Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 19 zur kontinuierlichen Herstellung einer ein- oder mehrschichtigen Faserplatte sowie eine Faserplatte gemäss Patentanspruch 31, hergestellt mit dem Verfahren.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art offenbart die DE-A-1 635 620. Darin wird eine einstufige Stauchung einer Faserflächenbahn zwischen zwei unterschiedlich schnell angetriebenen Transportbänderpaaren vorgeschlagen. Die Stauchung oder Längskomprimierung kann entweder parallel zur Oberfläche der Faserflächenbahn oder an einer abgewinkelten Faserflächenbahn erfolgen. Durch die vorgeschlagene Stauchung um bis zu 35% kann offensichtlich die Drucksteifigkeit, die Abschälfestigkeit und das Erholungsvermögen der fertigen Faserflächenbahnen wesentlich verbessert werden. Die in der DE-A-1 635 620 angeführten Beispiele beschreiben eine vorgängige Dickenkomprimierung und eine anschliessende Längskomprimierung bei gleicher oder grösser werdender Schichtstärke.
Die vorgeschlagenen Kompressionsgrade sind jedoch klein, sodass die mit diesem Verfahren erzielbare Umorientierung der Fasern nicht optimal sein dürfte.
Eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Mineralfaserplatten kann gemäss EP-A-0 133 083 erzielt werden, wenn der Faserfilz wenigstens zwei Längskomprimierungsvorgängen unterworfen wird. Der Kompressionsgrad wird dabei auf einen Wert begrenzt, der geringer ist, als derjenige bei dem sich die Flächenausbildung des Filzes beeinflussende Falten bilden würden. Im Unterschied zur DE-A-1 635 620 lehrt die EP-A-0 133 083 einen wesentlich grösseren Längskompressionsgrad, nämlich von bis zu 15, wobei bei jeder Längskomprimierungsstufe vorzugsweise derselbe Längskomprimierungsgrad eingestellt ist.
Gemäss der EP-A-0 133 083 können bei ein und demselben Kompressionsgrad die Eigenschaften der erhaltenen Produkte verbessert werden, wenn die Komprimierung in mehreren Schritten erfolgt. Dabei ist es normalerweise nötig, vorgängig zur Längskomprimierung den Faserfilz in der Dicke zu komprimieren, um die starken Ungleichmässigkeiten in der Dichte zu verringern. Nach der zweistufigen Längskomprimierung nehmen die Fasern im Innenbereich des Filzes unterschiedliche Richtungen ein. Die Fasern quer zur Transportrichtung scheinen jedoch im Wesentlichen parallel zu den Filzoberflächen ausgerichtet zu bleiben (Fig. 3).
Um die gewünschte Dichte der Fertigprodukte zu erreichen, muss gemäss der EP-A-0 133 083 im Unterschied zur eingangs erwähnten DE-A-1 635 620 am Eingang des Trockenofens eine abschliessende Dickenkomprimierung vorgenommen werden, obwohl dadurch, wie in der EP-A-0 133 083 ausdrücklich hingewiesen wird, die durch die Längskomprimierung erzielte Faserstruktur wieder in unerwünschter Weise verändert wird. Ebenfalls gemäss EP-A-0 133 083 ist eine allmähliche Längskomprimierung in einer Folge von Schritten mit jeweils geringer Verminderung der Geschwindigkeit wünschenswert. Diesbezügliche Versuche mit Walzen verliefen jedoch negativ, sodass empfohlen wird, mit Transportbändern, bei welchen diese Probleme offensichtlich nicht auftraten, zu verwenden.
Die EP-A-365 826 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Mineralfaserplatten, bei welchem eine Mineralfaserlage zuerst in ihrer Dicke vorkomprimiert und anschliessend in ihrer Länge in mehreren hintereinander angeordneten Stufen komprimiert wird. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Längskomprimierungsstufen ist eine Zwischenstufe vorgesehen, innerhalb der auf die Mineralfaserlage keine Vorschubkraft ausgeübt wird, sodass ein allmähliches Ausbauchen der Mineralfasern und insgesamt eine gleichmässige und stabile Ausrichtung der Fasern senkrecht zu den Oberflächen der Platten erreicht werden. Im Unterschied zur vorerwähnten EPA-0 133 083 weisen die Längskomprimierungsstufen jeweils zwei angetriebene Rollenpaare auf. Zwischen zwei angetriebenen Längskomprimierungsstufen ist jeweils eine eine Freilaufkupplung aufweisende Zwischenstufe vorgesehen.
Die Zwischenstufen üben keine Vorschubkraft auf die Mineralfaserlage aus. Die Rollen begünstigen offenbar eine allmähliche Ausbauchung der Mineralfaserlage und damit eine allmähliche Längskomprimierung, was zu einer Vergleichmässigung der Anordnung der Fasern innerhalb der Lage führt. Die mittels diesem Verfahren hergestellten gefalteten Mineralfaserplatten besitzen bekannterweise jedoch den Nachteil, dass diese zum Auseinanderfalten neigen und leicht brechen.
Die EP-A-0 498 276 hat sich zum Ziel gesetzt, die Nachteile der gemäss dem Verfahren der EP-A-0 365 826 hergestellten, gefalteten Mineralfaserplatten zu vermindern. Zu diesem Zweck werden die gefaltete Mineralfaserbahn vor dem Eintritt in den Härteofen mittels einer Verfilzvorrichtung, beispielsweise aus Metallbürsten, bereichsweise verfilzt. Dadurch lassen sich offenbar die Eigenschaften von gefalteten Mineralfaserplatten weitgehend erhalten und zugleich die Zugfestigkeit verbessern.
Der Gegenstand des kanadischen Patents Nr. 1 057 183 bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Faserproduktes aus wenigstens zwei Schichten, wobei jede Schicht eine vorbestimmte Dichte aufweist. Beim erwähnten Verfahren wird eine lose Masse von ungehärteten Fasern in longitudinaler Richtung bewegt und sodann transversal zur Förderrichtung in zwei Bahnen aufgetrennt. Wenigstens eine der Bahnen wird nach dem Trennen verdichtet und wieder mit der anderen Bahn vereinigt und sodann in einem Ofen gehärtet. Durch dieses Verfahren entsteht eine Matte mit einer verdichteten Oberfläche mit besseren mechanischen Eigenschaften und einer unverdichteten unteren Lage mit guten Isolationseigenschaften.
Die Verdichtung der oberen Schicht geschieht mit einem aus zwei Rollen bestehenden Rollenpaar. Die eine Rolle des Rollenpaares ist dabei am Vorrichtungsrahmen fix und die andere in horizontaler Richtung bewegbar befestigt. Dadurch kann die Dichte der oberen Bahn eingestellt werden. Die untere Bahn hingegen verbleibt in weitgehend unverdichtetem Zustand.
Nachteilig an dem Verfahren ist, dass die Faserorientierung der abgelegten Fasern nicht optimiert wird, d.h. die Fasern sowohl in der verdichteten oberen Bahn also auch in der nicht verdichteten unteren Bahn sind im Wesentlichen horizontal angeordnet. Die hergestellten Matten sind daher gekennzeichnet durch eine vergleichsweise geringe Tritt-, Druckfestigkeit und Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene. Dadurch, dass die Dichte der unteren Bahn nicht veränderbar ist, resultiert im Übrigen eine leicht komprimierbare Matte, die nur in Bereichen eingesetzt werden kann, wo diese nicht oder nur ganz wenig belastet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer ein- oder mehrschichtigen Platte zur Verfügung zu stellen, mit welchem eine zufällige Orientierung, eine gute Verfilzung der Fasern im Innern und eine möglichst glatte Oberfläche der Fertigprodukte erreicht und die bekannten Nachteile von gefalteten Faserbahnen vermieden werden können. Ziel ist es, Platten mit zufälliger Faserorientierung weiter zu verbessern. Dabei sollen möglichst gute mechanischen Eigenschaften (hohe Tritt-, Druck-, Durchstich- und Zugfestigkeit) bei möglichst kleinem Raumgewicht und guten Isolationswerten bereitgestellt werden. Dabei soll insbesondere auch ein verringerter Energieeinsatz, z.B. Rohmaterial, Bindemittelmenge etc., angestrebt werden.
Erfindungsgemäss wird dies durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art realisiert, bei welchem der Faserfilz auf ungefähr die ein- bis dreifache Nominalstärke des Fertigproduktes vorkomprimiert und anschliessend in einer Optimierungsanlage mittels Fördererpaaren mit jeweils zwei einander gegenüberliegenden Walzengruppen, welche jeweils zwei oder mehrere Walzen aufweisen, einem Längs/Dickenkomprimierungsvorgang oder nur einem Längskomprimierungsvorgang unterzogen werden, wobei die Längskomprimierung auf das 0,5- bis 0,1fache der ursprünglichen Länge in einer kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Kompressionszone erfolgt und wobei in der Optimierungsanlage im Wesentlichen die Nominalstärke des Fertigprodukts erreicht wird.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass im Gegensatz zur Lehre der EP-A-0 133 083 eine Komprimierung eines Faserfilzes mit Walzen möglich ist, ohne dass es zu einer Verstopfung der Vorrichtung kommt. Dabei ist zur Erzeugung einer möglichst zufälligen Faserorientierung eine mehrstufige Geschwindigkeitsabstufung gar nicht nötig.
