DE69317168T2

DE69317168T2 - Verfahrenhilfsmittel für ein nadelfilz aus mineralwolle,eine gekräuselte mineralwolle,und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE69317168T2
Application number: DE69317168T
Authority: DE
Inventors: Lothar Bihy; Hans Kummermehr; Reinhard Stoyke
Original assignee: Saint Gobain Isover SA France
Current assignee: Saint Gobain Isover SA France
Priority date: 1992-01-24
Filing date: 1993-01-22
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-01-23
Also published as: EP0577808A1; NO301379B1; DE4201868A1; US5671518A; DE4201868C2; WO1993015246A1; DE69317168D1; KR100266068B1; ATE163693T1; DK0577808T3; TR27488A; SI9300035B; NO933188L; FI113185B; SI9300035A; BR9303961A; CA2106593A1; EP0577808B1; CA2106593C; JP3067800B2

Description

Die Erfindung betrifft ein als Verarbeitungshilfsmittel wirksames Hilfsmittel für die Verarbeitung von Mineralwollevlies dadurch, daß eine Krafteinwirkung auf die Fasern erfolgt, um diese in eine neue stabile Relativlage zueinander zu bringen, sowie einen Nadelfilz und ein gestauchtes Mineralwolleprodukt, die unter Verwendung des Hilfsmittels hergestellt sind, und Verfahren zu deren Herstellung.
Bei der Vernadelung von Mineralwollefilzen muß ein Nadelhilfsmittel, ein sogenanntes Endbearbeitungsmittel oder Avivage, als Additiv auf die Fasern aufgebracht werden. Solche Endbearbeitungsmittel werden vielfach auf der Basis von Mineralölen oder natürlichen Ölen, Fettsäurederivaten u. dgl. hergestellt. Das Endbearbeitungsmittel hat die Aufgabe, die Fasern geschmeidiger zu machen und die gegenseitige Faserreibung beim Nadelungsvorgang zu vermindern, um ein Reißen oder Brechen der Fasern beim Nadelungsvorgang möglichst zu unterbinden. Weiterhin muß das Endbearbeitungsmittel auch die Aufgabe eines Staubbindemittels übernehmen, um eine Bearbeitung und eine Anwendung des Nadelfilzes ohne zusätzliche Maßnahmen zum Staubschutz zu ermöglichen.
Die genannten Aufgaben werden am besten durch ein Endbearbeitungsmittel niedriger Viskosität, im Bereich einiger hundert oder weniger tausend cP, erfüllt, da solche niedrigviskose Endbearbeitungsmittel eine gute Gleitwirkung ergeben und in relativ geringer Menge benötigt werden, da sie infolge der niedrigen Viskosität einen dünnen Gleitfilm bilden können. Jedoch führt die Verwendung eines Nadelhilfsmittels niedriger Viskosität und damit guter "Schmierwirkung" dazu, daß die Fasern auch wieder leicht aus ihrer im Nadelungsvorgang erreichten Verankerungsposition im Nadelfilz herausgleiten. Der soeben vernadelte Filz geht somit wieder auf und verliert einen Großteil seines inneren Zusammenhalts.
Hierzu ist es aus der DE-OS 38 35 007 bekannt, als Nadelhilfsmittel ein Endbearbeitungsmittel unüblich hoher Viskosität von bis zu 10.000 cP in einer bestimmten Menge zuzusetzen, um damit Steinwolle einer relativ geringen durchschnittlichen Faserdicke von unter 6 um durch Vernadelung zu verfestigen. Dabei erhalten die relativ dünnen Steinwollefasern durch das Endbearbeitungsmittel eine solche Geschmeidigkeit, daß sie sich trotz der Zähflüssigkeit des Endbearbeitungsmittels ohne Faserbruch oder Faserriß vernadeln lassen, während die hohe Viskosität des Endbearbeitungsmittels dafür sorgt, daß die Fasern unmittelbar nach dem Nadelungsvorgang in ihrer Verankerungsposition verbleiben. Nachteilig ist hierbei, daß die hohe Viskosität des Verarbeitungshilfsmittels einer Vernadelung beliebiger Mineralwollefilze mit hoher Geschwindigkeit entgegensteht. Nachteilig ist weiterhin, daß zur Filmbildung des Endbearbeitungsmittels hoher Viskosität in der Praxis eine relativ große Menge an Nadelhilfsmittel zugesetzt werden muß; da das Endbearbeitungsmittel organisch-chemischer Natur ist, verflüchtigt es sich bei Temperatureinwirkung unter erheblicher Geruchsbelästigung, oder das Endbearbeitungsmittel muß vorher in einem zusätzlichen Arbeitsgang ausgetrieben werden. Sofern ein Ausglühen zur Vermeidung von Geruchsbelästigung beim Kunden sowie zur spannungsfreien Stabilisierung des Nadelfilzes in unmittelbarem Anschluß an den Nadelungsvorgang erfolgt, steht das Endbearbeitungsmittel für die nachfolgende Manipulation und Bearbeitung des Nadelfilzes bis zum endgültigen Einbau nicht mehr als Staubbindemittel zur Verfügung, so daß zusätzliche Staubschutzmaßnahmen notwendig werden.
