte Arbeitsabläufe, schlechte Verarbeitbarkeit, hohe Produktionskosten und dergleichen mit sich.
- Zur Lösung der obengenannten Probleme wurde in der JP-A-62-90203 ein Verfahren zum direkten Preßformen offenbart, das nicht den Schritt der Matrizenherstellung erfordert. Das offenbarte Verfahren umfaßt ein Aufschichten von Holzfasern mit hinzugefügtem Bindemittel, um eine Masse an Holzmaterialien geringer Dichte auszubilden, und ein Einbringen dieser Masse geringer Dichte in die Form, wobei sie preßgeformt wird.
- Wie vorstehend erläutert wurde, wurden Formholzprodukte hergestellt, indem auf einen Holzkörper oder eine Außenhaut ein Klebemittel aufgebracht wurde und die Außenhaut mittels Saugformen und dergleichen auf diesen Körper geklebt wurde. Das Verfahren erfordert jedoch viele mühevolle Schritte, um die Außenhaut anzukleben, was die wirtschaftlichen Vorteile des Einsatzes eines neuen Verfahrens zur Herstellung eines Holzkörpers wieder aufwiegt. Dies führte zu der Suche nach neuen Verfahren, die ein Einbringen des Holzkörpers zum Formen in eine Form, die bereits zuvor mit der Außenhaut versehen wurde, und ein gleichzeitiges Durchführen der Ausbildung des Holzkörpers und des Anklebens der Außenhaut umfaßt.
- Es wurde zum Beispiel ein R-RIM-Verfahren vorgeschlagen, das nach dem Anbringen der Außenhaut in der Form ein Einspritzen von Urethan, zu dem unter Aufprallmischen (impingement mixing) einzelne Glasfasern zugemischt wurden, und dann eine gleichzeitige Durchführung des Formens des Körpers und des Anklebens an die Außenhaut umfaßt. Allerdings sind die bei dem Verfahren verwendeten Materialien teuer und ist die Festigkeit des sich ergebenden Formprodukts unzureichend.
- Des weiteren sind die Bindemittel, die bei den vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren für Holzkörper verwendet werden, unter Hitze aushärtende Harze wie beispielsweise Phenolharze, deren Aushärtungsvorgang ein Erhitzen auf hohe Temperaturen von 200 bis 250ºC erfordert. Derartig hohe Temperaturen schmelzen und zersetzen das Außenhautmaterial, da es aus thermoplastischen Harzen wie beispielsweise PVC und TPO hergestellt ist. Daher war mit den vorstehend beschriebenen Holzkörpern ein Simultanformen zu einem Stück beinahe unmöglich.
- Um derartigen Probleme zu begegnen, wurde in der JP-A-3- 92301 ein Verfahren zur Herstellung eines Formholzprodukts unter Verwendung von Polyisocyanat als Bindemittel vorgeschlagen. Dieses Verfahren erlaubt durch die Verwendung eines Katalysators bei der Aushärtung von Polyisocyanat eine Verringerung der Formtemperatur, so daß die obengenannten Probleme vermieden werden können und ein Simultanformen des Holzkörpers und der Außenhaut zu einem Stück zugelassen wird.
- Allerdings weisen die unter Verwendung eines Polyisocyanats als Bindemittel hergestellten Holzkörper verglichen mit denen, die mit einem Phenolharz als Bindemittel hergestellt wurden, eine sehr geringe Festigkeit auf, wobei sie nach einem unter Hitze erfolgenden Preßformen das Problem eines starken Rückkehrens mit sich bringen. Die Verwendung von Polyisocyanaten führt aufgrund ihrer hohen Reaktivität außerdem zu dem Problem einer verkürzten Nutzungsdauer.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von geformten Holzprodukten bzw. Formholzprodukten bereitzustellen, das Materialien mit einer langen Nutzungsdauer einsetzt, ein Simultanformen des Holzkörpers und der Außenhaut zu einem Stück ermöglicht und hervorragende Kennwerte ergibt.
- Zur Aufgabenlösung wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Holzkörper und einer Außenhaut bestehenden Formholzprodukts bereitgestellt, das die Schritte Aufschichten einer Holzfasermischung, bei der zu Holzfasern ein aus einem anaeroben Klebemittel, einem ungesättigten Polyester oder einer Kombination aus einem Phenol und einem Polyisocyanat ausgewähltes Bindemittel hinzugefügt worden ist, um aus den Holzmaterialien einen angehäuften Körper auszubilden, Zuführen des angehäuften Körpers aus Holzmaterial in eine Preßform, wobei vorher ein Außenhautmaterial bereitgestellt worden ist, und gleichzeitiges Durchführen des Formens des angehäuften Körpers aus Holzmaterial zur Ausbildung eines Holzkörpers und des Verklebens dieses Holzkörpers und der Außenhaut umfaßt.
- Erfindungsgemäß kann ein Simultanformen des Holzkörpers und der Außenhaut zu einem Stück durchgeführt werden, ohne das Außenhautmaterial zu schmelzen oder zu verformen. Darüber hinaus kann erfindungsgemäß die Verwendungsdauer verlängert werden, während der der angehäufte Körper aus Holzmaterial verwendet werden kann.
- Fig. 1 zeigt im Beispiel eine schematische Ansicht eines Geräts, das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Materials zum Formen verwendet werden kann.
- Fig. 2 zeigt im Beispiel eine Ansicht eines Formvorgangs, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Formholzprodukts eingesetzt werden kann.
- Fig. 3 zeigt eine vertikale Schnittansicht der Vorrichtung zum Formen eines angehäuften Körpers aus Holzmaterial.
- Fig. 4 und Fig. 5 zeigen vertikale Schnittansichten einer Form.