Wesentlich an der vorliegenden Erfindung erscheint, dass der Faserfilz mittels einer Vielzahl von Walzen einer Optimierung, insbesondere einer Längs- oder Längs/Dickenkomprimierung, unterworfen wird. Walzen haben im Unterschied zu den - gemäss weitverbreiteter Meinung als gleichwirkend angesehenen Förderbändern - den überraschenden Vorteil, dass aufgrund der geringen Adhäsion zwischen den Walzen und dem Faserfilz sich beim Komprimieren eine kontinuierliche Kompressionszone bildet. Eine Vielzahl von mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetriebenen Förderern ist daher für die Erzielung einer kontinuierlichen Längskomprimierung, wie dies in der EP-A-0 133 83 noch als wünschenswert angesehen wurde, also gar nicht nötig.
Vielmehr ist es so, dass die Geschwindigkeitsverlangsamung und Verdichtung quasi automatisch zustande kommt, da zwischen dem Faserfilz und den Walzen ein gewisser Schlupf besteht. Dadurch kann die Komprimierung des Faserfilzes allmählich über eine längere Strecke erfolgen. Beim Komprimieren rutscht der Faserfilz teilweise über die Walzen. Dabei wird der Faserfilz durch die Walzen in einem im Wesentlichen durch die geometrischen Masse der Walzen bestimmten Bereich mehrfach expandiert und zusammengepresst. Dies hat den überraschenden Effekt, dass die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Produkte eine sehr homogene Mikrorohdichte aufweisen (Dichteverteilung in einer kleinen Volumeneinheit). Die Walzen bewirken ebenfalls eine bessere Verdichtung der Fasern an der Oberfläche.
Da die Walzen auch die Umorientierung der Fasern zu fördern scheinen, sind auch die mechanischen Eigenschaften, wie Druck-, Durchstich- und Zugfestigkeit der hergestellten Produkte hervorragend. Generell äussern sich die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens in einer signifikanten Verringerung des Gewichts der hergestellten Produkte bei sonst weitgehend gleichen mechanischen Eigenschaften.
Im Unterschied zum Verfahren der EP-A-0 365 826 kann mit dem erfindungsgemässen Verfahren, welches auf freilaufende Zwischenstufen verzichtet, eine gute Verfilzung und Umorientierung der Fasern ohne Faltenbildung erreicht werden und ohne dass zusätzliche Massnahmen für eine bereichsweise Verfilzung, wie sie in der EP-A-0 498 276 zur Überwindung der Nachteile von gefalteten Faserbahnen vorgeschlagen sind, nötig wären. Viel wichtiger als die Komprimierung in diskreten Komprimierungsstufen, wie dies beispielsweise in der EP-A-0 133 083 betont wird, scheint eine Komprimierung des Faserfilzes über eine angemessene Strecke zu sein.
In der sich bildenden Kompressionszone wird der Faserfilz permanent durchgewalkt, was sich positiv auf die Mikrorohdichte auswirkt. Überraschenderweise können sich mit Walzen aufgrund ihrer geringen Adhäsion zum Filz längere Kompressionszonen herausbilden als dies beispielsweise mit Transportbändern der Fall wäre. Eine mehrstufige Geschwindigkeitsabstufung empfiehlt sich nur für relativ leichte Produkte von weniger als ungefähr 100 kg/m<3>, um der unerwünschten Faltenbildung an der Oberfläche entgegenzuwirken.
Die Erreichung der Nominalstärke des Fertigprodukts bereits in der Optimierungsanlage ist von Bedeutung, da in diesem Fall die Faserstruktur vor dem Härten nicht mehr verändert wird. Zweckmässigerweise besitzt der Faserfilz vor dem Härteofen eine Nennstärke von ca. 0,9 bis 1,3 des Fertigproduktes.
Zweckmässigerweise wird der Faserfilz längs/dickenkomprimiert, wobei der Längskompressionsgrad im Bereich von 2,5:1 bis 5:1, vorzugsweise zwischen ca. 2,5 und 3,5, und der Dickenkompressionsgrad im Bereich bis zu 2,0, vorzugsweise unterhalb von 1,5, liegt. Mit diesen Parametern lassen sich gute mechanische Eigenschaften erzielen. In der Optimierungsanlage erfolgt vorzugsweise nur eine geringe Dickenkomprimierung von kleiner 1,5 (bezogen auf die Nominalstärke des Fertigproduktes). Für Produkte in einem Gewichtsbereich zwischen ungefähr 100 und 150 kg/m<3> wird der Faserfilz in der Optimierungsanlage vorzugsweise nur längskomprimiert, wobei der Walzenabstand im Wesentlichen der Nominalstärke des Endproduktes entspricht. Damit lässt sich die beste Homogenisierung erreichen.
Für leichtere Produkte kann es sich hingegen empfehlen, die Längskomprimierung mit der Dickenkomprimierung zu kombinieren, um eine Faltenbildung zu verhindern.
Vorteilhaft ist zur Herstellung von Produkten mit einem Rohgewicht von mehr als ca. 90-100 kg/m<3> die Geschwindigkeitsabstufung einstufig, d.h. eine mehrstufige Geschwindigkeitsabstufung ist für schwerere Produkte von geringer Bedeutung. Zur Herstellung von Produkten mit einem Rohgewicht von weniger als ca. 90-100 kg/m<3> ist eine zwei- oder mehrfache Geschwindigkeitsabstufung von Vorteil, um eine unerwünschte Faltenbildung zu verhindern.
Vorteilhaft wird beim Ablegen des Primärfilzes die vorherrschende Orientierung der Fasern geändert, resp. teilweise ausgeglichen. Dies kann beispielsweise mittels eines in einem Winkel zur Transportrichtung schwenkbaren Spinnkörpers oder durch einen Luftschleier geschehen. Dadurch kann die Dichteverteilung des Faserfilzes verbessert und die Faserorientierung ausgeglichener gemacht werden, was sich günstig auf die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Platten auswirkt. Zweckmässigerweise wird der Primärfilz mittels eines in einem Winkel zur Transportrichtung schwenkbaren Pendelbandes in Lagen auf dem Aufsammelband abgelegt. Auf diese Weise werden die Fasern teilweise umorientiert und die Homogenität (Querverteilung) des auf dem Aufsammelband abgelegten Faserfilzes kann verbessert werden.
Zweckmässigerweise werden zwei bis ungefähr 60 Lagen, vorzugsweise zwischen 10 und 40 Lagen, übereinander abgelegt. Dabei kommt es zu einer gewissen Umorientierung der Fasern. Dies begünstigt deren Verfilzung in der anschliessenden Optimierungsanlage. Vorteilhaft werden die Oberflächen des Faserfilzes geglättet. Dies kann dadurch geschehen, dass der Faserfilz oben und unten mit unterschiedlicher Geschwindigkeiten gefördert wird. In der Vorkomprimierungsstufe kann die Oberseite des Faserfilzes geglättet werden, wenn der obere Förderer (Pressband) eine höhere Fördergeschwindigkeit als der untere aufweist. Eine Glättung kann aber auch erreicht werden, wenn der Faserfilz senkrecht zur Faserbahnfläche umgelenkt wird.
Der Glättungseffekt kann verstärkt werden, wenn mit der Umlenkung des Faserfilzes gleichzeitig eine Komprimierung, insbesondere Längskomprimierung, stattfindet. Einen positiven Effekt auf die Oberflächenglätte kann erzielt werden, wenn wenigstens ein Förderer mit einer höheren Geschwindigkeit betrieben wird als der vorhergehende. Die letztere Massnahme empfiehlt sich insbesondere bei leichten Produkten. Die vorgenannten Massnahmen zur Oberflächenglättung können einzeln oder auch in Kombination zur Anwendung kommen.
Vorteilhaft werden Mineralfasern, insbesondere Steinwollfasern, einer durchschnittlichen Länge zwischen ungefähr 0,3 und 50 mm, vorzugsweise zwischen ungefähr 0,5 und 15 mm und einer Dicke zwischen ungefähr 1 bis 12 mu m, vorzugsweise zwischen ungefähr 3 und 8 mu m eingesetzt. Mit Fasern der vorgenannten Abmessungen hergestellte Platten weisen gute mechanische Eigenschaften bei einem geringem Raumgewicht auf.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Faserplatte mit zwei oder mehreren Schichten unterschiedlicher Dichte aus einem Faserfilz, hergestellt nach dem obigen Verfahren, wobei der Faserfilz in wenigstens zwei Bahnen getrennt wird und anschliessend wenigstens eine der Bahnen komprimiert und sodann wieder mit der oder den anderen Bahnen verbunden wird. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Eigenschaften der hergestellten Platten, besonders hinsichtlich der Druckfestigkeit, Begehbarkeit und Gewicht, weiter verbessert werden können. Dabei ist die durch das oben erwähnte Verfahren erreichte Optimierung der Faserstruktur und Homogenität des Faserfilzes in beiden Schichten von besonderem Vorteil.