Eine ähnliche Problematik tritt bei der Herstellung von gestauchten Mineralwolleprodukten auf, wie diese etwa aus der US-PS 2 409 066 oder der EP-OS 0 133 083 bekanntgeworden sind. Auch hier geht es darum, einzelne Fasern gegeneinander zu bewegen, bis sie eine neue Endstellung erreichen, in der sie dann stabil im Produkt verankert bleiben sollen, um diesem eine gewünschte Festigkeit und Stabilität zu verleihen. Je höher die Viskosität des verwendeten Endbearbeitungsmittels ist, um so mehr Kraft ist erforderlich, um die Fasern gegeneinander zu bewegen. Da diese Kraft im Falle eines zu stauchenden laminaren Vlieses von dessen Rändern her durch Schubkräfte eingebracht werden muß, und somit nur sehr indirekt auf die einzelne Faser wirkt, wird durch ein Endbearbeitungsmittel hoher Viskosität der Stauchvorgang erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht. Umgekehrt führt ein Endbearbeitungsmittel niedriger Viskosität dazu, daß das gestauchte Produkt bis zu seiner Aushärtung unter unveränderter Krafteinwirkung gehalten werden muß, wenn eine teilweise Rückbildung der Stauchung vor der Aushärtung vermieden werden soll.
Ferner ist es aus der US 3,913,191 bekannt, eine Nadelflüssigkeit mit thixotropem Charakter zum Vernadeln von Gewebe aus Textil- oder Kunststoffasern zu verwenden. Die Nadelungsflüssigkeit wird in einem Ausmaß von wenigstens 100 Gew.-% des Gewebes zugesetzt. Es weist vorzugsweise eine Viskosität von wenigstens 4 bis 10 cP auf und Viskositäten in der Höhe von 50 bis 100 cP sind möglich. Diese Viskosität erlaubt es der Nadelflüssigkeit langsam vom Gewebe ableitbar zu sein. Daher liegt die Nadelflüssigkeit bei der Verarbeitung in einem ausreichenden Maße im Gewebe vor. In diesem Falle dient der thixotrope Charakter der Nadelflüssigkeit nur zum Halten der Nadelflüssigkeit im Gewebe.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Hilfsmittel für die Verarbeitung von Mineralwollefilz zu schaffen, welches die Fixierung der Fasern in einer erreichten neuen Relativlage gegenüber den anderen Fasern begünstigt, ohne aber die davor stattfindende erwünschte Relativbewegung der Faser gegenüber den anderen Fasern über Gebühr zu behindern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß dem Verarbeitungshilfsmittel ein thixotropierender Zusatz zugesetzt ist, und daß die Ruheviskosität des Verarbeitungshilfsmittels über 100.000 cP ist.
Dadurch, daß das Verarbeitungshilfmittel einen thixotropierenden Zusatz aufweist, kann es zugleich eine extrem hohe Ruheviskosität und ei ne geringe Bewegungsviskosität aufweisen. Die hohe Ruheviskosität, die über 100.000 cP, bevorzugt sogar über 500.000 cP gemäß Anspruch 2, oder 1 Mio. cP liegt, gewährleistet eine Verankerung der Fasern in ihrer durch den Nadelvorgang erreichten Verankerungsposition; die Fasern sind infolge der extrem hohen Ruheviskosität des Verarbeitungshilfsmittels nicht nur zähelastisch oder zähplastisch wie durch Sirup gehalten, sondern tatsächlich wie in Wachs eingebettet oder mittels eines Bindemittels verklebt. Andererseits gewährleistet die relative Dünnflüssigkeit des Verarbeitungshilfsmittels in der Bewegung eine ungestörte Bewegungsfähigkeit der Fasern relativ zueinander bei geringer Friktion während des Verarbeitungsvorganges, so daß dieser schnell und frei von Faserrissen oder Faserbrüchen durchgeführt werden kann und etwa bei Vernadelung zu einer bestmöglichen Festigkeitserhöhung führt. Infolge der Dünnflüssigkeit im Zuge der Einwirkung der Kräfte ist die Bildung eines dünnen "Schmierfilm" auf den Fasern möglich, so daß nur eine geringe Menge an Verarbeitungshilfsmittel zugesetzt werden muß; diese geringe Menge an Verarbeitungshilfsmittel führt zu einer entsprechenden Verminderung der Geruchsbelästigung bei Temperatureinwirkung, so daß ein vorheriges Ausglühen für viele Anwendungsfälle entfallen kann. Bei Verwendung von Fettsäure polyglykolestern, wie Leomin OR, als Verarbeitungshilfsmittel tritt unter Anwendungsbedingungen zudem eine Umwandlung auf der Faser ein. Veränderungen im IR-Spektrum deuten auf einen Polymerisationsvorgang hin. Dies führt zu einer weiteren Verminderung der Geruchsentwicklung beim Erhitzen.
Vorzugsweise ist der thixotropierende Zusatz ein pyrogen erzeugtes Oxid, insbesondere Kieselsäureaerogel. Der Thixotropierungseffekt durch pyrogen erzeugtes Metalloxid hat sich als sehr wirksam erwiesen, so daß er zu einer größtmöglichen Verminderung der Menge an Verarbeitungshilfsmittel führt. Pyrogen, in der Flammenhydrolyse erzeugtes Kieselsäureaerogel steht relativ preiswert zur Verfügung und erscheint somit unter Wirtschaftlichkeitsgesichtspunkten am besten als thixotropierender Zusatz geeignet.
Ferner eignen sich als thixotropierender Zusatz auch montmorillonithaltige Tone wie Bentonit. Die Thixotropierungswirkung ist geringer als diejenige pyrogen erzeugter Metalloxide, so daß eine größere Menge des Zusatzmittels zugesetzt und/oder eine größere Menge des Verarbeitungshilfsmittels verbrannt werden muß, welches im Falle höherer Werte der Bewegungsviskosität in größerer Menge zugesetzt werden muß, um den erforderlichen Gleitfilm zu bilden.