- Fig. 6 zeigt eine vertikale Schnittansicht der Vorrichtung zum Sprühen eines Polyisocyanats auf die ein Phenolharz enthaltende faserige Mischung.
- Fig. 7 zeigt einen unterschiedlichen Weg, ein Polyisocyanat auf die ein Phenolharz enthaltende faserige Mischung zuzugeben.
- Fig. 8 zeigt den Verlauf der Verteilung des Bindemittels innerhalb des in Beispiel 6 erhaltenen Formholzprodukts.
- Fig. 9 und Fig. 10 zeigen verschiedene Wege, ein Polyisocyanat auf die ein Phenolharz enthaltende faserige Mischung zuzugeben.
- Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2 wird ein Überblick über das erfindungsgemäße Verfahren gegeben. Holzspäne W1 werden von einem Vorratsbehälter 1 zu einer Spanreinigungsmaschine 2 gebracht, in der sie gewaschen werden. Dann werden sie zu einer Aufspaltungsmaschine 3 gebracht, in der sie mit Dampf behandelt und zu Fasern aufgespalten werden, während zu der Aufpaltungsmaschine 3 von einer Pumpe 4 aus ein wasserabweisendes Mittel zugeführt wird. Die Holzfasern W2 werden zu einem Trockner 5 gebracht. Auf einem Heißluftstrom von einem Gebläse 5b werden sie durch ein Heißluftrohr 5a hindurch zu einem Zyklon 5c gebracht, wodurch sie getrocknet werden. Dann werden sie zu einem Trichter 6a in einem Mischer 6 gebracht und von dem Trichter 6a aus in den Hauptaufbau 6b des Mischers 6 fallen gelassen, in dem sie mit einem Bindemittel und weiteren Additiven gemischt werden, wodurch eine faserige Mischung M hergestellt wird.
- Die Mischung M wird von dem Mischer 6 zu einer Anhäufungsvorrichtung 10 gebracht und dazu veranlaßt, herabzuschweben und sich zu sammeln, um einen angehäuften Körper W aus Holzmaterial auszubilden, der eine spezielle Formgebung aufweist. Der angehäufte Körper W aus dem Holzmaterial wird zu einem Haltebehälter 20 gebracht und zu einer Form 30 transportiert, die eine untere Formhälfte 31 aufweist, in die der angehäufte Körper W aus dem Holzmaterial gesetzt wird. Zuvor wurde auf der unteren Formhälfte 31 ein Außenhautmaterial bereitgestellt. Zum Pressen des angehäuften Körpers W aus dem Holzmaterial wird eine obere Formhälfte 32 abgesenkt, wodurch ein Formen des Holzkörpers und ein Verkleben des Holzkörpers und des Außenhautmaterials S erfolgen und ein Formholzprodukt P hergestellt wird.
- Die bei dieser Erfindung in der Praxis verwendbaren Holzfasern können beispielsweise durch Aufspalten von Holzspänen erhalten werden. Es bestehen keine besonderen Einschränkungen in bezug auf das verwendete Holz. Es können zum Beispiel Japanische Zypresse, Japanische Rotkiefer, Japanische Zeder, Lauan, Japanische Buche und dergleichen verwendet werden. Es bestehen auch keine Einschränkungen in bezug auf das Holzaufspaltungsverfahren, das jedes beliebige dem Fachmann bekannte Verfahren einschließt. Ein Beispielverfahren beinhaltet ein Kochen der Holzspäne unter Hitze, auf das ein Aufspalten unter Umgebungsdruck folgt, oder ein mechanisches Aufspalten der Holzspäne nach dem Kochen.
- Das zu den Holzfasern hinzuzufügende Bindemittel ist aus einem anaeroben Klebemittel, einem ungesättigten Polyester oder einer Mischung aus einem Phenol und einem Polyisocyanat ausgewählt.
- Bei Verwendung einer Mischung aus einem Phenol und einem Polyisocyanat als Bindemittel beträgt das Gewichtsverhältnis des Phenolharzes zu Polyisocyanat vorzugsweise 1 : 3 bis 3 : 1 und besser 1 : 1. Die alleinige Verwendung des Phenolharzes als Bindemittel erfordert eine Formtemperatur von mehr als 200ºC, während die alleinige Verwendung eines Polyisocyanats keine ausreichende Festigkeit ergibt, wie sie für das geformte Produkt benötigt wird. Die gemeinsame Verwendung eines Phenolharzes und eines Polyisocyanats erlaubt eine Formung bei verringerten Temperaturen, bei denen das Außenhautmaterial nicht schmilzt, so daß ein Formholzprodukt mit einer besseren Festigkeit erhalten werden kann. Diese Wirkung läßt sich durch Einsatz des obengenannten Mischungsverhältnisses weiter sichern.
- Das Phenolharz kann ein beliebiges Harz sein, das auf dem Gebiet des Holzklebens im allgemeinen verwendet wird. Auch Polyisocyanate sind bekannt, wobei Tolylendiisocyanat (TDI), Diphenylmethandiisocyanat (MDI) oder Isocyanat-Vorpolymerisat und dergleichen verwendet werden können. Die Polyisocyanate sind derart reaktiv, daß sie zum Beispiel mit Holz, Faser, Papier, Kunstharz und dergleichen bei verhältnismäßig niedrigerer Temperatur feste primäre Bindungen ausbilden. Das Phenolharz und das Polyisocyanat können zu den Holzfasern entweder in Kombination oder allein hinzugefügt werden. Da das unverdünnte Phenolharz oder das Polyisocyanat für eine gute Vermischung zu klebrig sind, können das Phenolharz zur Mischungserleichterung mit Wasser, Aceton und dergleichen und das Polyisocyanat zur Mischungserleichterung mit Aceton und dergleichen verdünnt werden.