Um den Verbund zwischen den zu verbindenden Platten zu verbessern, werden die Berührungsflächen der Bahnen vorteilhaft mit Klebemittel besprüht oder getränkt. Es ist aber auch denkbar, die Berührungsflächen der Bahnen zu vergrössern, indem die verbundenen Bahnen vor der Härtung längskomprimiert werden. Die Längskomprimierung kann dabei in einem Verhältnis von 1,1:1 bis maximal 2:1 erfolgen.
Eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 19 zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Optimierungsanlage mit Fördererpaaren mit jeweils zwei einander gegenüberliegenden Walzengruppen, welche jeweils zwei oder mehrere Walzen aufweisen, sodass sich im Betrieb eine kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche über mehrere Walzen oder Walzengruppen erstreckende Kompressionszone ergibt. Der wesentliche Unterschied zur EP-A-0 365 826 ist, dass keine freilaufenden Zwischenstufen vorgesehen sind und dass die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung hergestellten Produkte keine gefaltete Struktur, sondern eine weitgehende homogene Struktur mit starker Verfilzung aufweisen.
Zweckmässigerweise sind wenigstens drei Fördererpaare vorgesehen. Zweckmässigerweise besitzen die Walzen einer Walzengruppe jeweils einen gemeinsamen Antrieb. Dadurch vereinfacht sich die Vorrichtung und auch die Steuerung.
Vorteilhaft ist eine Vorrichtung zur Ablage des Primärfilzes und gleichzeitigen Änderung der vorherrschenden Faserorientierung vorgesehen. Dadurch kann bereits eine gewisse Homogenisierung der Dichteverteilung und eine Umorientierung der Fasern erreicht werden, was sich positiv auf die Produkteigenschaften auswirkt.
Vorzugsweise besitzen die Walzen einen Durchmesser von zwischen ungefähr 60 und 160 mm, vorzugsweise zwischen 80 und 120 mm, und ist der Abstand zwischen den Walzen so gewählt, dass ein Entweichen des Faserfilzes nicht möglich ist. Mit Walzen dieses Durchmessers lässt sich eine gute Umlagerung und Verdichtung der Fasern erreichen, ohne dass es zu Verstopfungen der Vorrichtung kommt.
Vorteilhaft sind die Fördererpaare unabhängig voneinander höhenverstellbar. Dadurch kann der transportierte Faserfilz beim Übergang von einem Fördererpaar zu einem nachfolgenden ein- oder mehrfach umgelenkt werden. Dadurch kann insbesondere die Faserfilzoberfläche, deren Struktur und Dichte, verändert werden. In einer zweckmässigen Ausführungsform ist der lichte Abstand der einander gegenüberliegenden unteren und oberen Walzengruppen einstellbar, sodass der Dickenkompressionsgrad einstellbar ist. Vorteilhaft sind die oberen und unteren Walzengruppen in Transportrichtung relativ zueinander neigbar. Dadurch können Längs- und Dickenkomprimierung gleichzeitig und optimal ablaufen, d.h. die Rohdichten werden ausgeglichen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besitzen die oberen und unteren Walzengruppen eines Fördererpaares jeweils einen separaten, regelbaren Antrieb. Unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten können sich prositiv auf die Oberflächenglättung, die Faserfilzoptimierung und die Rohdichteverteilung auswirken.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Faserplatte mit zwei oder mehreren Schichten unterschiedlicher Dichte, welche eine zwischen der Optimierungsanlage und dem Härteofen angeordnete Mehrschichtenanlage aufweist. Die Mehrschichtenanlage besitzt Mittel zum Trennen des Faserfilzes in zwei oder mehrere Bahnen und zum anschliessenden Zusammenführen derselben und weist wenigstens ein weiteres Fördererpaar auf. Mit dieser neuen Vorrichtung lassen sich verbesserte mehrschichtige Platten herstellen, bei welchen im Unterschied zu bekannten mehrschichtigen Platten die Faserstruktur in der unteren und oberen Schicht optimiert ist.
Vorteilhaft weist die Mehrschichtenanlage wenigstens ein Fördererpaar, vorzugsweise zwei oder mehrere Fördererpaare auf. Durch den Einsatz von mehr als einem Fördererpaar kann die komprimierte obere Schicht längenkomprimiert werden, denn beim Komprimieren der umorientierten Fasern kommt es gerne zu einer gewissen Längung. Wird die obere Schicht längskomprimiert, so können die Schichten ohne zusätzliches Bindemittel miteinander vereinigt werden.
Zweckmässigerweise ist die Mehrschichtenanlage aus dem Transportbereich der Faserbahn herausbewegbar, sodass die Vorrichtung wahlweise zur Herstellung von ein- oder mehrschichtigen Platten einsetzbar ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft im Weiteren ein- oder mehrschichtige Platten, welche nach einem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt sind.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein durch Dickenkomprimierung hergestelltes Mineralwolle-Produkt mit einer im Wesentlichen parallelen Faserorientierung zur Oberfläche;
Fig. 2 ein Produkt mit mehrheitlich senkrecht zu den Oberflächen angeordneten Fasern;
Fig. 3 ein zweischichtiges Produkt, dessen obere Schicht ein erhöhtes Raumgewicht besitzt;
Fig. 4 ein Produkt mit weitgehend homogenem Raumgewicht und zufällig orientierten Fasern;
Fig. 5 ein Produkt, bei welchem eine Schicht mit zufällig orientierten Fasern mit einer Schicht mit erhöhtem Raumgewicht kombiniert ist;
Fig. 6 ein Prinzipschema einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer mehrschichtigen Mineralplatte mit unterschiedlicher Dichte;
und
Fig. 7 die Bruchstelle einer a) Platte mit im Wesentlichen paralleler Faserorientierung und b) nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Steinwolleplatte, welche senkrecht zur Plattenebene auseinandergerissen wurde.
Die Fig. 1 bis 5 geben einen Überblick über die in Dämmplatten häufig anzutreffenden Faserorientierungen. Die am häufigsten anzutreffenden Platten haben parallel zur Oberfläche angeordnete Fasern (Fig. 1). Diese Produkte haben vergleichsweise schlechte mechanische Eigenschaften. Um die Nachteile zu kompensieren, werden die Fasern häufig mit Bindemittel angereichert und das Raumgewicht erhöht.
Produkte mit senkrecht zur Oberfläche angeordneten Fasern können erhalten werden (Fig. 2), wenn eine Platte gemäss Fig. 1 in Streifen geschnitten, die Streifen um 90 Grad gedreht und dann gebündelt werden. Diese Herstellungsart ist aufwändig und entsprechend unwirtschaftlich. Gemäss einer anderen Herstellungsart wird der Faserfilz gefaltet (pleating process). Diese Produkte besitzen eine wesentlich bessere Druck- und Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene als Platten gemäss Fig. 1. Hingegen brechen diese Produkte gerne entlang der Falten, und die Durchstichfestigkeit ist ungenügend. Ein weiterer Nachteil dieser Produkte ist, dass innerhalb der Platte relativ grosse Unterschiede im Raumgewicht vorhanden sind.
Fig. 3 zeigt ein zweischichtiges Produkt, dessen obere Schicht ein erhöhtes Raumgewicht aufweist. Diese Produkte sind für Anwendungen geeignet, für die eine erhöhte Trittfestigkeit oder ein verstärkter Oberflächenschutz gefordert wird. Dank dem erhöhten Raumgewicht der oberen Schicht kann das durchschnittliche Raumgewicht reduziert werden.
Fig. 4 zeigt ein Produkt mit weitgehend zufälliger Faserorientierung. Diese Produkte besitzen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften wie Druck-, Tritt-, Durchstichfestigkeit sowie Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene auf. Sie brechen nicht und deren Wärmeleitfähigkeit entspricht weitgehend den Produkten gemäss Fig. 1. Insgesamt sind diese Produkte leichter als vergleichbare mit im Wesentlichen parallel angeordneten Fasern bei vergleichbaren oder verbesserten mechanischen Eigenschaften.
Fig. 5 zeigt ein Produkt, bei welchem die Vorteile von einem erhöhten Raumgewicht der oberen Schicht und der homogenisierten Faserstruktur gemäss Fig. 4 kombiniert sind. Ziel der Erfindung ist es, die Eigenschaften von Produkten gemäss Fig. 4 und 5 weiter zu verbessern.