Grundsätzlich und für viele Zwecke ausreichend sind auch organische Thixotropierungsmittel als Zusatz verwendbar, jedoch zersetzen diese sich selbst bei Temperatureinwirkung und tragen damit zur Geruchsbelästigung bei, während bei Verwendung anorganisch-chemischer Zusatzmittel nur der verbleibende organisch-chemische Anteil, also z.B. der Ölanteil, des Verarbeitungshilfsmittels der Zersetzung unterliegt und damit Geruchsbildung verursacht. Anorganische thixotropierende Zusätze sind deshalb dann erfindungsgemäß für Verarbeitungshilfsmittel bevorzugt, wenn der damit erzeugte Mineralwolle-Filz einer thermischen Belastung ausgesetzt wird.
Vorzugsweise wird das Thixotropierungsmittel in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-% (trocken), bezogen auf die Gesamtmenge des Verarbeitungshilfsmittels, verwandt.
Die Zusätze an pyrogen erzeugtem Kieselsäureaerogel liegen bevorzugt zwischen 5 und 30 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 10 und 20 Gew.-% und insbesondere zwischen 10 und Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des Verarbeitungshilfsmittels.
Zweckmäßigerweise wird das Verarbeitungshilfsmittel wiederum in einer Menge von höchstens 0,4 Gewichtsprozent, vorzugsweise höchstens 0,2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Mineralwolle-Filzes verwandt. Bei der Verwendung pyrogen erzeugter Metalloxide ist ein Unterschreiten dieser Werte problemlos möglich, und es zeigt sich, daß der verbleibende geringe Anteil an organisch-chemischen Stoffen im Mineralwolle-Filz beim Aufheizen zu einer vernachlässig baren Geruchsbelästigung und zu keiner merklichen Dunstbildung mehr führt.
Die Erfindung betrifft ferner einen mit diesem Verarbeitungshilfsmittel als Nadelhilfsmittel hergestellten Nadelfilz aus Mineralwolle, der das zu seiner Herstellung verwandte Nadelhilfsmittel noch in sich enthalten kann, wie auch durch eine thermische Behandlung oder andere Maßnahmen davon ganz oder teilweise befreit sein kann.
Aus der japanischen Offenlegungsschrift Sho-62-128959 ist ein Nadelfilz entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 11 bekannt. Danach wird einem Steinwollevlies ein Anteil andersartiger Fasern mit einer Länge zwischen 20 und 150 mm und in einer Menge von 5 bis 45 Gewichtsteilen bezogen auf 100 Gewichtsteile Steinwolle zugegeben, um eine Vernadelung der Steinwolle, die im Unterschied zur Glaswolle auch mit hohen Avivagemengen nicht wirtschaftlich vernadelt werden kann, zu ermöglichen. Die andersartigen Fasern sollen sich bei der Vernadelung mit den Steinwolle fasern verschlingen und so einen Filz von hoher Festigkeit erzeugen. Dabei können die andersartigen Fasern der Steinwolle homogen zugemischt oder aber schichtweise übereinanderliegend zugeführt werden. Als andersartige Fasern kommen je nach Anwendungsanforderungen des Filzes Glasfasern, Keramikfasern, Stapelfasern, Baumwolle, Schafwolle, organische Fasern wie Nylon, Polyester, Polyvinylalkohol und Polyethylen sowie Recycling-Wolle aus diesen Stoffen in Frage. Tatsächlich hat sich gezeigt, daß sich Steinwolle jedenfalls im Labormaßstab durch Zumischung solcher Fasern vernadeln läßt. Allerdings wirkt der Nadelungsvorgang immer noch in erheblichem Umfang zerstörend auf die Steinwollefasern ein, so daß das Produkt von der sich ergebenden Festigkeit her nicht befriedigt, und zwar um so weniger, je höher die Vernadelungsgeschwindigkeit ist.
Die vorliegende Erfindung hat weiter zum Ziel, einen Nadelfilz zu schaffen, der bei seiner Herstellung einer Nadelbearbeitung mit hoher Geschwindigkeit unterzogen werden kann und die Erzielung einer hohen Festigkeit ermöglicht.
Selbst im Falle schwer zu vernadelnder Fasern von Steinwolle gelingt die einwandfreie Vernadelung durch die weitere Maßnahme einer Zugabe von geschmeidigeren Fasern wie insbesondere textilen Glasfilamenten mit einer Länge von mehr als 20 mm, die mit den Mineralfasern durch die Nadelung verbunden sind. Hierdurch wird in einem erheblichen Umfange eine Verschlingung der Textilfasern oder dergleichen mit den Mineralfasern anstelle einer erforderlichen Verschlingung der Mineralfasern miteinander erreicht, und so ein erheblich festerer Zusammenhalt der bindemittelfreien Faserlage erzielt. Die Textilfasern oder dgl. können in Mengen und Abmessungen eingesetzt werden, wie diese auch nach der Lehre der japanischen Offenlegungsschrift Sho-62- 128959 vorgesehen sind. Vorzugsweise genügen jedoch Mengen an Textilfasern unter 5 Gew.-%, und zwar insbesondere dann, wenn die Textilglasfasern auch mit Fettsäurepolyglykolestern, wie Leomin OR, als Schlichte hergestellt worden sind. Da die Textilglasfasern in der Form von sogenannten Rovings vorliegen, bewirkt die thixotrope Schlichte, daß sich diese bei der Einwirkung einer mechanischen Energie wie das Nadeln leichter in Einzelfäden auflösen, wodurch eine höhere Anzahl an Verschlingungen auftritt, was wiederum die Festigkeit des genadelten Endproduktes vorteilhaft auf einfache Weise erhöht.