- Das Phenolharz und das Polyisocyanat werden vorzugsweise in einem Bereich von 6 bis 20 Gew.-% der Mischung hinzugefügt. Ist die Menge geringer als der Bereich, kann keine ausreichend feste Verbindung erhalten werden, ist sie dagegen höher als der Bereich, sind die Herstellungskosten zu hoch und kann das erhaltene Formprodukt zu steif sein, was Sprödbruch verursachen kann.
- Die Holzmischung, in der die Holzfasern und das Bindemittel zusammengegeben sind, wird dann aufgeschichtet, um den angehäuften Körper aus dem Holzmaterial auszubilden, der dann in die Form eingebracht wird, in der zuvor das Außenmaterial bereitgestellt worden ist, wonach das gleichzeitige Preßformen und Verkleben des obengenannten angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial und des Außenhautmaterials folgt. Indem das Formen bei 90 bis 130ºC durchgeführt wird, wird ohne Schmelzen des Außenhautmaterials eine ausreichend feste Verbindung erhalten. Es kann eine Vielfalt von Außenhautmaterialien einschließlich PVC, PVC mit einer PVC-Schaumschicht, TPO mit einer PP-Schaumschicht, PVC mit einer PP-Schaumschicht und dergleichen verwendet werden.
- Auch wenn die Mischung aus einem Phenolharz und einem Polyisocyanat bei einer Temperatur von 90 bis 130ºC voll aushärtet, kann in einigen Fällen eine Kürzung der Aushärtezeit wünschenswert sein. Obgleich höhere Temperaturen die Aushärtezeit verkürzen können, kann dies zu dem Problem einer Verformung des Außenhautmaterials führen. Um dieses Problem zu umgehen, wird die Temperatur der einen Formhälfte, mit der das Außenhautmaterial in Kontakt kommt, verringert, während die der anderen Formhälfte, mit der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial in Kontakt kommt, erhöht wird. Das heißt, daß die Temperatur der Formhälfte auf der Seite der Außenhaut im Bereich von 80 bis 110ºC gehalten wird, während die Temperatur der Formhälfte auf der Seite des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial im Bereich von 100 bis 150ºC gehalten wird. Da der lineare Ausdehnungskoeffizient des Außenhautmaterials größer als der des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial ist, kann eine Formung bei Verwendung der gleichen Formtemperatur aufgrund eines stärkeren Zusammenziehens des Außenhautmaterials ein Verziehen des sich ergebenden Holzprodukts zur Folge haben, wenn dieses auf Zimmertemperatur zurückgebracht wird. Dieses beim Zurückbringen des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial auf Zimmertemperatur stattfindende Verziehen kann minimiert werden, indem auf der Seite des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial eine höhere Temperatur eingestellt wird.
- Zur Verkürzung der Aushärtezeit kann außerdem ein Katalysator zur Härtung von Polyisocyanat verwendet werden. Es ist eine Vielfalt derartiger Katalysatoren wie zum Beispiel N,N,N',N'-Tetramethylhexamethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethylpropylendiamin, N,N,N',N'- Tetramethylethylendiamin, N,N,N',N',N'-Pentamethyldiethylentriamin, N,N-Dimethylbenzylamin, N-Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin, 1,4-Diazobicyclo-[2,2,2]- oktan, 1,8-Diazabicyclo-[5,4,0]-7-undecen, 1,5- Diazabicyclo-[4,3,0]-non-5-en, Dimethylethanolamin, N-Methyl-N-(dimethylaminopropyl)-aminoethanol, Dimethylaminopropylamin, N,N,N',N'-Tetramethyl diethylentriamin und 2,4,6-Tris-(dimethylaminomethyl)- phenol bekannt.
- Diese Katalysatoren können somit zum Zeitpunkt des Mischens des Bindemittels hinzugefügt werden, wobei die Aushärtung des Bindemittels selbst bei niedrigen Temperaturen fortschreitet, was zu dem unvorteilhaften Ergebnis einer kurzen Zeitdauer führt, während der der angehäufte Körper aus Holzmaterial verwendet werden kann. Zur Verlängerung der Zeit, können die obengenannten Katalysatoren wie folgt verwendet werden:
- Bei einem Verfahren ist der obengenannte Katalysator auf der Oberfläche des Außenhautmaterials, mit der der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial zum Zeitpunkt des Zuführens des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial in Kontakt kommt, als Vorbeschichtung aufgebracht. Der Katalysator verdampft beim Preßformen des Formholzprodukts und breitet sich in das Innere des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial aus. Infolgedessen wird das Aushärten des Bindemittels beschleunigt, so daß die Aushärtezeit verkürzt werden kann. Bei einem anderen Verfahren wird der Katalysator dem angehäuften Körper aus Holzmaterial, nachdem dieser in die Form eingebracht wurde, zum Zeitpunkt des Formens des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial zugemischt. Die zum Formen dienende Form ist zur Entgasung üblicherweise perforiert. Indem von den Löchern in der Form Gebrauch gemacht wird, kann der Katalysator innerhalb des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial verteilt werden. Gemäß diesem Verfahren kann der Katalysator homogen dispergiert und die Aushärtezeit des Bindemittels weiter verkürzt werden. Die Verwendung eines Katalysators ermöglicht somit eine Kürzung der Aushärtezeit des Bindemittels, wobei die Formung bei niedrigeren Temperaturen ablaufen kann, als wenn kein Katalysator verwendet wird.
- Wie vorstehend erläutert wurde, sind Polyisocyanate stark reaktiv, wobei mit Wasser oder Phenol schon bei Umgebungstemperatur eine langsame Reaktion auftritt. Wenn der das Bindemittel enthaltende angehäufte Körper aus dem Holzmaterial für eine längere Zeitdauer stehen gelassen wird, verliert er daher aufgrund des Aushärtens des Bindemittels seine Verwendungsfähigkeit. Um die Zeit zu verlängern, während der der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial verwendet werden kann, ist eine verzögerte Hinzugabe oder eine Hinzugabe unmittelbar vor dem Aushärten des Bindemittels wünschenswert.