Die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung 11 zur Herstellung von ein- und/oder mehrschichtigen Faserplatten besitzt im Wesentlichen in Reihe angeordnet eine nicht gezeigte Fasererzeugungsanlage, ein Pendelband 13 und ein Aufsammelband 15 zur Ablage respektive Aufnahme der von der Fasererzeugungsanlage erzeugten Fasern, eine Vorkomprimierungsstufe 17 und eine Optimierungsanlage 19 zur Bildung eines Faserfilzes 20 mit optimierter Faserorientierung und Homogenität, eine Mehrschichtenanlage 21, eine Vorpresse 23 und einen Härteofen 25.
Die Fasererzeugungsanlage dient der kontinuierlichen Herstellung von Fasern nach einem der bekannten Verfahren, wie z.B. dem Kaskadenspinnverfahren. Die erzeugten Fasern, auch Primärfilz genannt, werden mit einem Bindemittel besprüht (nicht gezeigt) und gelangen über einen ebenfalls nicht gezeigten Förderer in das Pendelband 13. Das Pendelband 13 befindet sich oberhalb des Aufsammelbandes 15 und pendelt quer zur Transportrichtung des Aufsammelbands 15. Eine andere Ausrichtung ist jedoch ebenfalls denkbar. Durch die Pendelbewegung wird der Primärfilz 26 auf dem vorwärts bewegten Aufsammelband 15 - je nach Geschwindigkeit desselben und Frequenz der Pendelbewegung - in Lagen, wie dies aus der Fig. 6 ersichtlich ist, abgelegt. Es sind jedoch auch andere Mittel zur Erzeugung einer möglichst zufälligen Faserorientierung auf dem Aufsammelband einsetzbar.
Durch die Vorschubbewegung des Aufsammelbands 15 ist die Orientierung der Fasern überwiegend in einem Winkel zur Transportrichtung. Von oben gesehen verlaufen die Fasern zweier übereinander angeordneten Faserlagen im Wesentlichen übers Kreuz.
Die Vorkomprimierungsstufe 17 besteht aus einem unteren Transportband 27 und einem Pressband 29. Das Pressband 29 ist höhenverstellbar, sodass der Primärfilz 26 unterschiedlich stark vorkomprimiert werden kann. Die Vorkomprimierungsstufe 17 sorgt für eine Vorkomprimierung und weitere Homogenisierung des relativ lockeren Faserfilzes 20, bevor dieser in der Optimierungsanlage 19 eingebracht wird. Beide Bänder 27, 29 besitzen vorzugsweise einen eigenen unabhängigen Antrieb, sodass diese mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden können.
Die Optimierungsanlage 19 besteht gemäss dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus mehreren Fördererpaaren 31, 33, 35, 37. Jedes Fördererpaar 31, 33, 35, 37 besitzt eine untere und eine obere Walzengruppe aus jeweils vier Walzen 39 resp. 39 min . Der lichte Abstand zwischen den Walzengruppen ist einstellbar. Ausserdem sind die Walzenabstände 39, 39 min in Transportrichtung einstellbar. Die letztere Eigenschaft ermöglicht es, den Faserfilz 20 beim Passieren eines Fördererpaares kontinuierlich zu komprimieren. Die Fördererpaare können aber auch so angeordnet sein, dass der Abstand der Walzen 39, 39 min sich in Transportrichtung erweitert. Durch diese Einstellmöglichkeiten lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Rezepturen für die Faserfilzoptimierung realisieren, sodass die Produkteigenschaften in einem weiten Bereich variiert werden können.
Auch dienen diese Einstellmöglichkeiten der Vermeidung der nicht erwünschten Faltenbildung.
Wenigstens das erste Fördererpaar 31 ist in der Höhe verstellbar. Dies ermöglicht es, den Faserfilz einer Knickung zu unterwerfen, um beispielsweise die Faserfilzoberfläche zu glätten und zu verdichten.
Die unteren und oberen Walzengruppen der Fördererpaare 31, 33, 35, 37 besitzen in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils einen separaten nicht näher dargestellten Antrieb. Die eingesetzten Antriebe sind vorzugsweise in einem bestimmten Bereich stufenlos regelbar, sodass z.B. die oberen und unteren Walzengruppen unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten aufweisen können. Eine leicht höhere Umfangsgeschwindigkeit der oberen Walzengruppe ist beispielsweise nötig, wenn diese nicht parallel sondern in einem Winkel zur unteren Walzengruppe angeordnet ist. Unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten aufeinanderfolgender Fördererpaare sind aber auch beim Längskomprimierungsvorgang erforderlich. Besonders wichtig können aber unterschiedliche Geschwindigkeiten der Walzengruppen beim Glätten der Faserfilzoberflächen sein.
Nach der mehrere Fördererpaare 31, 33, 35, 37 aufweisenden Optimierungsanlage 19 folgt die Mehrschichtenanlage 21, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel als Zweischichtenanlage (Dual-Density-Device) ausgebildet ist. Diese besitzt eine in der Fig. 6 nur skizzenhaft dargestellte Trenneinrichtung 41 zur Trennung des komprimierten Faserfilzes 20 in zwei Bahnen 43 und 45. Dies kann z.B. durch eine Bandsäge oder ein Bandmesser gebildet sein.
Die Mehrschichtenanlage 21 besitzt Förderer 47, 49, 50 und 51, z.B. Transportbänder, welche die komprimierten Bahnen 43, 45 führen. Allfällige aus geometrischen Gründen sich ergebende Zwischenräume zwischen der Trenneinrichtung und beispielsweise dem Transportband 49 oder 50 sind durch Leit- oder Führungsbleche überbrückt. Diese verhindern ein Ausbrechen der mehr oder weniger stark komprimierten Bahn 43.
Vorzugsweise ist die Mehrschichtenanlage 21 oder Teile davon höhenverstellbar. Dies erlaubt es, den aus der Optimierungsanlage 19 austretenden Faserfilz in praktisch beliebig dicke untere und obere Bahnen 43, 45 zu schneiden. Ausserdem kann die Mehrschichtenanlage 21 (Trenneinrichtung 41 und Tranportband 49) ausserhalb des Transportbereichs des Faserfilzes angeordnet sein, sodass die Vorrichtung 11 wahlweise für die Herstellung von ein- oder mehrschichtigen Platten eingesetzt werden kann.
Zwei nach den Transportbändern 50, 51 vorgesehene Fördererpaare 53, 54 dienen der Komprimierung der oberen Bahn 45. Die Fördererpaare 53, 54 besitzen vorzugsweise Walzen 55, weil mit diesen Längungen besonders gut kompensiert werden können. Drei Walzen sind jeweils zu einer Walzengruppe zusammengefasst, sodass die gezeigten Fördererpaare 53, 54 insgesamt vier Walzengruppen besitzen. Durch die vier Walzengruppen lassen sich die bei der Dickenkompression auftretenden Längungen auskorrigieren.
Nicht näher dargestellte Transportbänder, Rutschen und/oder Leitbleche führen die komprimierte Bahn 45 min wieder mit der unteren Bahn 43 zusammen. Im Bereich, wo die Bahnen 43, 45 wieder zusammenkommen, ist eine Zudosiereinrichtung 57 für ein Bindemittel vorgesehen. Durch diese Einrichtung kann Bindemittel auf die Berührungsflächen der oberen und/oder unteren Bahnen 43, 45 min gebracht werden, sodass eine besserer Verbund zustande kommt. In den meisten Fällen, insbesondere wenn auftretende Längungen vorher kompensiert wurden, kann auf eine Zudosiereinrichtung 57 auch verzichtet werden.
Einlaufbänder 59, 61 und Einlaufwalzen 63, 65 sorgen für den Transport der vereinigten Bahnen 43, 45 min zum Härteofen 25. Die Einlaufwalzen 63, 65 sind vorzugsweise kühlbar. Im Härteofen 25 sind vorzugsweise luftdurchlässige Transportbänder 67, 67 min vorgesehen. Die Bänder 67, 67 min halten die Bahnen 43, 45 min während des Härtungsprozesses zusammen und bestimmen damit im Wesentlichen die Nominalstärke der fertigen Platten. Die Bänder 67, 67 min sind höhenverstellbar und somit den aus der Mehrschichtenanlage 21 oder der Optimierungsanlage 19 kommenden Faserfilzstärken anpassbar.
Die Herstellung der mehrschichtigen Platte kann folgendermassen erfolgen: Der aus einer nicht gezeigten Sammelkammer ausgetragene und mit Bindemittel versehene Primärfilz, welcher im Falle von Steinwollefasern üblicherweise ein Gewicht von ungefähr 200-400 g/m<2> bei einer ungefähren durchschnittlichen Dicke von 15 bis 20 besitzt, wird dem Pendelband 13 zugeführt. Das Pendelband 13 legt den Primärfilz auf dem kontinuierlich vorwärtslaufenden Aufsammelband 15 ab. Je nach Geschwindigkeit des Aufsammelbands 15 und Frequenz des Pendelbands 13 werden auf dem Band 15 in senkrechter Richtung eine grössere oder kleinere Anzahl von Filzlagen gebildet. Die Lagenzahl wird entsprechend den gewünschten Platteneigenschaften, z.B. Gewicht, Druckfestigkeit etc., des Endprodukts gewählt.