Zu der Verminderung der Geruchsbelästigung leistet auch der Umstand einen wesentlichen Beitrag, daß die durch die Nadelung herbeizuführende gegenseitige Verschlingung durch die zusätzlichen Textilfasern erheblich begünstigt wird. Erfindungsgemäß wird daher bevorzugt mit einer nur sehr geringen Menge an Nadelhilfsmittel zwischen 0,01 und 0,1 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,05 Gew.-% insbesondere mit etwa 0,03 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Nadelfilzes, gearbeitet. Diese außerordentlich geringen Mengen an Nadelhilfsmittel wie Leomin OR sorgen für eine entsprechende Minimierung der Geruchsbelästigung und Dunstbildung beim Aufheizen, so daß diese nicht mehr stört.
Somit besteht typischerweise keine Notwendigkeit, den Nadelfilz durch eine thermische Behandlung oder andere Maßnahmen ganz oder teilweise von dem Nadelhilfsmittel zu befreien, bevor er zum Einsatz gelangt, obwohl dies selbstverständlich möglich ist. Vielmehr wird der erfindungsgemäße Nadelfilz typischerweise mit dem unveränderten Nadelhilfsmittel eingebaut, so daß dieses bis zum tatsächlich erfolgten Einbau des Nadelfilzes an seinem Bestimmungsort einen zusätzlichen Beitrag zur Staubbindung und Verbesserung der Festigkeit und damit Handhabbarkeit des Nadelfilzes leisten kann.
Die geschmeidigeren Fasern können im Nadelfilz wenigstens annähernd homogen verteilt angeordnet sein, um die Verschlingung nach der Nadelungsbearbeitung bei Bedarf an jeder beliebigen Stelle des Filzes herbeiführen zu können. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die geschmeidigeren Fasern in einer Deckschicht auf einer Großfläche einer Grundschicht angeordnet sind; in diesem Falle nehmen die Nadeln bei der Nadelungsbearbeitung durch die Deckschicht hindurch die Textilfasern oder dgl. mit in die Grundschicht hinein und verschlingen sie dort. Selbstverständlich sind bei Bedarf auch abweichende Faserverteilungen möglich, so etwa eine bevorzugte Anreicherung in oberflächennahen Bereichen der Filzbahn, um dort eine bevorzugte Verfestigung zu erzielen.
Wie bereits erwähnt enthält der Nadelfilz bevorzugt die geschmeidigeren Fasern in Form von textilen Glasfilamenten in einem Anteil von weniger als 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Nadelfilzes. Dieser sehr geringe Anteil an - üblicherweise teureren - textilen Glasfilamenten insbesondere aus Multifilament-Rovings wird dadurch ermöglicht, daß derartiges sogenanntes Schnittglas die Verfestigung des Filzes durch die Nadelung sehr nachhaltig unterstützt. Dabei wird so vorgegangen, daß die Multifilament-Rovings mit einer Schnittlänge von beispielsweise 30 oder 40 mm vor der Verwendung in Einzelfilamente aufgeschlossen werden, so daß die verfestigenden Fasern in sehr feiner Form gut verteilt zur Verfügung stehen. Dadurch ist bereits ein relativ geringer Anteil im erfindungsgemäßen Sinne hochwirksam, so daß relativ geringe Zusätze bereits ausreichen. Dies wird weiter dadurch unterstützt, daß bevorzugt die Schlichte für die Multifilament-Rovings einen thixotropierenden Zusatz erhält und dadurch dem Aufspleißen der Einzelfilamente aus den Rovings geringen Widerstand entgegensetzt, so daß das Aufspleißen der Rovings sehr schonend und damit verlustarm vor sich geht.
Die Erfindung betrifft ferner ein insbesondere filzoder plattenartiges Mineralwolleprodukt, welches dadurch gestaucht ist, daß durch Längskrafteinwirkung eine größere Anzahl von im wesentlichen oberflächenparallel abgelegten Fasern des laminaren Vlieses in eine Lage quer zu den Großflächen des Stauchvlieses gelangt, und welches unter Verwendung eines Verarbeitungshilfsmittels mit einem thixotropierenden Zusatz hergestellt ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Relativbewegung der Fasern im Stauchpunkt angesichts der hohen Ruheviskosität erst bei definierten Relativkräften auftritt, dann aber die viel niedrigere Bewegungsviskosität des Verarbeitungshilfsmittels ein widerstandsarmes Gleiten der Fasern aneinander in die neue Relativlage begünstigt. Bei relativ geringerer Ruheviskosität und/oder Verwendung einer relativ geringen Menge des Verarbeitungshilfsmittels von höchstens 0,4 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 0,2 Gew.-% (trocken), bezogen auf die Gesamtmenge des Vlieses, kann der Grad der Kompression des Filzes vor dem Stauchpunkt vermindert werden und so mit relativ lockerem Vlies gestaucht werden. In jedem Falle fällt nach der ersten Relativbewegung zwischen zwei Fasern die Viskosität von der hohen Ruheviskosität auf die viel geringere Bewegungsviskosität ab, so daß diese Bewegung die einwirkenden Kräfte praktisch ohne Behinderung vollständig abbauen und zu einer neuen Lage der Faser führen kann, in der die Faser zur Ruhe kommt und durch die dann herrschende Ruheviskosität stabil in der neuen Lage gehalten wird, bis die Aushärtung des in der üblichen Weise zugegebenen Bindemittels erfolgt.