- Gemäß einem ersten Verfahren werden die Holzfasern zunächst mit dem Phenolharz gemischt. Da das Phenolharz eine geringe Reaktivität aufweist, kann es, vorausgesetzt daß es unter passenden Bedingungen aufbewahrt wird, für eine längere Zeitdauer gelagert werden. Anschließend kann die Mischung aus den Holzfasern und dem Phenolharz unmittelbar vor dem Formen in dem Aufschichtungskasten einer Anhäufungsvorrichtung aufgeschichtet werden, während beim Fallenlassen der Mischung ein Polyisocyanat auf die Mischung gesprüht wird, wodurch der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial ausgebildet wird. Das Sprühen dient zum homogenen Dispergieren des Polyisocyanats in dem angehäuften Körper aus dem Holzmaterial. Anschließend wird der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial zum Formen in die Form eingebracht.
- Gemäß einem zweiten Verfahren werden die Holzfasern und das Phenolharz gemischt und zur Ausbildung des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial aufgeschichtet. Wie vorstehend erläutert wurde, kann der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial für eine längere Zeitdauer gelagert werden. Während er zum Einsetzen in die Form gebracht wird, wird dann auf den angehäuften Körper aus dem Holzmaterial Polyisocyanat auf der Seite aufgesprüht, mit der die Außenhaut in Kontakt kommt. Der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial weist eine derartig geringe Dichte auf, daß das Polyisocyanat tief in das Innere des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial eindringen kann. Wie zu erwarten ist die Konzentration des Polyisocyanats auf der Seite, an der das Polyisocyanat versprüht wird, d. h. auf der Seite, mit der die Außenhaut in Kontakt kommt, höher. Da die Haftfestigkeit das Polyisocyanats und des Außenhautmaterials größer als die des Phenolharzes und des Außenhautmaterials ist, kann ein Formholzprodukt mit größerer Verbindungsstärke erhalten werden. Auch wenn die Formseite des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial reicher an Phenolharz und ärmer an Isocyanat ist, kann eine Verlängerung der Aushärtezeit durch eine Temperaturerhöhung der Form verhindert werden.
- Gemäß einem dritten Verfahren werden die Holzfasern und das Phenolharz wie vorstehend beschrieben gemischt, wonach auf die auf diese Weise erhaltene Mischung der Holzfasern und des Phenolharzes während des Fallenlassens der Mischung ein Polyisocyanat gesprüht wird und diese in dem Aufschichtungskasten einer Anhäufungsvorrichtung aufgeschichtet wird. Daraufhin wird das Polyisocyanat auf einen für die Herstellung des Formprodukts erforderlichen Abschnitt des angehäuften Körper aus dem Holzmaterial, nicht aber den gesamten Körper gesprüht, so daß der obere Teil der obengenannten Aufschichtung das Polyisocyanat nicht enthält. Der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial wird dann gewogen, wobei die Menge, die nicht zur Herstellung des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial benötigt wird, entfernt wird. Der entfernte Abschnitt des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial enthält wenig oder kein Polyisocyanat, so daß er für eine längere Zeitdauer gelagert werden und wiederverwertet werden kann. Anschließend wird das Polyisocyanat auf den angehäuften Körper aus dem Holzmaterial gesprüht und der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial in die Form eingebracht.
- Die Aufgabe der Erfindung läßt sich auch unter Verwendung eines anaeroben Klebemittels als Bindemittel lösen. Das anaerobe Klebemittel bleibt bei Sauerstoffkontakt flüssig, beginnt aber bei Verlust des Sauerstoffkontakts, zu einer Polymerverbindung mit einer festen dreidimensionalen Struktur zu polymerisieren. Zur Ausbildung des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial werden die Holzfasern und das anaerobe Klebemittel in Luft gemischt. Der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial kann für eine längere Zeitdauer gelagert werden, da das anaerobe Klebemittel in Luft nicht aushärtet. Zum Formen wird der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial der mit einem Außenhautmaterial vorbereiteten Form zugeführt, wobei das anschließende Preßformen dazu dient, innerhalb des angehäuften Körpers einen großen Teil der Luft aus dem Holzmaterial zu entfernen. Eine Entgasung ruft die Aushärtung des anaeroben Klebemittels hervor, wodurch eine Formung zu einem Stück ermöglicht wird. Ein nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel für ein bekanntes anaerobes Klebemittel ist reaktives Acrylklebemittel. Das Formen kann sogar bei Normaltemperatur stattfinden, doch beschleunigt ein Erhitzen des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial auf beispielsweise etwa 130ºC das Aushärten. Bei dieser Temperatur von 130ºC ändert sich die Formgebung der Außenhaut nicht. Darüber hinaus weist das unter Verwendung des anaeroben Klebemittels hergestellte Formprodukt eine ausreichende Festigkeit auf.
- Die Aufgabe der Erfindung läßt sich auch durch Verwendung eines in Pulverform vorliegenden ungesättigten Polyesterharzes als Bindemittel lösen. Da in Pulverform vorliegender ungesättigter Polyester bei einer Temperatur zwischen 80 und 130ºC aushärtet, ist keine so hohe Temperatur wie bei der Verwendung des Phenolharzes erforderlich. Bei Verwendung eines Katalysators kann schon bei 50 bis 80ºC eine Aushärtung erfolgen. Überdies weist das auf diese Weise erhaltene Formholzprodukt eine ausreichende Festigkeit auf.