Die Lagenzahl hängt im Übrigen auch noch von der Faserrezeptur, d.h. den einzelnen Faserverarbeitungsschritten zwischen Fasererzeugungsanlage und Härteofen 25, ab. Üblicherweise werden 2 bis 50 Lagen auf dem Aufsammelband 15 abgelegt.
Das Auflegen des Primärfilzes 26 mit dem Pendelband 13 ergibt nicht nur eine gute Querverteilung des Fasermaterials auf dem Aufsammelband 15, sondern führt auch zu einer Verstetigung der Faserorientierung und einer gewissen Homogenisierung.
In der Vorkomprimierungsstufe 17 wird der abgelegte Faserfilz einer Vorkomprimierung unterworfen. Die Vorkomprimierung ist in der Regel so stark, dass der Faserfilz von den Walzen des ersten Fördererpaars erfasst werden kann. Im Falle des Dublierens, d.h. wenn der Primärfilz in Lagen abgelegt ist, weisen die Filzoberflächen mehr oder weniger stark ausgeprägte Stufen auf. Diese Stufen können in der Vorkomprimierungsstufe 17 wenigstens teilweise ausgeglichen werden, indem das obere Band 29 mit einer etwas höheren Geschwindigkeit als für den Weitertransport nötig wäre, angetrieben wird.
Der teilweise geglättete Faserfilz kann in der Optimierungsanlage 19 einer weiteren Glättung unterzogen werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das erste und zweite Fördererpaar nicht-fluchtend angeordnet sind. Denkbar ist auch, dass beliebige andere Fördererpaare nicht-fluchtend angeordnet sind. Durch die nicht-fluchtende Anordnung wird der geförderte Faserfilz 20 einer Knickung unterworfen, was ein Glätten der Faserfilzunterseite bewirkt. Der Glättungseffekt kann noch verstärkt werden, wenn das zweite Fördererpaar etwas langsamer läuft als das erste.
Vorzugsweise erfolgt in der Optimierungsanlage 19 eine Längskomprimierung von 2:1 bis 6:1 (entsprechend den Umfangsgeschwindigkeiten des ersten und des letzten Fördererpaares 31 und 37) im Wesentlichen bei einem Walzenabstand, der der Nominalstärke der herzustellenden Platte entspricht (d.h. Verdichtung durch Längskomprimierung ohne Dickenkomprimierung). Bei leichteren Produkten kann allerdings eine Längskomprimierung bei gleichzeitig ablaufender Dickenkomprimierung vorteilhaft sein. Bei einer einfachen Geschwindigkeitsabstufung können jeweils zwei Fördererpaare von einem Antrieb gemeinsam angetrieben sein.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass, obwohl die Umfangsgeschwindigkeiten der hintereinander angeordneten Fördererpaare ein- oder mehrfach abgestuft sein können, die Längskomprimierung quasi einstufig und kontinuierlich erfolgt. Im Unterschied zur Lehre der EP-A-0 133 380 sind nicht mehrere Komprimierungszonen, sondern praktisch nur eine vorhanden, die sich über alle Komprimierungsstufen erstreckt. Diese bildet sich aufgrund der geringen Adhäsion zwischen dem Faserfilz und den zweckmässigerweise glatten Walzen 39, 39 min . Die Walzen sorgen zudem für eine Umorientierung und eine Verdichtung im Innern und an der Oberfläche der Faserfilzes.
Der komprimierte Faserfilz kann in der Mehrschichtanlage 21 in zwei oder mehrere Bahnen 43, 45 getrennt werden. Es ist auch möglich, die Mehrschichtenanlage wegzulassen oder ausserhalb der Transportbahn zu positionieren und den Faserfilz mit optimierter Faserstruktur direkt dem Härteofen zuzuführen.
Die Trennung des Faserfilzes 20 geschieht durch eine Bandsäge oder ein Bandmesser in einer an und für sich bekannten Art. Die obere Bahn 45 mit optimierter Faserstruktur wird anschliessend einer Dickenkomprimierung unterworfen. Dabei werden die Fasern der oberen Schicht 45 durch die Höhenkomprimierung weiter verdichtet. Danach wird die dickenkomprimierte Bahn 45 min auf die durchlaufende untere Bahn 43 zurückgelegt.
Der komprimierte Faserfilz 43, 45 min , insbesondere die unter Spannung stehende Bahn 43, werden zwischen der Komprimierungsstufe 19 und dem Härteofen 25 durch die Förderer 47, 49, 59, 61, 63, 65, beispielsweise Bänder, Ketten oder Rollenanordnungen, geführt, um ein Ausbrechen oder Ausbauchen zu verhindern.
Im Härteofen 25 wird das Bindemittel im Faserfilz ausgehärtet. Die Härtung des Bindemittels erfolgt bei Temperaturen zwischen 180 und 300 DEG C, vorzugsweise bei ca. 200 bis 250 DEG C. Das Bindemittel sorgt gleichzeitig für eine feste Verbindung der beiden Bahnen 43, 45 min mit geringer und grosser Rohdichte.
Um die Haftung der Bahnen 43, 45 min zu verbessern, können diese vor dem Zusammenführen auf der Mehrschichtanlage an den Kontaktstellen mit einem festen oder flüssigen Kleber versehen werden (Zudosiereinrichtung 57).
Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindung zwischen den beiden Bahnen 43 und 45 min verbessert werden, wenn die Bahnen vor dem Härteöfen 25 etwas gestaucht werden. Je nach Grad der Stauchung kann diese in einer gewissen Faltung der Bahnen resultieren. Durch die Stauchung vergrössern sich die Berührungsflächen, und die Verklebung/Verfilzung der Bahnen kann dadurch verbessert werden.
Beispiel:
<tb><TABLE> Columns=2
<tb><SEP>Plattentyp<SEP>2-schichtig
<tb><SEP>Fasermaterial<SEP>Steinwolle
<tb><SEP>Plattenstärke<CEL AL=L>100 mm
<tb><SEP>Stärke der Deckschicht<SEP>ca. 20 mm
<tb><SEP>Stärke der Grundschicht<SEP>ca. 80 mm
<tb><SEP>durchschn.
Rohdichte<SEP>ca. 90 kg/m<3>
<tb><SEP>Rohdichte der Deckschicht<SEP>155 kg/m<3>
<tb><CEL AL=L>Rohdichte der Grundschicht<SEP>75 kg/m<3>
<tb><SEP>Bindemittel<SEP>modifiziertes
Phenolharz
<tb><SEP>durchschnittliche Faserlänge<SEP>von ca. 0,5 bis 10 mm
<tb><SEP>durchschnittlicher Faserdurchmesser<SEP>von 3 bis 6 mu m
<tb><SEP>Vorkomprimierung<SEP>ungefähr 1,5 Nominalstärke
<tb><CEL AL=L>Dickenkomprimierung<SEP>1,8:1 bis 1,1:1
<tb><SEP>Längskomprimierung<SEP>3:1
<tb><SEP>Druckfestigkeit bei 10%<SEP>0,025-0,030 N/mm<2>
<tb><SEP>Einfederung (nach DIN ......)
<tb><SEP>Abrissfestigkeit
(Delaminierung)
<SEP>0,013-0,018 N/mm<2>
<tb></TABLE>
Im Vergleich zu Platten mit nicht optimierter Faserstruktur und -dichte können bei nach dem neuen Verfahren hergestellten Platten das Gewicht um bis zu 25 bis 40% vermindert werden bei sonst weitgehend gleichen mechanischen Eigenschaften. Die Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene ist stark verbessert, wobei dies in einer stark strukturierten Bruchstelle zum Ausdruck kommt (Fig. 7b).
The present invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1 and a device according to the preamble of patent claim 19 for the continuous production of a single or multi-layer fiberboard and a fiberboard according to patent claim 31, produced by the method.
DE-A-1 635 620 discloses a method and a device of the type mentioned at the outset. It proposes a single-stage compression of a fiber sheet between two pairs of conveyor belts driven at different speeds. The compression or longitudinal compression can take place either parallel to the surface of the fiber sheet or on an angled fiber sheet. The proposed compression of up to 35% can obviously significantly improve the compressive stiffness, the peel strength and the recovery of the finished fiber sheets. The examples given in DE-A-1 635 620 describe a previous compression of the thickness and a subsequent longitudinal compression with the same or increasing layer thickness.
However, the proposed degrees of compression are small, so that the reorientation of the fibers that can be achieved with this method should not be optimal.
According to EP-A-0 133 083, an improvement in the mechanical properties of mineral fiber boards can be achieved if the fiber felt is subjected to at least two longitudinal compression processes. The degree of compression is limited to a value which is lower than that at which folds which would influence the surface formation of the felt would form. In contrast to DE-A-1 635 620, EP-A-0 133 083 teaches a substantially greater degree of longitudinal compression, namely up to 15, with the same degree of longitudinal compression preferably being set for each longitudinal compression stage.