Die Verwendung eines thixotropierenden Zusatzes begünstigt eine nachfolgende Vernadelung des Filzes vor der Aushärtung, sei es zur Erhöhung der Verfilzung seiner Oberflächenschichten, sei es zum Aufbringen von Deckschichten, die Schnittglas wie Rovings und dergleichen enthalten können und mit oder ohne Bindemittel vorliegen können. Die nachfolgende Aushärtung verleiht dem Stauchfilz seine Druckfestigkeit.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Nadelfilzes aus Mineralwolle, bei dem einer Filzbahn ein Nadelhilfsmittel sowie vorzugsweise geschmeidigere Fasern zugesetzt werden, wobei das Nadelhilfsmittel einen thixotropierenden Zusatz, wie vorstehend näher beschrieben, enthält.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines gestauchten Mineralwolleproduktes mit durch Stauchung erzeugter Lage von Fasern in einem spitzen Winkel zu den Hauptflächen eines Vlieses zur Bildung des Produkts, bei dem die Fasern in wenigstens einem Zerfaserungsaggregat erzeugt und mit einem Bindemittel versehen als laminares Vlies auf einem Produktionsband abgelegt werden, wonach in das Vlies vor der Aushärtung des Bindemittels parallele zu den Hauptflächen und in Produktionsrichtung bzw. -gegenrichtung liegende Kräfte eingeleitet und so die Stauchung bewirkt wird, wobei die Fasern vor der Stauchung mit einem Verarbeitungshilfsmittel versehen werden, dem, wie vorstehend näher beschrieben, ein thixotropierender Zusatz zugesetzt ist.
Um zu vermeiden, daß das Bindemittel die gegenseitige Bewegung der Fasern über Gebühr behindert, wenn das Verarbeitungshilfsmittel nur noch seine Bewegungsviskosität aufweist, wird das Verarbeitungshilfsmittel in einer solchen Menge zugesetzt, daß es das noch nicht ausgehärtete Bindemittel in seiner Wirkung überdeckt. Dennoch wird das Verarbeitungshilfsmittel in der Regel in einer geringen Menge von höchstens 0,4 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 0,2 Gew.-% (trocken), bezogen auf die Gesamtmenge des Vlieses, zugesetzt.
Eine zusätzliche Verfestigung sowohl während der Zeit bis zur Aushärtung des Bindemittels, als auch nach Aushärtung des Bindemittels läßt sich dadurch erzielen, daß das gestauchte Vlies vor der Aushärtung auf wenigstens einer seiner Oberflächen einem Nadelungsvorgang unterzogen wird. Auch hierbei unterstützt der thixotropierende Zusatz den Nadelungsvorgang ebenso wie im Falle der Herstellung eines Nadelfilzes, wie dies weiter oben näher erläutert ist.
Die Oberfläche des gestauchten Vlieses kann weiterhin vor der Nadelung mit einer Deckschicht versehen werden, die selbst gestaucht oder laminar sein kann, je nach den Erfordernissen des Einsatzzweckes. Die Deckschicht enthält bevorzugt ebenfalls eine Avivage mit einem thixotropierenden Zusatz, wie er vorstehend näher beschrieben ist, um die Nadelung zu unterstützen. Vorzugsweise enthält die Deckschicht auch Bindemittel, wenn sie eine erhöhte Druckfestigkeit aufweisen soll. Bei Bedarf kann die Deckschicht weiterhin textile Faserfilamente, vorzugsweise Schnittglas z.B. in Form von Rovings mit einer Länge über 20 mm enthalten, um die Vernadelung weiter zu unterstützen, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit einer Nadelungsverarbeitung näher beschrieben ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch vereinfacht einen Nadelungsvorgang zur Herstellung von Nadelfilz, und
Fig. 2 schematisch vereinfacht einen Stauchvorgang zur Erzeugung eines gestauchten Mineralwolleproduktes.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, läuft ein Mineralwollefilz 1 an Nadelwerkzeugen 2 und/oder 2' vorbei, die mit Nadeln 3; 3' versehen sind. Die Nadeln 3; 3' weisen in der bekannten Weise Häkchen 4; 4' auf, mit denen sie beim Eintauchen in das Material des Mineralwollefilzes 1 Fasern mitnehmen und im umgebenden Material verschlingen.
Die Nadelwerkzeuge 2 und 2' arbeiten zugleich in einer auf- und abwärtsgehenden Bewegung oder einzeln.
Durch die einleitend näher erläuterten Maßnahmen gelingt es, mit einer hohen Arbeitsgeschwindigkeit der Nadelwerkzeuge 2; 2' zu arbeiten, ohne jedoch dadurch eine zu große Anzahl von Fasern durch die Häkchen 4; 4' zu brechen oder zu zerreißen. Insbesondere durch die zusätzliche Verwendung von eingelagerten geschmeidigeren Fasern aus textilen Glasfilamenten mit einer erheblichen Länge von mehr als mm gelingt es, die gegenseitige Verschlingung der Fasern durch den Nadelungsvorgang zu verstärken und so auch solches Material wie etwa Steinwolle zu vernadeln, dessen Fasern sich sonst durch Nadelung schlecht verschlingern lassen. Auf diese Weise entsteht ein Nadelfilz hoher Festigkeit, der kein Bindemittel zu enthalten braucht und daher - bis auf die geringen Mengen des Nadelhilfsmittels - frei von organischen Stoffen ist, die sich bei Wärmeeinwirkung unter Geruchsbildung zersetzen.