- Die nachstehenden Beispiele sind zur Veranschaulichung aufgeführt, nicht aber um die Erfindung einzuschränken. Sofern es nicht anders angegeben ist, sind alle Anteile und Prozentgehalte in der Beschreibung und in den Patentansprüchen auf das Gewicht bezogen.
- Ein Phenolharz (Gunei Kagaku K. K., PL4630 (Markenname)) wurde mit Wasser zu einer 50%-igen wässerigen Lösung verdünnt, zu der in einem Verhältnis von 5 Gew.-% Holzfasern in fester Form zugemischt wurden, wonach ein Durchwirbelung mit Luft folgte. MDI (Nihon Polyurethane, MR-100 (Markenname)) wurde mit Aceton zu einer Lösung von 50 Gew.-% verdünnt. Zu dieser Lösung wurde die obengenannte Mischung aus einem Phenolharz und 5 Gew.-% Holzfasern hinzugefügt. Die auf diese Weise erhaltene Mischung wurde bewegt, um eine faserige Mischung M herzustellen, wobei das Verhältnis von Phenolharz und MDI 1 : 1 betrug und MDI in der Mischung mit 10 Gew.-% vorlag.
- Die faserige Mischung M wurde dann zu dem Aufschichtungskasten 11 einer Anhäufungsvorrichtung 10 gebracht. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wurde die faserige Mischung M durch die Luft umgewälzt, die von einem Kompressor außerhalb des Kastens 11 durch eine Vielzahl von Luftlöchern 12 in der perforierten Bodenplatte 13 zugeführt wurde, um die faserige Mischung M zu homogenisieren.
- Zur Ausbildung des angehäuften Körpers W aus dem Holzmaterial wurde dann die Bodenplatte 13 des Kastens 11, in dem die faserige Mischung M schwebte, durch Betätigung eines Zylinders 14 angehoben, während von einem über dem Kasten 11 bereitgestellten Haltebehälter 20 aus ein Staubsaugen bzw. Ansaugen (V/C) erfolgte. Ein Formelement 21 zur Extrusion, das aus einem Metallnetz oder Lochmetall und dergleichen bestand und von einer Luftlöcher 23 aufweisenden Deckenplatte 22 herabhing, war mit einer derartigen, beispielsweise gekrümmten Formgebung angebracht, daß diese zu der Formgebung eines fertigen Formprodukts aus der obengenannten faserigen Mischung M paßte, so daß der angehäufte Körper W aus Holzmaterial nach der Sauganziehung eine dem geformten Produkt entsprechende Formgebung und eine festgelegte Dichte aufwies. Der auf diese Weise erhaltene angehäufte Körper W aus Holzmaterial wurde zu der in Fig. 4 gezeigten Formvorrichtung gebracht, indem das Haltegefäß 20 unter Verwendung eines Zylinders 24 bewegt wurde.
- Die Formvorrichtung umfaßt eine obere Formhälfte 32, eine untere Formhälfte 31, einen die untere Formhälfte 31 umschließenden Halterahmen 33 und eine Heizplatte 34 zum körperlichen Abstützen und zum Aufrechterhalten der gewünschten Temperaturen der oberen Formhälfte 32 und der unteren Formhälfte 31. Auf die untere Formhälfte 31 wurde ein Außenhautmaterial S gesetzt, das durch Öffnen des elektromagnetischen Ventils 35 durch die Luftlöcher 36 hindurch mittels Saugformen eines Außenhautmaterials mit einer 0,45 mm dicken PVC-Lage und einer 1,5 mm dicken PVC-Schaumschicht ausgebildet wurde. Durch Abschalten der Sauganziehung des zum Transport dienenden Haltebehälters 20 fällt der angehäufte Körper W aus Holzmaterial aufgrund seines Eigengewichts auf das Außenhautmaterial S. Danach wurde die obere Formhälfte 32 gesenkt, woraufhin das Formen bei einer Formtemperatur von 100ºC, einer Preßdauer von 30 Sekunden und einem Preßdruck von 30 kgf/cm² erfolgte, um einen Probekörper 1 eines Formholzprodukts zu erhalten. Darüber hinaus wurde der angehäufte Körper W aus Holzmaterial unter Verwendung von 8 Gew.-% Phenolharz als Bindemittel ausgebildet, der dann bei 200ºC preßgeformt wurde, wonach das Verkleben unter Verwendung eines Urethan-Klebemittels folgte, um einen Vergleichsprobekörper 1 zu erhalten. Des weiteren wurde unter Verwendung von 23 Gew.-% Polyisocyanat als Bindemittel auf die gleiche Weise wie vorstehend ein Vergleichsprobekörper 2 erhalten. Ein Vergleichsprobekörper 3 wurde erhalten, indem das vorstehend beschriebene R-RIM-Verfahren eingesetzt wurde. Bei jedem Probekörper wurden die Haftfestigkeit und die Biegefestigkeit der Außenhaut und des Körpers gemessen, deren Ergebnisse in Tabelle 1 und 2 gezeigt sind. Dabei wurde die Haftfestigkeit im Abziehversuch gemessen, bei dem die Außenhaut halb von dem Körper abgelöst und das zum Abziehen erforderliche Gewicht bestimmt wurde. Die Biegefestigkeit wurde im Dreipunktbiegeversuch gemessen.
- Haftfestigkeit
- Probekörper 1 2,6 kgf/25 mm
- Vergleichsprobekörper 1 2,0 kgf/25 mm
- Biegefestigkeit
- Probekörper 1 250 kgf/25 mm
- Vergleichsprobekörper 1 380 kgf/25 mm
- Vergleichsprobekörper 2 180 kgf/25 mm
- Vergleichsprobekörper 3 170 kgf/25 mm
- Wie in Tabelle 1 und 2 gezeigt ist, kann bei Verwendung der Mischung aus einem Phenolharz und einem Polyisocyanat als Bindemittel die Aushärtetemperatur verringert werden, so daß das Formen der Außenhaut und des Holzkörpers zu einem Stück bei niedrigeren Temperaturen erfolgen kann, als wenn allein Phenol verwendet wird, wobei Formholzprodukte mit einer höheren Festigkeit als bei alleiniger Verwendung von Polyisocyanat erhalten werden können.
