DE69302744T3 - Verfahren zur Herstellung von vliesstoffähnlichem Material das Mineralfasern und Bindemittel enthält und daraus erhaltene Produkte - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines vliesförmigen Gegenstandes, der Mineralfasern und ein Bindemittel enthält, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Bei der Herstellung von Vliesen aus Mineralfasern werden die Fasern dadurch hergestellt, daß geschmolzenes Material sich drehenden Rädern zugeführt oder in das Innere von perforierten Trommeln eingeführt wird, welche das Material durch die Zentrifugalkraft als dünne Faserteilchen nach außen wegschleudern. Zur gleichen Zeit wird Luft seitlich auf die sich drehenden Räder in einer Richtung senkrecht zur Schleuderrichtung geblasen, wodurch die Teilchen gleichzeitig in eine bestimmte Richtung geführt und durch die Luft abgekühlt werden. Die Fasern werden durch den Luftstrom einer luftdurchlässigen Halterung zugeführt, welche den Luftstrom hindurchläßt und auf dem sie einen Filz bilden, welcher von der Halterung einer Nachverarbeitungsanordnung zugeführt wird. Derartige Herstellungsverfahren sind in den finnischen Patenten Nr. 76842, 77272 sowie 410747 beschrieben.
• Um die Mineralfasern in ein homogenes Vlies einzubinden, wird ein geeignetes flüssiges Bindemittel, welches aushärtet, auf die Fasern in Form eines Fluids aufgesprüht, bevor diese sich als Vlies absetzen. Während der Ausbildung der Fasern wird ein geeignetes Kühlmittel z. B. Wasser zugemischt, um eine ausreichend schnelle Kühlung der Fasern zu erzielen. Die Vliesausbildung auf der Halterung wird üblicherweise einer Wärmebehandlung unterworfen, indem die Temperatur erneut erhöht wird, um das Bindemittel auszuhärten, wobei bei diesem Schritt die endgültige Dichte und Dicke des Gegenstandes festgelegt wird. Danach kann der Gegenstand weiter verarbeitet werden, z. B. durch Sägen, Schneiden etc.
• In der vorliegenden Anmeldung wird der Ausdruck Mineralfasern verwendet, um Steinfasern, Glasfasern, Keramikfasern oder Schlackefasern zu bezeichnen.
• Bei dem oben beschriebenen bekannten Herstellungsverfahren ist das allgemein verwendete Bindemittel ein Harz auf Phenolbasis, welches auf die Oberfläche der Fasern gesprüht wird und welches zum Aushärten des Vlieses in einem späteren Schritt während der Wärmebehandlung dient. Ein Nachteil bei der Verwendung derartiger Harze liegt in den damit verbundenen Umwelt- und Gesundheitsrisiken. Außerdem wird eine lange Heizzeit und dementsprechend ein langgestreckter Heizofen benötigt, um das Harz auszuhärten, wodurch die Investitionskosten und die Energiekosten der Vliesstoffherstellungsbetriebe vergrößert werden.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, ein schnelles Abbinden des Gegenstandes mittels eines Bindemittels zu schaffen und andererseits eine Ausnutzung der im geschmolzenen Rohstoff für die Mineralfasern enthaltenen Hitze bei der Herstellung des Gegenstandes zu ermöglichen. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bei diesem Verfahren werden thermoplastische Teilchen als Bindemittel eingesetzt, welche mit den zu bildenden Fasern aus geschmolzenem Rohmaterial vermischt werden. Die Fasern und das Bindemittel werden miteinander vermischt und durch einen turbulenten Luftstrom nach vorne getragen, wobei eine Dispersion aus Luft, Fasern und Bindemittelteilchen entsteht, in der die in den gebildeten Fasern enthaltene Hitze, d. h. die Wärmemenge in dem das Rohmaterial der Fasern darstellenden geschmolzenen Material dazu verwendet wird, die thermoplastischen Teilchen in einen Zustand zu bringen, in dem sie die Fasern miteinander verbinden. Die aus dem geschmolzenen Zustand im Zusammenhang mit der Faserbildung erstarrten Fasern geben die Schmelzwärme an die sie umgebende Luft ab, aus der sie den thermoplastischen Teilchen zugeführt wird. Zur gleichen Zeit vermischt der turbulente Luftstrom die Fasern und die Bindemittelteilchen zu einem homogenen Gemisch, so daß zum Zeitpunkt der Ausbildung des Gemisches zu einem festen Vlies auf einer Halterung die Bindemittelteilchen bereits in einem Zustand sind, in dem sie eine Verbindung der Fasern miteinander bewirken. Wird das so gebildete Vlies abgekühlt, härten die Bindemittelteilchen aus und der fertige zusammengefügte Gegenstand wird erhalten. Das Bindemittel ist umweltfreundlich und der Schritt der Wärmebehandlung bei diesem Verfahren ist kurz.