According to EP-A-0 133 083, the properties of the products obtained can be improved with the same degree of compression if the compression is carried out in several steps. It is usually necessary to compress the thickness of the fiber felt beforehand in order to reduce the large unevenness in density. After the two-stage longitudinal compression, the fibers take on different directions in the interior of the felt. However, the fibers transversely to the direction of transport seem to remain essentially parallel to the felt surfaces (FIG. 3).
In order to achieve the desired density of the finished products, in accordance with EP-A-0 133 083, in contrast to DE-A-1 635 620 mentioned at the beginning, a final compression of the thickness must be carried out at the entrance to the drying oven, although as described in EP-A -0 133 083 is expressly pointed out that the fiber structure achieved by the longitudinal compression is changed again in an undesirable manner. Also according to EP-A-0 133 083, a gradual longitudinal compression in a sequence of steps, each with a slight reduction in speed, is desirable. Attempts to do this with rollers have been negative, however, so it is recommended to use them with conveyor belts where these problems obviously did not occur.
EP-A-365 826 describes a process for the production of mineral fiber boards, in which a mineral fiber layer is first pre-compressed in its thickness and then compressed in length in several stages arranged one behind the other. An intermediate stage is provided between two successive longitudinal compression stages, within which no feed force is exerted on the mineral fiber layer, so that a gradual bulging of the mineral fibers and overall a uniform and stable alignment of the fibers perpendicular to the surfaces of the plates are achieved. In contrast to the aforementioned EPA-0 133 083, the longitudinal compression stages each have two driven roller pairs. An intermediate stage having a one-way clutch is provided between each two driven longitudinal compression stages.
The intermediate stages have no feed force on the mineral fiber layer. The rollers apparently promote a gradual bulging of the mineral fiber layer and thus a gradual longitudinal compression, which leads to a more uniform arrangement of the fibers within the layer. However, the folded mineral fiber boards produced by this method are known to have the disadvantage that they tend to unfold and break easily.
EP-A-0 498 276 has set itself the goal of reducing the disadvantages of the folded mineral fiber boards produced according to the process of EP-A-0 365 826. For this purpose, the folded mineral fiber web is matted in some areas before entering the hardening furnace by means of a felting device, for example made of metal brushes. As a result, the properties of folded mineral fiber boards can apparently be largely preserved and at the same time the tensile strength can be improved.
The subject matter of Canadian Patent No. 1,057,183 relates to a process for the continuous manufacture of a fiber product from at least two layers, each layer having a predetermined density. In the aforementioned method, a loose mass of uncured fibers is moved in the longitudinal direction and then separated into two tracks transversely to the conveying direction. At least one of the sheets is compacted after separation and combined with the other sheet and then hardened in an oven. This process creates a mat with a compacted surface with better mechanical properties and an undensified lower layer with good insulation properties.
The upper layer is compacted using a pair of rollers consisting of two rollers. One roller of the pair of rollers is fixed to the device frame and the other is movably attached in the horizontal direction. This allows the density of the top sheet to be adjusted. The lower track, however, remains in a largely undensified condition.
A disadvantage of the method is that the fiber orientation of the deposited fibers is not optimized, i.e. the fibers in both the compressed upper web and in the non-compressed lower web are arranged essentially horizontally. The mats produced are therefore characterized by a comparatively low tread, compressive strength and tensile strength perpendicular to the board level. The fact that the density of the lower sheet cannot be changed also results in an easily compressible mat that can only be used in areas where it is not or only slightly loaded.
The object of the present invention is to provide a method for producing a single-layer or multi-layer plate with which a random orientation, good matting of the fibers inside and a smooth surface of the finished products are achieved and the known disadvantages of folded fiber webs can be avoided. The goal is to further improve panels with random fiber orientation. The best possible mechanical properties (high impact, pressure, puncture and tensile strength) should be provided with the smallest possible weight and good insulation values. In particular, a reduced use of energy, e.g. Raw material, amount of binder, etc. are aimed for.
According to the invention, this is realized by a method of the type mentioned at the outset, in which the fiber felt is pre-compressed to approximately one to three times the nominal thickness of the finished product and then in one optimization system by means of conveyor pairs with two mutually opposite roller groups, each having two or more rollers, one Longitudinal / thickness compression process or only one longitudinal compression process, the longitudinal compression being carried out to 0.5 to 0.1 times the original length in a continuous or quasi-continuous compression zone, and in the optimization system essentially the nominal strength of the finished product being achieved.
Surprisingly, it has been shown that, contrary to the teaching of EP-A-0 133 083, compression of a fiber felt with rollers is possible without the device becoming blocked. A multi-stage speed gradation is not necessary in order to generate the most random possible fiber orientation.
It appears essential to the present invention that the fiber felt is subjected to an optimization, in particular a longitudinal or longitudinal / thickness compression, by means of a plurality of rollers. In contrast to the conveyor belts, which are widely regarded as having the same effect, rollers have the surprising advantage that due to the low adhesion between the rollers and the fiber felt, a continuous compression zone is formed during compression. A large number of conveyors driven at different speeds is therefore not at all necessary in order to achieve continuous longitudinal compression, as was still considered desirable in EP-A-0 133 83.
Rather, it is the case that the speed deceleration and compression occur almost automatically, since there is a certain amount of slippage between the fiber felt and the rollers. This allows the fiber felt to be compressed gradually over a longer distance. When compressing, the fiber felt sometimes slips over the rollers. The fiber felt is expanded and compressed several times by the rollers in an area essentially determined by the geometric mass of the rollers. This has the surprising effect that the products produced by the process according to the invention have a very homogeneous micro bulk density (density distribution in a small volume unit). The rollers also improve the compression of the fibers on the surface.
Since the rollers also seem to promote the reorientation of the fibers, the mechanical properties such as pressure, puncture and tensile strength of the manufactured products are excellent. In general, the advantages of the method according to the invention are manifested in a significant reduction in the weight of the products produced, while the mechanical properties are otherwise largely the same.
In contrast to the process of EP-A-0 365 826, the process according to the invention, which dispenses with free-running intermediate stages, can achieve good matting and reorientation of the fibers without wrinkling and without additional measures for regionally matting, as described in the EP -A-0 498 276 to overcome the disadvantages of folded fiber webs would be necessary. Compression of the fiber felt over a reasonable distance seems to be much more important than the compression in discrete compression stages, as is emphasized, for example, in EP-A-0 133 083.
In the compression zone that is formed, the fiber felt is constantly rolled through, which has a positive effect on the micro-bulk density. Surprisingly, due to their low adhesion to the felt, longer compression zones can form with rollers than would be the case, for example, with conveyor belts. A multi-stage speed grading is only recommended for relatively light products of less than approximately 100 kg / m <3> to counteract undesirable wrinkling on the surface.
Reaching the nominal strength of the finished product in the optimization system is important because in this case the fiber structure is no longer changed before curing. The fiber felt in front of the hardening furnace expediently has a nominal thickness of approximately 0.9 to 1.3 of the finished product.
The fiber felt is expediently compressed longitudinally / thickly, the longitudinal degree of compression in the range from 2.5: 1 to 5: 1, preferably between approximately 2.5 and 3.5, and the degree of thickness compression in the range up to 2.0, preferably below 1.5. Good mechanical properties can be achieved with these parameters. In the optimization system, there is preferably only a small compression of less than 1.5 (based on the nominal thickness of the finished product). For products in a weight range between approximately 100 and 150 kg / m <3> the fiber felt is preferably only longitudinally compressed in the optimization system, the roller spacing essentially corresponding to the nominal thickness of the end product. This enables the best homogenization to be achieved.
For lighter products, on the other hand, it can be recommended to combine longitudinal compression with thickness compression to prevent wrinkles.
It is advantageous to manufacture products with a gross weight of more than approx. 90-100 kg / m <3> the speed gradation in one step, i.e. a multi-stage speed gradation is of little importance for heavier products. For the production of products with a gross weight of less than approx. 90-100 kg / m <3> a two or more speed gradation is advantageous in order to prevent undesired wrinkling.
When the primary felt is laid down, the predominant orientation of the fibers is advantageously changed, or. partially balanced. This can be done for example by means of a spinning body which can be pivoted at an angle to the transport direction or by means of an air curtain. This allows the density distribution of the fiber felt to be improved and the fiber orientation to be made more balanced, which has a favorable effect on the mechanical properties of the plates produced. The primary felt is expediently deposited in layers on the collecting belt by means of a pendulum belt which can be pivoted at an angle to the transport direction. In this way, the fibers are partially reoriented and the homogeneity (transverse distribution) of the fiber felt deposited on the collecting belt can be improved.
Advantageously, two to about 60 layers, preferably between 10 and 40 layers, are laid one on top of the other. This leads to a certain reorientation of the fibers. This favors their matting in the subsequent optimization system. The surfaces of the fiber felt are advantageously smoothed. This can be done by conveying the fiber felt at the top and bottom at different speeds. In the pre-compression stage, the top of the fiber felt can be smoothed if the upper conveyor (press belt) has a higher conveying speed than the lower one. However, smoothing can also be achieved if the fiber felt is deflected perpendicular to the fiber web surface.