- Der angehäufte Körper W aus Holzmaterial wurde wie bei Beispiel 1 beschrieben ausgebildet und in die Formvorrichtung gesetzt. Das Formen erfolgte wie bei Beispiel 1 bei einem Preßdruck von 30 kg/cm² und einer Preßdauer von 30 Sekunden, wobei zum Zeitpunkt des Formens an der oberen Formhälfte 32 (auf der Seite des angehäuften Körpers W aus Holzmaterial) und der unteren Formhälfte 31 (auf der Seite des Außenhautmaterials S), wie in Tabelle 3 gezeigt ist, unterschiedliche Temperaturen zum Einsatz kamen. Es wurden das äußere Erscheinungsbild der Außenhaut, eine irreversible Verformung der Schaumschicht und ein Verziehen der erhaltenen Formholzprodukte (500 mm · 500 mm) bestimmt, wobei die Ergebnisse in Tabelle 3 gezeigt sind. Tabelle 3
- Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, war bei Verwendung unterschiedlicher Temperaturen auf der Seite der Außenhaut und auf der Seite des angehäuften Körpers aus dem Holzmaterial bei niedrigerer Temperatur auf der Seite der Außenhaut die Formgebungsänderung der Außenhaut verringert. Dagegen kommen auf der Seite des Holzkörpers höhere Temperaturen zum Einsatz, um die Aushärtezeit der Außenhaut zu verkürzen, wodurch eine verringerte Zyklusdauer ermöglicht wird.
- Auf das Außenhautmaterial S wurde auf der Seite, mit der der angehäufte Körper W aus dem Holzmaterial in Kontakt kommt, mit einer Konzentration von 0,5 g/m² N,N,N',N'- Tetramethylethylendiamin-Katalysator (Kao K. K., Kaolyzer Nr. 11 (Markenname)) aufgesprüht, wonach dieses Außenhautmaterial S in die untere Formhälfte gesetzt wurde, die bei einer Temperatur von 100ºC gehalten wurde. Der angehäufte Körper W aus dem Holzmaterial wurde wie bei Beispiel 1 ausgebildet und in die Formvorrichtung gesetzt. Das Formen erfolgte dann bei einer Temperatur der oberen Formhälfte von 125ºC, einer Temperatur der unteren Formhälfte von 110ºC, einer Preßdauer von 20 Sekunden und einem Preßdruck von 30 kgf/cm². Die Biegefestigkeit des sich ergebenden Formprodukts betrug 250 kgf/cm² und war trotz der kurzen Preßdauer von 20 Sekunden beinahe gleich hoch wie bei dem Probekörper 1 in Beispiel 1.
- Wird vor dem Formen auf der Seite der Außenhaut ein Katalysator zur Bindemittelaushärtung des Körpers aufgebracht, kann dieser Katalysator während des Formens verdampft und in den Körper eindiffundiert werden, was zu einer Verringerung der Aushärtezeit führt. Darüber hinaus erfolgt die Härtung infolge des Drucks einer größeren Menge des Katalysators an der Haftfläche zwischen der Außenhaut und dem Holzkörper an diesem Abschnitt schneller als an anderen Abschnitten, so daß die Verbindung zwischen der Außenhaut und dem Holzkörper gewährleistet wird.
- Der angehäufte Körper W aus dem Holzmaterial wurde wie in Beispiel 1 beschrieben ausgebildet. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wurde dieser dann auf das Außenhautmaterial S in der Formvorrichtung gesetzt, wonach die obere Formhälfte 32 heruntergelassen wurde, so daß der Halterahmen 33 und die obere Formhälfte 32 miteinander in Kontakt kamen, um eine geschlossene Kammer zu bilden. Unmittelbar danach wurde das elektromagnetische Ventil 37 geschaltet, um das Katalysatorgas durch die Luftlöcher 38 strömen zu lassen. Das Katalysatorgas wurde bis höchstens zur Hälfte der gesamten Preßdauer einströmen gelassen, wonach das elektromagnetische Ventil 37 über die Luftlöcher 38 zur Seite der V/C-Pumpe hin geschaltet wurde. Danach wurde die obere Formhälfte heruntergelassen, um einen Probekörper des Formprodukts zu erhalten.
- Bei diesem Beispiel kann der Katalysator in dem angehäuften Körper W aus Holzmaterial homogen dispergiert werden, so daß eine Verringerung der Aushärtezeit erzielt wird.
- Ein Phenolharz (Gunei Kagaku K. K., PL4630 (Markenname)) wurde mit Wasser destilliert, um eine 50%-ige wäßrige Lösung herstellen. Diese Lösung wurde mit 5 Gew.-% Holzmaterial in fester Form gemischt und durch Luft umgewälzt und dadurch homogenisiert, um die faserige Mischung M' zu erhalten. Unter Verwendung eines Geräts, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, wurde diese faserige Mischung M' durch eine Flockungswalze 41 (fluffer roller) hindurchtreten und vertikal fallen gelassen. An dem unteren Ende des vertikalen Fallwegs 42 wurde durch eine Düse 43 hindurch eine 50%-ige Lösung aus MDI (Nihon Polyurethane K. K., MR-100 (Markenname)) in Aceton versprüht, um die faserige Mischung M auszubilden. Die auf dies Weise ausgebildete faserige Mischung M wurde sich ausbreiten und fallen gelassen, wodurch sie dem Aufschichtungskasten 11 der in Fig. 3 gezeigten Anhäufungsvorrichtung 10 zugeführt wurde. Nach der Ausbildung des angehäuften Körpers W aus dem Holzmaterial wurde wie bei dem obengenannten Beispiel 1 beschrieben ein Probekörper des Formholzprodukts erhalten.