• Einige vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 dargestellt.
• Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung von nach diesem Verfahren hergestellten Gegenständen bei der Herstellung von formgepreßten Mineralfaser-Gegenständen.
• Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung beschrieben, welche eine Seitenansicht einer Vorrichtung zeigt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
• Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung mit einer faserbildenden Zentrifuge 4 für Mineralfasern, der das geschmolzene Material in bekannter Weise zugeführt wird und welche von weggeschleuderten Faserteilchen umgeben wird, die anschließend erstarren. Eine Gruppe von sich drehenden Rädern oder perforierten Trommeln kann als faserbildende Zentrifuge eingesetzt werden. Eine Leitung 2 bläst faserbildende Luft um die Zentrifuge, so daß die Fasern in eine bestimmte Richtung geblasen werden, in diesem Fall in Richtung einer von der Umgebungsluft abgetrennten Spezialkammer 5, deren gegenüberliegendes Ende mit einer Sammeltrommel 8 versehen ist, die eine luftdurchlässige Oberfläche aufweist und die als Halterung für die Vliesausgestaltung dient. Zur Beschleunigung der Abkühlung des geschmolzenen Fasermaterials kann Wasser als Kühlmittel von der Leitung 1 in Richtung der Kammer 5 gesprüht werden.
• Das erfindungsgemäß einzusetzende thermoplastische Bindemittel, welches aus thermoplastischen Fasern bestehen kann, wird mit dem Luftstrom oder einer durch eine Leitung 3 zugeführten Flüssigkeit eingebracht. Der Strom wird mit der faserausbilenden Luft derart gemischt, daß ein turbulenter Luftstrom nach vorne in die Kammer 5 in Richtung der Saugtrommel 8 eintritt, welche als Halterung für die Vliesausbildung dient, wobei das Bindemittel und die Fasern zusammen in dem Luftstrom gut miteinander vermischt werden. Zur gleichen Zeit wird die während der Erstarrung der Fasern abgegebene Wärme dem thermoplastischen Material mit dem oben beschriebenen Ergebnis übermittelt. Der Luftstrom wird durch den Saugeffekt in die Saugtrommel 8 gerichtet, während der die Fasern und das Bindemittel zur Oberfläche der Saugtrommel befördernde Luftstrom die Gehäusetrommel durchsetzt. Die Trommel ist drehbar, so daß der erhaltene vliesförmige Gegenstand als kontinuierliche Matte in einem Spalt zwischen Trommel und einer die Kammer begrenzenden Wand ausgebildet wird. Das Bindemittel kann einer geeigneten Stelle der Kammer durch die Leitung 3 derart zugeführt werden, daß es von der faserausbildenden Luft mitgenommen wird und mit den Fasern vermischt wird, vorzugsweise so nahe an der faserausbildenden Zentrifuge 4 als möglich an dem der Kammer zugewandten Ende.
• Die Figur zeigt auch, wie die Temperatur der Luft in der Kammer 5 auf einen geeigneten Wert eingestellt werden kann, in Abhängigkeit Von dem als Bindemittel Verwendeten Material. An der Stelle des Vliesaustrittes ist ein Temperaturfühler vorgesehen, der ein Signal abgibt, mit dem eine Steueranordnung 15 die Menge des als Kühlmittel verwendeten Wassers steuert, oder aber die relativen Durchflußraten der am Verfahrensende austretenden Luft und der von außen angesaugten frischen faserausbildenden Luft zur Einstellung der Temperatur der in die Kammer 5 eintretenden Luft. Die Einstellung kann erfolgen, indem eine oder beide Strömungsgrößen geändert werden. Es ist auch möglich, die Temperatur einzustellen, indem die Menge des von der Leitung 1 zugeführten Kühlmittels konstalt gehalten wird und nur dessen Temperatur eingestellt wird.