The smoothing effect can be increased if compression, in particular longitudinal compression, takes place at the same time as the deflection of the fiber felt. A positive effect on the surface smoothness can be achieved if at least one conveyor is operated at a higher speed than the previous one. The latter measure is particularly recommended for light products. The above-mentioned measures for surface smoothing can be used individually or in combination.
Mineral fibers, in particular rock wool fibers, with an average length between approximately 0.3 and 50 mm, preferably between approximately 0.5 and 15 mm and a thickness between approximately 1 to 12 μm, preferably between approximately 3 and 8 μm, are advantageously used. Boards made with fibers of the aforementioned dimensions have good mechanical properties with a low density.
The present invention also relates to a method for the continuous production of a fiberboard with two or more layers of different densities from a fiber felt, produced by the above method, wherein the fiber felt is separated in at least two webs and then compresses at least one of the webs and then again with the or the other railways. The advantage of this method is that the properties of the panels produced can be further improved, particularly with regard to their compressive strength, accessibility and weight. The optimization of the fiber structure and homogeneity of the fiber felt in both layers achieved by the above-mentioned method is of particular advantage.
In order to improve the bond between the panels to be connected, the contact surfaces of the webs are advantageously sprayed or soaked with adhesive. However, it is also conceivable to enlarge the contact areas of the webs by longitudinally compressing the connected webs before curing. The longitudinal compression can take place in a ratio of 1.1: 1 to a maximum of 2: 1.
A device according to the preamble of claim 19 for carrying out the method according to the invention is characterized by an optimization system with pairs of conveyors, each with two opposing roller groups, each having two or more rollers, so that during operation there is a continuous or quasi-continuous over several rollers or roller groups extending compression zone results. The main difference from EP-A-0 365 826 is that no free-running intermediate stages are provided and that the products produced with the device according to the invention do not have a folded structure, but rather a largely homogeneous structure with strong matting.
At least three pairs of conveyors are expediently provided. The rollers of a roller group expediently each have a common drive. This simplifies the device and also the control.
A device for depositing the primary felt and simultaneously changing the prevailing fiber orientation is advantageously provided. As a result, a certain homogenization of the density distribution and a reorientation of the fibers can be achieved, which has a positive effect on the product properties.
The rollers preferably have a diameter of between approximately 60 and 160 mm, preferably between 80 and 120 mm, and the distance between the rollers is selected such that the fiber felt cannot escape. With rollers of this diameter, a good rearrangement and compression of the fibers can be achieved without the device becoming blocked.
The pairs of conveyors are advantageously adjustable in height independently of one another. As a result, the transported fiber felt can be deflected one or more times during the transition from one pair of conveyors to a subsequent one. In particular, the fiber felt surface, its structure and density can be changed as a result. In an expedient embodiment, the clear distance between the opposing lower and upper roller groups is adjustable, so that the degree of thickness compression can be adjusted. The upper and lower roller groups can advantageously be inclined relative to one another in the transport direction. This allows longitudinal and thickness compression to run simultaneously and optimally, i.e. the bulk densities are balanced.
In a particularly advantageous embodiment, the upper and lower roller groups of a pair of conveyors each have a separate, controllable drive. Different conveyor speeds can have a positive effect on surface smoothing, fiber felt optimization and bulk density distribution.
The present invention also relates to a device for producing a fiberboard with two or more layers of different densities, which has a multilayer system arranged between the optimization system and the hardening furnace. The multilayer system has means for separating the fiber felt into two or more webs and then bringing them together and has at least one further pair of conveyors. With this new device, improved multilayer boards can be produced, in which, in contrast to known multilayer boards, the fiber structure in the lower and upper layers is optimized.
The multilayer system advantageously has at least one pair of conveyors, preferably two or more pairs of conveyors. By using more than one pair of conveyors, the compressed upper layer can be length-compressed, because the compression of the reoriented fibers tends to result in a certain elongation. If the upper layer is longitudinally compressed, the layers can be combined with one another without an additional binder.
The multilayer system can expediently be moved out of the transport area of the fiber web, so that the device can be used optionally for the production of single- or multilayer plates.
The present invention further relates to single-layer or multilayer plates which are produced by a method according to the invention.
Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the figures. It shows:
1 shows a mineral wool product produced by thickness compression with an essentially parallel fiber orientation to the surface;
2 shows a product with fibers arranged predominantly perpendicular to the surfaces;
3 shows a two-layer product, the upper layer of which has an increased density;
4 shows a product with a largely homogeneous density and randomly oriented fibers;
5 shows a product in which a layer with randomly oriented fibers is combined with a layer with increased density;
6 shows a schematic diagram of an apparatus for the continuous production of a multilayer mineral plate with different densities;
and
7 shows the breaking point of a) plate with an essentially parallel fiber orientation and b) rock wool plate produced by the method according to the invention, which was torn apart perpendicular to the plane of the plate.
1 to 5 provide an overview of the fiber orientations frequently encountered in insulation boards. The most common plates have fibers arranged parallel to the surface (Fig. 1). These products have comparatively poor mechanical properties. In order to compensate for the disadvantages, the fibers are often enriched with binders and the density is increased.
Products with fibers arranged perpendicular to the surface can be obtained (FIG. 2) if a plate according to FIG. 1 is cut into strips, the strips are rotated through 90 degrees and then bundled. This type of production is complex and therefore uneconomical. According to another production method, the fiber felt is folded (pleating process). These products have a much better compressive and tensile strength perpendicular to the plane of the panel than panels according to FIG. 1. On the other hand, these products tend to break along the folds and the puncture resistance is insufficient. Another disadvantage of these products is that there are relatively large differences in density in the plate.
3 shows a two-layer product, the upper layer of which has an increased density. These products are suitable for applications that require increased tread resistance or increased surface protection. Thanks to the increased density of the upper layer, the average density can be reduced.
4 shows a product with largely random fiber orientation. These products have excellent mechanical properties such as resistance to pressure, tread, puncture and tensile strength perpendicular to the plane of the board. They do not break and their thermal conductivity largely corresponds to the products according to FIG. 1. Overall, these products are lighter than comparable fibers with essentially parallel fibers with comparable or improved mechanical properties.
FIG. 5 shows a product in which the advantages of an increased density of the upper layer and the homogenized fiber structure according to FIG. 4 are combined. The aim of the invention is to further improve the properties of products according to FIGS. 4 and 5.
The device 11 shown in FIG. 6 for the production of single- and / or multi-layer fiber boards essentially has a fiber production system (not shown), a pendulum belt 13 and a pick-up belt 15 arranged in a row for storing or receiving the fibers produced by the fiber production system, a pre-compression stage 17 and an optimization system 19 for forming a fiber felt 20 with optimized fiber orientation and homogeneity, a multi-layer system 21, a pre-press 23 and a curing oven 25.
The fiber production plant is used for the continuous production of fibers by one of the known methods, such as e.g. the cascade spinning process. The fibers produced, also called primary felt, are sprayed with a binder (not shown) and reach the pendulum belt 13 via a conveyor, also not shown. The pendulum belt 13 is located above the pick-up belt 15 and oscillates transversely to the transport direction of the pick-up belt 15. Another However, alignment is also conceivable. As a result of the pendulum movement, the primary felt 26 is deposited in layers on the forward-moving pick-up belt 15, depending on the speed thereof and the frequency of the pendulum movement, as can be seen in FIG. 6. However, other means of producing a random orientation of the fibers on the pick-up belt can also be used.
Due to the advancing movement of the collecting belt 15, the orientation of the fibers is predominantly at an angle to the direction of transport. Seen from above, the fibers of two fiber layers arranged one above the other essentially run crosswise.
The pre-compression stage 17 consists of a lower conveyor belt 27 and a press belt 29. The press belt 29 is adjustable in height, so that the primary felt 26 can be pre-compressed to different degrees. The pre-compression stage 17 ensures pre-compression and further homogenization of the relatively loose fiber felt 20 before it is introduced into the optimization system 19. Both belts 27, 29 preferably have their own independent drive, so that they can be operated at different peripheral speeds.
According to the exemplary embodiment shown, the optimization system 19 consists of several pairs of conveyors 31, 33, 35, 37. Each pair of conveyors 31, 33, 35, 37 has a lower and an upper group of rollers, each consisting of four rollers 39 and 39, respectively. 39 min. The clear distance between the roller groups is adjustable. In addition, the roller spacings 39, 39 min are adjustable in the transport direction. The latter property enables the fiber felt 20 to be continuously compressed as it passes a pair of conveyors. The pairs of conveyors can also be arranged such that the distance between the rollers 39, 39 min widens in the direction of transport. These setting options make it possible to implement a variety of different formulations for fiber felt optimization, so that the product properties can be varied over a wide range.
These setting options also serve to avoid the undesired formation of wrinkles.
At least the first pair of conveyors 31 is adjustable in height. This makes it possible to subject the fiber felt to kinking, for example in order to smooth and compact the fiber felt surface.