- Bei diesem Beispiel wird die Hinzugabe des schon bei Zimmertemperatur mit Wasser oder Phenolharz reagierenden Polyisocyanats verzögert, indem es unmittelbar vor dem Ausbilden des angehäuften Körpers W aus dem Holzmaterial hinzugefügt wird, so daß eine Kürzung der Zeitdauer, während der der Körper verwendbar ist, verhindert werden kann.
- Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie bei Beispiel 5 wurde die lediglich das Phenolharz enthaltende faserige Mischung M' ausgebildet und in den Aufschichtungskasten 11 eingespeist, wodurch der angehäufte Körper W' aus Holzmaterial ausgebildet wurde. Als dieser angehäufte Körper W' aus Holzmaterial in den Haltebehälter 20 gebracht wurde, wurde das Polyisocyanat wie in Fig. 7 gezeigt von unten unter Verwendung der Druckluftpistole 51 (Iwata Tosouki K. K., W88-10E2P) mit einem Luftdruck von 3,5 kg/cm² aufgesprüht. Dann wurde dieser angehäufte Körper W' in die Formvorrichtung gesetzt, wobei unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie bei Beispiel 1 ein Probekörper des Formholzprodukts erhalten wurde. Der Gehalt des Bindemittels in dem erhaltenen Probekörper des Formholzprodukts wurde in Dickenrichtung des Formholzprodukts gemessen, um seine Verteilung zu bestimmen. Demnach war das Phenolharz, wie in Fig. 8 gezeigt ist, gleichmäßig verteilt, da es schon ursprünglich in dem Probekörper enthalten war, wohingegen an dem unteren Abschnitt mehr Polyisocyanat vorhanden war. Mit diesem Verfahren kann die Verteilung des Polyisocyanats geändert werden, so daß nahe der Grenzfläche mit dem Außenhautmaterial S, an der eine stärkere Haftung erforderlich ist, mehr Polyisocyanat verteilt werden kann. Indem das Polyisocyanat unmittelbar vor dem Einbringen in die Form eingemischt wird, kann der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial für eine längere Zeitdauer gelagert werden, wobei die Dauer, während der der angehäufte Körper aus dem Holzmaterial verwendbar ist, verlängert wird.
- Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie bei Beispiel 5 wurde die lediglich das Phenolharz enthaltende faserige Mischung M' ausgebildet. Diese faserige Mischung wurde dann, wie in Fig. 9 gezeigt ist, von der Düse 61 aus fallen gelassen, woraufhin das Polyisocyanat aufgesprüht wurde. Die auf diese Weise ausgebildete faserige Mischung M wurde dem Aufschichtungskasten 63 zugeführt. Im Inneren des Aufschichtungskastens 63 ist ein aus Lochmetall oder dergleichen bestehendes formgebendes Bauteil 64 bereitgestellt, unter dem ein mit einer Absaugeinrichtung verbundenes Abluftrohr 65 bereitgestellt ist. Die faserige Mischung M wird von oberhalb des Aufschichtungskastens 63 aus mit Hilfe eines Zerstreuers 62 verstreut und wird in dem durch das Abluftrohr 65 hindurch abgesaugten Luftstrom schweben und hinuntergehen gelassen, wodurch sich die faserige Mischung auf dem formgebenden Bauteil 64 aufschichtet und den angehäuften Körper W aus dem Holzmaterial ausbildet. Die Menge des angehäuften Körpers W aus dem Holzmaterial wird auf etwa 80% der für das fertige Formprodukt erforderlichen Menge gehalten. Nach dem auf diese Weise erfolgten Aufschichten der faserigen Mischung M wird zum Aufschichten der faserigen Mischung M', die lediglich das Phenolharz, nicht aber das Polyisocyanat enthält, das Sprühen des Polyisocyanats unterbrochen. Danach wird die Oberfläche der Aufschichtung abgeschabt und die überschüssige Aufschichtungsmenge entfernt, um ein gegebenes Produktgewicht zu erhalten. Bei diesem Vorgang wird lediglich Material entfernt, das kein Polyisocyanat enthält. Da das entfernte Material kein Polyisocyanat enthält, findet bei dem Material keine Aushärtung statt, so daß es nötigenfalls für eine längere Zeitdauer gelagert werden und wiederverwertet werden kann. Nach Beendigung des Abschabens wird der Aufschichtungskasten 63 wie in Fig. 10 gezeigt umgedreht und das Polyisocyanat mit einer Druckluftpistole 51 von unten aufgesprüht. Der angehäufte Körper W aus dem Holzmaterial wird dann weitertransportiert und das Formholzprodukt unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie bei Beispiel 1 ausgebildet.
- Auf die Holzfasern wurde ein anaerobes Klebemittel (Nihon Rokkutaito K. K., PMS-10E (Markenname)) mit einer Konzentration von 10 Gew.-% gesprüht und das Ganze durch Luft umgewälzt und homogen vermischt. Obgleich das Klebemittel aufgrund seiner geringen Viskosität unverdünnt verwendet werden kann, kann es mit beispielsweise Aceton verdünnt werden, um eine homogene Dispersion herbeizuführen. Die auf diese Weise hergestellte faserige Mischung kann mit dem gleichen Verfahren wie bei Beispiel 1 in den Aufschichtungskasten eingebracht werden, um den angehäuften Körper W aus Holzmaterial auszubilden, der dann zu der Formvorrichtung gebracht wird, wobei das Formen bei einer Formtemperatur von 110ºC, einer Preßdauer von 60 Sekunden und einem Preßdruck von 30 kg/cm² erfolgt. Zu Beginn des Formens wurde das Ventil der oberen Formhälfte für 60 Sekunden zum Absaugen geöffnet. Die auf diese Weise ausgebildeten Formholzprodukte wiesen eine Biegefestigkeit von 285 kgf/cm² und eine Haftfestigkeit von 2,1 kgf/cm² auf, was zufriedenstellend war.