In Fig. 2 ist schematisch veranschaulicht wie Zerfaserungsaggregate 11 Faserschleier 12 in einem Fallschacht 13 erzeugen und auf einem Produktionsband 14 ablegen. Unterhalb des mit Luftdurchtrittsöffnungen versehenenen Produktionsbandes 14 sind Saugkästen 15 angeordnet, deren Unterdruck eine saubere Ablage der Fasern zur Bildung eines laminaren Vlieses 16 auf dem Produktionsband 14 gewährleistet.
Das Vlies 16 läuft sodann auf einem Band 17 unter ein konvergierendes Band 18 ein, welches zu einer mäßigen Verdichtung des Vlieses 16 führt. An dem auf gleicher Höhe liegenden Austrittsquerschnitt der Bänder 17 und 18 wird das Vlies 16 zwischen zwei Bänder 19 und 20 überführt, die im Vergleich zu den Bändern 17 und 18 langsamer laufen, so daß das Vlies 16 von seinen Großflächen her abgebremst wird. Hierdurch ergibt sich an dem mit 21 bezeichneten Übergang zwischen den Bändern 17/18 und 19/20 eine Stauchung des Vlieses 16 zur Bildung eines Stauchvlieses 22, in dem ein erheblicher Teil der Fasern, die produktionsbedingt auf dem Produktionsband 14 horizontal zum Liegen kommen, aufgerichtet wird, so daß sie im späteren Produkt quer zu den Großflächen gerichtete Kräfte übertragen können. Ein solches Mineralwolleprodukt weist besonders hohe Festigkeit gegen Druck- oder Zugbeaufschlagung an seinen Großflächen auf.
Im Fallschacht 13 wird den Fasern in nicht näher dargestellter, üblicher Weise Bindemittel zugesetzt, welches in einem Tunnelofen 23 durch Wärmeeinwirkung zur Aushärtung gebracht wird, um so den Stauchfilz oder die Stauchplatte 24 zu bilden. Zusätzlich wird im Fallschacht 13 ein Verarbeitungshilfsmittel in ähnlicher Weise wie das Bindemittel eingesprüht, welches einen thixotropierenden Zusatz enthält. Wie einleitend näher erläutert ist, weist das Verarbeitungshilfsmittel hierdurch eine sehr hohe Ruheviskosität und eine sehr geringe Bewegungsviskosität auf. Die hohe Ruheviskosität stabilisiert die Fasern im laminaren Vlies 16, noch mehr aber im Stauchvlies 22, so daß dieses am Ausgang der Stauchbänder 19/20 im wesentlichen formstabil bleibt, bis seine dimensionelle Stabilität durch die Aushärtung im Tunnelofen 23 endgültig erreicht ist. Durch die Bewegung in Bereich des überganges 21 wird jedoch die Ruheviskosität schlagartig bis zum Erreichen der Bewegungsviskosität abgebaut, so daß nach einer initialen Relativbewegung der Faser nur sehr geringer Widerstand gegen eine weitere Bewegung vorliegt und die Fasern somit äußerst widerstandsarm in eine neue Relativstellung gleiten können. Auf diese Weise läßt sich die Faserurnorientierung in der Stauchzone sehr gut steuern, und wird es mit geringen, von den Bändern 17, 18, 19 und 20 eingeleiteten Kräften möglich, die Umorientierung schonend zu erzielen.
Im Anschluß an die Stauchung, jedoch vor der Aushärtung, kann bei Bedarf eine Verfestigung des Stauchvlieses 22 durch Nadelung erfolgen. Im Beispielsfalle wird Fasermaterial für eine Deckschicht 25 an der Oberseite des Stauchvlieses 22 zugeführt und der Einwirkung einer Nadelvorrichtung 26 unterworfen, deren Nadeln 27 in analoger Weise, wie in diesem Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert ist, die Deckschicht 25 durchstechen und in das Stauchvlies 22 eindringen, um so eine Anheftung der Deckschicht 25 am Stauchvlies 22 und zugleich eine Verfestigung der Fasern durch Verschlingung infolge der Nadelung zu erzielen. Je nach Bedarf kann die Deckschicht ebenfalls im Tunnelofen 23 aushärten des Bindemittel enthalten oder nicht. Das bereits zur Unterstützung des Stauchvorganges vorgesehene Verarbeitungshilfsmittel mit dem thixotropierenden Zusatz erleichtert die Vernadelung in jedem Falle insoweit, als es als entsprechendes Nadelhilfsmittel wirkt. Weiterhin kann der Oberflächenbereich des Stauchvlieses 22 ebenso wie die Deckschicht 25 entsprechend den im Zusammenhang mit der Nadelung erläuterten Maßnahmen für eine Verfestigung durch Nadelung optimiert werden, also ebenfalls ein Nadelhilfsmittel mit thixotropierendem Zusatz enthalten, sowie gegebenenfalls zusätzliche geschmeidigere Textilfasern enthalten. Auch kann die Deckschicht aus Textilfasern bestehen, die durch den Nadelvorgang in das Stauchvlies 22 hineingezogen und dieses verfestigend dort verankert werden, wobei grundsätzlich die geschmeidigeren Textilfasern auch vorteilhaft bereits im Fallschacht 13 zugegeben werden können, damit sie sich gleichmäßig innerhalb des Vlieses 16 verteilen.
Nachstehend werden zwei Beispiele bevorzugter Ausführungsformen für die Nadelung gegeben:

Beispiel 1

Ein Nadelhilfsmittel mit folgender Rezeptur wurde hergestellt:
99,44 % H2O
0,5 % Leomin OR
0,06 % Cab-o-sil M5
Leomin OR ist ein Fettsäure-Polyglykolester mit einer normalen Viskosität von einigen hundert cP, der gute Faser- Fasergleiteigenschaften und eine gute Staubbindewirkung ergibt. Cab-o-sil M5 ist pyrogen erzeugte Kieselsäure.
Diese Avivage wurde in einer Menge von 0,05 % durch Sprühen auf einen Basaltwollefilz aufgebracht, und dieser einer Nadelung unterzogen. Der Basaltwollefilz ist dadurch hergestellt worden, daß im Fallschacht textile Glasfilamente mit einer Dicke von 8 bis 12 um in einer Menge von 3 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des Nadelfilzes zugegeben und homogen in der Basaltwolle auf dem Produktionsband verteilt wurden. Die textilen Glasfilamente wurden aus Multifilament-Rovings gewonnen, die mit einer Schlichte behandelt wurden, welche ebenfalls einen geringen Anteil an Cab- o-sil M5 als Thixotropierungsmittel enthielt, und die sodann auf eine Länge von 40 mm geschnitten wurden. Diese Multifilament-Rovings wurden in einem Stofflöser (Krempeltambour und/oder Ventilator) der Einwirkung von Aufspleißwerkzeugen unterzogen und so zu Einzelfilamenten vereinzelt. Infolge des thixotropierenden Zusatzes zur Schlichte geschieht das Auf spleißen unter Minimierung von Filamentbrüchen, da zwei gegeneinander bewegte Filamente durch den Abfall der Viskosität auf den Wert der Bewegungsviskosität nur sehr geringe gegenseitige Kräfte ausüben können. Somit kommen die einzelnen Filamente unbeschädigt und gut verteilt zur Wirkung und erhöhen trotz der sehr geringen Menge die Verfestigung durch den Nadelungsvorgang ganz erheblich.
Es zeigte sich, daß das Nadelhilfsmittel durch den thixotropierenden Zusatz an pyrogener Kieselsäure eine hohe Viskosität von etwa 600.000 cP hatte, was der Viskosität etwa eines dicken Fettes entspricht. Hierdurch wurden die Fasern des Filzes in ihrer vernadelten Stellung sauber gehalten, so daß sich ein fester Nadelfilz ergab, der seine Form einwandfrei behält und im genadelten Zustand nicht mehr in seiner Dicke aufgeht. Infolge der thixotropierenden Wirkung sinkt beim Nadelvorgang selbst die Viskosität durch die Nadelarbeit auf relativ geringe Werte von höchstens wenige tausend cP, so daß trotz der geringen eingebrachten Menge des Nadelhilfsmittels eine gute Vernadelung gewährleistet ist.
Bei der Aufheizprüfung wurde eine äußerst geringe Geruchsbelästigung und kaum wahrnehmbare Dunstbildung festgestellt.
Die nachfolgende Tabelle veranschaulicht den Einfluß der Textilglasfasern auf die Festigkeit von Glaswolle- und Basaltwolle-Nadelfilz, die beide mit dem vorstehend erläuteren Nadelhilfsmittel versehen und genadelt wurden, im einen Falle ohne Textilglasfasern, im anderen Falle mit 10 Gew.-% an Textilglasfasern.
Bemerkenswert insoweit ist, daß das Nadelhilfsmittel eine Vernadelung von Basaltwollefilz überhaupt erst möglich machte, jedoch zu einer relativ geringen Festigkeit des Basaltwollefilzes führte; hingegen war die Festigkeit des ebenso behandelten und genadelten Glaswollefilzes bereits für viele Zwecke gut brauchbar. Mit Zusatz von 10 % Textilglasfasern in Form von Rovings, wie vorstehend erläutert, stieg die Festigkeit des Glaswolle-Nadelfilzes nochmals kräftig an, während sich die Festigkeit des Steinwollefilzes vervielfachte und überhaupt erst in einen für viele Anwendungsfälle erforderlichen Festigkeitsbereich gelangte.