• Das als Bindemittel verwendete Material, welches in Form von Fasern zugeführt wird, kann ein Polymer sein, welches bei einer geeigneten Temperatur z. B. zwischen 100ºC und 200ºC einen Klebezustand annimmt, wie z. B. ein Polyäthylen, ein Polypropylen, ein Polyester, ein Polyamid oder einige andere thermoplastische Polymere. Es werden Stapelfasern verwendet, welche durch einen Luftstrom transportierbar sind, entweder in dieser Form oder durch eine Öffnung in der Kammer 5. Die Lufttemperatur in der Kammer 5 wird durch eines der oben beschriebenen Verfahren auf einen geeigneten Wert eingestellt. Es werden Zweikomponenten-Fasern verwendet, wie z. B. Polyäthylen-Polyester-Fasern, Polyäthylen- Polypropylen-Fasern oder Fasern, welche ein Polyamid und ein anderes Polymer enthalten. Bei Zweikomponenten-Fasern besteht ein Teil der Fasern aus einem bei der verwendeten Temperatur schmelzenden oder weich werdenden Bindematerial, während der andere Teil aus einem zweiten Material z. B. der Kern oder die andere Hälfte, im festen Zustand verbleibt. Thermoplastische Bindemittel sorgen auch für eine gute Elastizität und Flexibilität des fertigen Gegenstandes, wobei diese beeinflußt werden können durch die Auswahl der Eigenschaften des Bindemittels. Der Gehalt an Bindemittel kann zwischen 1,0 und 50,0 Gew.-% liegen und beträgt vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Gegenstandes.
• Es ist auch möglich, Gemische aus verschiedenen Bindemittelteilchen einzusetzen, z. B. Fasern unterschiedlicher Länge oder Bindemittelteilchen aus unterschiedlichen Materialien.
• Die Figur zeigt auch einige bauliche Details der Vorrichtung. So ist z. B. auf dem Boden der Kammer 5 ein Zwischenraum 11 vorgesehen, an dem der faserbildenden Zentrifuge 4 zugewandten Ende, zur Ablagerung von schwereren während der Faserausbildung entstehenden Teilchen. Durch Einstellung der Höhe der den Zwischenraum trennenden Wand ist es auch möglich, die Turbulenz in der Kammer zu beeinflussen und einen gewissen Anteil der schwereren Teilchen zur Einstellung des Reinheitsgrades des Gegenstandes abzulagern. Die Platten 8a innerhalb der Saugtrommel 8 dienen der Einstellung der Saugwirkung der Trommel und damit der Ausrichtung der Fasern, wodurch die Dicke des Vlieses beeinflußt wird. Bei konstanter Zufuhrrate an Fasern kann das Gewicht pro Quadratmeter des Gegenstandes eingestellt werden durch die Drehgeschwindigkeit der Saugtrommel 8. Es ist auch möglich, die Ausrichtung der Fasern zu steuern durch entsprechende Anordnung der oberen oder unteren Wand 6 der Kammer 5. Es ist auch möglich, die Kammer mit einem an und für sich bekannten Diffuser zu versehen. An der Stelle, an der das Vlies austritt, kann auch ein Druckzylinder 7 vorgesehen sein, dessen Position einstellbar ist zur Steuerung der Dichte des aus dem Spalt zwischen ihm und der Saugtrommel 8 austretenden Vlieses, da das Vlies in diesem Zustand noch komprimierbar ist. Nach Austritt aus der Trommel 8 wird das Vlies einem Förderband zugeführt, wobei an dieser Stelle Kühlluft 9 das Vlies durchsetzt und für eine Erstarrung des thermoplastischen Bindemittels sorgt. Üblicherweise reicht eine Kühlung von 10 bis 20t aus für ein schnelles Aushärten der Teilchen des Bindemittels. Die endgültige Formgebung mit einer bestimmten Dichte kann nach dieser Stufe durchgeführt werden, in dem das Vlies gekühlte Preßwalzen 10 durchläuft. Zum Erhalt eines bestimmten Oberflächenmusters des Gegenstandes können Walzen mit entsprechendem Oberflächenmuster verwendet werden. Es ist auch möglich, den Gegenstand nur mit Preßwalzen zu beaufschlagen, wobei in diesem Fall der Druckzylinder 7 entfallen kann.