In a preferred embodiment, the lower and upper roller groups of the conveyor pairs 31, 33, 35, 37 each have a separate drive, not shown in detail. The drives used are preferably continuously adjustable in a certain range, so that e.g. the upper and lower roller groups can have different peripheral speeds. A slightly higher peripheral speed of the upper roller group is necessary, for example, if it is not arranged in parallel but at an angle to the lower roller group. Different peripheral speeds of successive pairs of conveyors are also required in the longitudinal compression process. However, different speeds of the roller groups can be particularly important when smoothing the fiber felt surfaces.
After the optimization system 19, which has a plurality of conveyor pairs 31, 33, 35, 37, there follows the multilayer system 21, which in the exemplary embodiment shown is designed as a two-layer system (dual density device). This has a separating device 41, only sketchily shown in FIG. 6, for separating the compressed fiber felt 20 into two webs 43 and 45. This can e.g. be formed by a band saw or a band knife.
The multilayer system 21 has conveyors 47, 49, 50 and 51, e.g. Conveyor belts that guide the compressed tracks 43, 45. Any gaps between the separating device and, for example, the conveyor belt 49 or 50, which result for geometric reasons, are bridged by guide or guide plates. These prevent the more or less highly compressed web 43 from breaking out.
The multilayer system 21 or parts thereof are preferably adjustable in height. This allows the fiber felt emerging from the optimization system 19 to be cut into practically any desired lower and upper webs 43, 45. In addition, the multi-layer system 21 (separating device 41 and conveyor belt 49) can be arranged outside the transport area of the fiber felt, so that the device 11 can optionally be used for the production of single- or multi-layer panels.
Two pairs of conveyors 53, 54 provided after the conveyor belts 50, 51 serve to compress the upper web 45. The pairs of conveyors 53, 54 preferably have rollers 55 because these elongations can be used to compensate particularly well. Three rollers are each combined to form a roller group, so that the conveyor pairs 53, 54 shown have a total of four roller groups. The elongations that occur during thickness compression can be corrected using the four roller groups.
Conveyor belts, slides and / or baffles, not shown, bring the compressed web together again with the lower web 43 for 45 minutes. In the area where the webs 43, 45 come together again, a metering device 57 is provided for a binder. With this device, binders can be applied to the contact surfaces of the upper and / or lower tracks 43, 45 minutes, so that a better bond is achieved. In most cases, in particular if elongations that occur have previously been compensated for, a metering device 57 can also be dispensed with.
Infeed belts 59, 61 and infeed rollers 63, 65 ensure the transport of the combined webs 43, 45 minutes to the hardening furnace 25. The infeed rollers 63, 65 are preferably coolable. Air-permeable conveyor belts 67, 67 min are preferably provided in the hardening furnace 25. The belts 67, 67 min hold the webs 43, 45 min together during the hardening process and essentially determine the nominal thickness of the finished panels. The belts 67, 67 min are adjustable in height and thus adaptable to the fiber felt thicknesses coming from the multilayer system 21 or the optimization system 19.
The production of the multilayer board can be carried out as follows: The primary felt, which is discharged from a collecting chamber (not shown) and provided with binder, which in the case of rock wool fibers usually has a weight of approximately 200-400 g / m <2> with an approximate average thickness of 15 to 20 is fed to the pendulum belt 13. The pendulum belt 13 deposits the primary felt on the continuously forward collecting belt 15. Depending on the speed of the pick-up belt 15 and the frequency of the pendulum belt 13, a larger or smaller number of layers of felt are formed on the belt 15 in the vertical direction. The number of layers is determined according to the desired board properties, e.g. Weight, compressive strength, etc., of the end product selected.
The number of layers also depends on the fiber formulation, i.e. the individual fiber processing steps between fiber production plant and hardening furnace 25. Usually 2 to 50 layers are deposited on the pick-up belt 15.
Placing the primary felt 26 with the pendulum belt 13 not only results in a good transverse distribution of the fiber material on the collecting belt 15, but also leads to a steady fiber orientation and a certain homogenization.
In pre-compression stage 17, the deposited fiber felt is subjected to pre-compression. The pre-compression is usually so strong that the fiber felt can be gripped by the rollers of the first pair of conveyors. In the case of duplication, i.e. if the primary felt is deposited in layers, the felt surfaces have more or less pronounced steps. These stages can be at least partially compensated for in the pre-compression stage 17 by driving the upper belt 29 at a somewhat higher speed than would be necessary for further transport.
The partially smoothed fiber felt can be subjected to further smoothing in the optimization system 19. This can be done, for example, by arranging the first and second pair of conveyors to be non-aligned. It is also conceivable that any other pairs of conveyors are arranged in a non-aligned manner. Due to the non-aligned arrangement, the conveyed fiber felt 20 is subjected to a kink, which causes the underside of the fiber felt to be smoothed. The smoothing effect can be enhanced if the second pair of conveyors runs somewhat slower than the first.
A longitudinal compression of 2: 1 to 6: 1 (corresponding to the circumferential speeds of the first and last conveyor pair 31 and 37) is preferably carried out in the optimization system 19 essentially at a roller spacing which corresponds to the nominal thickness of the plate to be produced (i.e. compression by longitudinal compression without thickness compression ). With lighter products, however, longitudinal compression with simultaneous thickness compression can be advantageous. With a simple speed gradation, two pairs of conveyors can be driven together by one drive.
Surprisingly, it was found that although the circumferential speeds of the conveyor pairs arranged one behind the other can be graduated one or more times, the longitudinal compression takes place quasi in one stage and continuously. In contrast to the teaching of EP-A-0 133 380, there are not several compression zones, but practically only one, which extends over all compression stages. This forms due to the low adhesion between the fiber felt and the expediently smooth rollers 39, 39 min. The rollers also reorient and compact inside and on the surface of the fiber felt.
The compressed fiber felt can be separated into two or more webs 43, 45 in the multilayer system 21. It is also possible to omit the multi-layer system or to position it outside the transport path and to feed the fiber felt with an optimized fiber structure directly to the curing oven.
The fiber felt 20 is separated by a band saw or a band knife in a manner known per se. The upper web 45 with an optimized fiber structure is then subjected to a compression of the thickness. The fibers of the upper layer 45 are further compressed by the height compression. Thereafter, the thickness-compressed web is covered for 45 minutes on the lower web 43 running through it.
The compressed fiber felt 43, 45 min, in particular the web 43 under tension, are passed between the compression stage 19 and the curing oven 25 through the conveyors 47, 49, 59, 61, 63, 65, for example belts, chains or roller arrangements prevent breaking out or bulging.
In the curing oven 25, the binder is cured in the fiber felt. The binder is cured at temperatures between 180 and 300 ° C., preferably at about 200 to 250 ° C. At the same time, the binder ensures a firm bond between the two webs 43, 45 min with a low and high bulk density.
In order to improve the adhesion of the webs 43, 45 min, they can be provided with a solid or liquid adhesive at the contact points prior to the merging on the multilayer system (metering device 57).
As an alternative or in addition, the connection between the two webs 43 and 45 min can be improved if the webs are slightly compressed in front of the hardening furnace 25. Depending on the degree of compression, this can result in a certain folding of the webs. The contact areas increase as a result of the compression, and the bonding / matting of the webs can thereby be improved.
Example:
<tb> <TABLE> Columns = 2
<tb> <SEP> plate type <SEP> 2 layers
<tb> <SEP> fiber material <SEP> rock wool
<tb> <SEP> plate thickness <CEL AL = L> 100 mm
<tb> <SEP> thickness of the top layer <SEP> approx 20 mm
<tb> <SEP> thickness of the base layer <SEP> approx 80 mm
<tb> Avg.
Bulk density <SEP> approx 90 kg / m <3>
<tb> <SEP> Gross density of the top layer <SEP> 155 kg / m <3>
<tb> <CEL AL = L> Gross density of the base layer <SEP> 75 kg / m <3>
<tb> <SEP> binder <SEP> modified
Phenolic resin
<tb> <SEP> average fiber length <SEP> from approx. 0.5 to 10 mm
<tb> <SEP> average fiber diameter <SEP> from 3 to 6 µm
<tb> <SEP> pre-compression <SEP> about 1.5 nominal strength
<tb> <CEL AL = L> Thickness compression <SEP> 1.8: 1 to 1.1: 1
<tb> <SEP> longitudinal compression <SEP> 3: 1
<tb> <SEP> compressive strength at 10% <SEP> 0.025-0.030 N / mm <2>
<tb> <SEP> deflection (according to DIN ......)
<tb> <SEP> tear resistance
(Delamination)
<SEP> 0.013-0.018 N / mm <2>
<tb> </TABLE>
Compared to boards with a non-optimized fiber structure and density, the weight of boards manufactured according to the new process can be reduced by up to 25 to 40% with largely identical mechanical properties. The tensile strength perpendicular to the plate plane is greatly improved, which is reflected in a highly structured break point (Fig. 7b).