- Zu den einen Wassergehalt von 6 bis 9 Gew.-% aufweisenden Holzfasern wurde mit 10 Gew.-% in Pulverform vorliegender ungesättigter Polyester (Matsushita Denko K. K., CE5100 (Markenname)) zugemischt und die Mischung zur Ausbildung einer faserigen Mischung M bei etwa 80ºC durch Heißluft umgewälzt. Die faserige Mischung M wurde wie in Beispiel 1 beschrieben in den Aufschichtungskasten eingebracht, um den angehäuften Körper W aus dem Holzmaterial auszubilden. Dieser wurde dann zu der Formvorrichtung gebracht, wobei er einem Formen unter der Bedingung einer Formtemperatur von 130ºC, einer Preßdauer von 40 Sekunden und eines Preßdrucks von 30 kg/cm² unterzogen wurde. Die auf diese Weise ausgebildeten Formholzprodukte wiesen eine Biegefestigkeit von 290 kgf/cm² und eine Haftfestigkeit von 1,9 kgf/cm² auf, was zufriedenstellend war.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung eines aus einem Holzkörper
und einer Außenhaut bestehenden geformten Holzprodukts,
mit den Schritten:
Hinzufügen eines Bindemittels zu Holzfasern, um eine
faserige Mischung auszubilden,
Aufschichten der faserigen Mischung, um einen
angehäuften Körper aus Holzmaterial auszubilden,
Zuführen des angehäuften Körpers aus Holzmaterial zu
einer Preßform, wobei vorher ein Außenhautmaterial
bereitgestellt worden ist, und
Pressen des angehäuften Körpers aus Holzmaterial und
eines Außenhautmaterials unter Hitze, um den Holzkörper
auszubilden und gleichzeitig den Holzkörper und die
Außenhaut miteinander zu verkleben, damit das geformte
Holzprodukt ausgebildet wird, wobei das Bindemittel aus
einem anaeroben Klebemittel,
einem ungesättigten Polyester oder
einer Kombination aus einem Phenolharz und einem
Polyisocyanat ausgewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bindemittel
eine Kombination aus einem Phenolharz und einem
Polyisocyanat ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem auf dem
Gesamtgewicht der faserigen Mischung beruhend eine Kombination
aus einem Phenolharz und einem Polyisocyanat in Höhe von
6 bis 20 Gew.-% hinzugefügt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das
Verhältnis von Phenolharz und Polyisocyanat 1 : 3 bis 3 : 1 beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Verhältnis von
Phenolharz und Polyisocyanat 1 : 1 beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem
das Pressen des angehäuften Körpers aus Holzmaterial und
eines Außenhautmaterials bei einer Temperatur von 90ºC
bis 130ºC erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem
das Pressen des angehäuften Körpers aus Holzmaterial und
eines Außenhautmaterials bei einer Temperatur der
Formhälfte, mit der das Außenhautmaterial in Berührung kommt,
von 80 bis 110ºC und einer Temperatur der anderen
Formhälfte, mit der der angehäufte Körper aus dem
Holzmaterial in Berührung kommt, von 100 bis 150ºC erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem
auf die Oberfläche des Außenhautmaterials, die mit dem
angehäuften Körper aus Holzmaterial in Berührung kommt,
ein Katalysator zur Härtung des Bindemittels aufgebracht
wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei zum
Zeitpunkt des Pressens des angehäuften Körpers aus
Holzmaterial und des Außenhautmaterials in den
angehäuften Körper aus Holzmaterial ein Katalysator zur Härtung
des Bindemittels eingeleitet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem
das Phenolharz und das Polyisocyanat getrennt hinzugefügt
werden, wobei das Phenolharz zu den Holzfasern zum
Ausbilden einer faserigen Mischung hinzugefügt wird und
das Polyisocyanat während des Anhäufens der faserigen
Faser unmittelbar vor dem Ausbilden des angehäuften
Körpers aus Holzmaterial hinzugefügt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem
das Phenolharz und das Polyisocyanat getrennt hinzugefügt
werden, wobei das Phenolharz vorher hinzugefügt wird und
das Polyisocyanat während der Zuführung des angehäuften
Körpers aus Holzmaterial zu einer Preßform unmittelbar
vor dem Einsetzen des angehäuften Körpers aus
Holzmaterial in die Form hinzugefügt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem
das Phenolharz zum Ausbilden einer faserigen Mischung zu
Holzfasern hinzugefügt wird, ein Teil des Polyisocyanats
in die faserige Mischung hinzugefügt wird, die Mischung
zum Ausbilden eines angehäuften Körpers aus Holzmaterial
aufgeschichtet wird, auf die Oberseite des angehäuften
Körpers aus Holzmaterial die faserige Mischung aus dem
Phenolharz und der Holzfaser aufgebracht wird, die obere
Schicht davon entfernt wird, um die nicht zum Formen
erforderliche überschüssige Menge des angehäuften Körpers
aus Holzmaterial zu entfernen, das übrige Polyisocyanat
an der Seite, von der der überschüssige angehäufte Körper
aus Holzmaterial entfernt wurde, auf den angehäuften
Körper aus Holzmaterial gesprüht wird und dieser der
Preßform zugeführt wird.
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