• Die Zeichnung zeigt ferner die Möglichkeit, daß durch die Saugtrommel 5 und aus der Kammer 8 austretende Luft durch eine Leitung 12 der faserbildenden Luftleitung 2 erneut zugeführt wird zur Steuerung der Temperatur in der Kammer 5 durch geeignete Auswahl der Anteile an Luft, wie oben beschrieben. Als Alternative oder parallele Maßnahme kann ein gewünschter Anteil an rückgeführter Luft durch die Leitung 12 auch der Leitung 3 in dem Fall zugeführt werden, in dem das thermoplastische Material mittels Luft durch sie zugeführt wird. Erwärmte Austrittsluft kann auch woanders eingesetzt werden, wie es durch die Leitung 14 dargestellt ist, welche von der Leitung 12 abzweigt. Die Luftzirkulation kann auch die das Vlies kühlende Luft 9 durch die Leitung 13 betreffen, die mit der Leitung 12 verbunden ist.
• Das erhaltene Vlies kann einer weiteren vielfältigen Verarbeitung unterzogen werden. So kann es z. B. in eine bestimmte Gestalt gepreßt werden durch Verwendung von Temperatur und Druck, wobei das als Bindemittel verwendete Material erweicht und erneut aushärtet und dabei den Gegenstand in eine neue Form überführt. Dadurch können die thermoplastischen Eigenschaften des als Bindemittel verwendeten Materials optimal ausgenutzt werden.
• Das Verfahren ist insbesondere für die Herstellung der folgenden Gegenstände einsetzbar:
• - formgepreßte thermoplastische Gegenstände,
• - flexible isolierende Platten,
• - dichte schallabsorbierende Filze,
• - Mineralwollvliese, die dünner als die herkömmlichen Vliese sind.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines vliesförmigen Gegenstandes, der Mineralfasern und ein Bindemittel enthält, wobei das als Bindemittel verwendete Material aus thermoplastischen Teilchen besteht, welche in Hinblick auf die Herstellung von den Mineralfasern mit den Mineralfasern vermischt werden, die aus geschmolzenem Material gebildet und Luft ausgesetzt wurden, und die Fasern und das Bindemittel durch eine turbulente Luftströmung mitgenommen werden, wobei die im geschmolzenen Material und in den daraus gebildeten Mineralfasern enthaltene Hitze zum Schmeltzen oder Weichwerden der thermoplastischen Teilchen bis zu einem Zustand verwendet wird, in dem sie eine Verbindung der Mineralfasern miteinander bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die als Bindemittel verwendeten thermoplastischen Teilchen Zweikomponenten-Fasern sind, bei welchen ein Teil der Fasern aus einem bei der verwendeten Temperatur schmelzenden oder weich werdenden Bindematerial besteht, während der aus einem zweiten Material bestehende Teil im festen Zustand verbleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge und/oder die Temperatur eines Kühlmittels (1), das dem Gemisch aus Mineralfasern und Zweikomponenten-Fasern in der Luft zugesetzt wird, zur Einstellung der Temperatur der die Zweikomponenten-Fasern umgebende Luft auf einem geeigneten Wert verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweikomponenten-Fasern mit den Mineralfasern durch Zufuhr mittels eines getrennten Stromes (3), z. B. eines Gasstromes vermischt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Mineralfasern und Zweikomponenten-Fasern in einer Kammer (5) gebildet wird, die im wesentlichen von der Umgebungsluft abgeschnitten ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralfasern und die Zweikomponenten-Fasern zu einem Mineralfaservlies zusammengeführt werden am hinteren Ende der Kammer (5), gesehen in der Hauptrichtung des Luftstromes, auf einem beweglichen luftdurchlässigen Träger (8), welcher von dem Luftstrom durchsetzt wird, der das Gemisch in die Kammer getragen hat.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wobei die Zweikomponenten-Fasern aushärten und dem Mineralfaservlies seine Gestalt durch Abbinden erteilen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies am Ende des Abkühlschrittes kalandriert wird, zum Zusammenpressen des Gemisches aus Mineralfasern und Zweikomponenten- Fasern zur endgültigen Dichte und/oder zur Druckbeaufschlagung der Vliesoberfläche zu einem Muster.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der die Mineralfasern und die Zweikomponenten- Fasern mitgenommen habende Luftstrom und/oder der das daraus gebildete Vlies gekühlt habende Luftstrom (9), zum Verfahrensursprung zurückgeführt (12) wird, und zur Regelung der Temperatur der die Zweikomponenten-Fasern umgebenden Luft verwendet wird.

9. Verwendung eines Gegenstandes, der nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt worden ist, und der Mineralfasern und erstarrte Zweikomponenten-Fasern enthält, zur Herstellung von formgepressten Mineralfasergegenständen.