Beispiel 2

Eine Avivage als Nadelhilfsmittel mit folgender Rezeptur wurde hergestellt:
99,3 % H2O
0,5 % Leomin OR
0,3 % Aluminiumoxid C
Aluminiumoxid C ist pyrogen erzeugtes Aluminiumoxid.
Mit dieser Rezeptur als Nadelhilfsmittel in einer Zusatzmenge von 0,1 % zur Basaltwollebahn konnten dieselben Beobachtungen gemacht werden wie bei Beispiel 1. Jedoch war hierzu eine höhere Menge an thixotropierenden Zusatzmitteln erforderlich. Im Falle des Beispiels 1 enthält das (trockene) Nadelhilfsmittel 11 % pyrogen erzeugter Kieselsäure, während im Falle des Beispiels 2 37,5 % pyrogen erzeugtes Aluminiumoxid zugesetzt werden mußten, um die qualitativ gleichen Wirkungen zu erzielen.
Alle vorstehenden Prozentangaben sind Gewichtsprozent. Weiter ist darauf hinzuweisen, daß unter "Mineralwolle" im Sinne dieses Patentes auch Wirrlagen aus textilen, endlos erzeugten Fäden zu verstehen sind, die nicht unbedingt mineralischer Natur sein müssen.
Insgesamt wird zusätzlich durch das erfindungsgemäße thixotrope Zusatzmittel vorteilhaft erreicht, daß bei der Verarbeitung der Mineralwollevliese nur geringer Faserbruch eintritt, so daß sich die Festigkeit der Produkte auch dadurch erhöht und der mögliche Staubanfall verringert.

Claims

1. Verarbeitungshilfsmittel für die Verarbeitung von Mineralwollevlies (1, 16, 22) dadurch, daß eine Krafteinwirkung auf die Fasern erfolgt, um diese in eine neue stabile Relativlage zueinander zu bringen, wobei das Verarbeitungshilfsmittel einen thixotropierenden Zusatz enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

die Ruheviskosität des Verarbeitungshilfsmittels über 100.000 cP ist.

2. Verarbeitungshilfsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruheviskosität des Verarbeitungshilfsmittels über 500.000 cP ist.

3. Verarbeitungshilfsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der thixotropierende Zusatz anorganischer Natur ist.

4. Verarbeitungshilfsmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es den thixotropierenden Zusatz in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-% (trocken) bezogen auf die Gesamtmenge des Verarbeitungshilfsmittels enthält.

5. Verarbeitungshilfsmittel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der thixotropierende Zusatz pyrogen erzeugtes Oxid ist, insbesondere pyrogene Kieselsäure.

6. Verarbeitungshilfsmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es die pyrogene Kieselsäure in einer Menge von 5 bis 30, vorzugsweise 10 bis 20 und insbesondere 10 bis 15 Gew.-% (trocken), bezogen auf die Gesamtmenge des Verarbeitungshilfsmittels, enthält.

7. Verarbeitungshilfsmittel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der thixotropierende Zusatz montmorillonithaltiger Ton, insbesondere Bentonit, ist.

8. Verarbeitungshilfsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es als Grundbestandteil einen Fettsäure-Polyglycolether mit einer normalen Viskosität von weniger als 1000 cP ("Leomin OR") enthält.

9. Nadelfilz enthaltend Mineralfasern, der unter Verwendung eines Verarbeitungshilfsmittels mit einem thixotropierenden Zusatz hergestellt ist, wobei die Ruheviskosität des Verarbeitungshilfsmittels über 100.000 cP ist.

10. Nadelfilz nach Anspruch 9, hergestellt unter Verwendung eines Verarbeitungshilfsmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

11. Nadelfilz nach Anspruch 9 oder 10, hergestellt mit dem Verarbeitungshilfsmittel als Nadelhilfsmittel in einer Menge von höchstens 0,4 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 0,2 Gew.-% (trocken) bezogen auf die Gesamtmenge des Nadelfilzes (1).

12. Nadelfilz mit einer Wirrlage aus Mineralfasern, insbesondere Steinwollefasern, und dazwischen eingelagerten geschmeidigeren Fasern insbesondere aus textilen Glasfilamenten mit einer Länge von mehr als 20 mm, die mit den Mineralfasern durch die Nadelung verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Filz unter Verwendung eines einen thixotropierenden Zusatz aufweisenden Verarbeitungshilfsmittels als ein Nadelhilfsmittel hergestellt ist, und daß die Ruheviskosität des Verarbeitungshilfsmittels über 100.000 cP ist.

13. Nadelfilz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß er das Verarbeitungshilfsmittel als ein Nadelhilfsmittel in einer Menge von höchstens 0,4 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 0,2 Gew.-% (trocken), bezogen auf die Gesamtmenge des Nadelfilzes (1), enthält.

14. Nadelfilz nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß er das Verarbeitungshilfsmittel als ein Nadelhilfsmittel in einer Menge zwischen 0,01 und 0,1 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,05 Gew.-%, insbesondere mit etwa 0,03 Gew.-% (trocken), bezogen auf die Gesamtmenge des Nadelfilzes (1), enthält.

15. Nadelfilz nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die geschmeidigeren Fasern wenigstens annähernd homogen im Filz verteilt angeordnet sind.

16. Nadelfilz nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die geschmeidigeren Fasern in einer Deckschicht (25) auf einer Großfläche einer Grundschicht angeordnet sind.

17. Nadelfilz nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß er als geschmeidigere Faseren textile Glasfilamente in einem Anteil von weniger als 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Nadelfilzes, enthält.

18. Nadelfilz nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die textilen Glasfilamente aus Multifilament-Rovings gewonnen sind.

19. Gestauchtes Mineralwolleprodukt, bei welchem durch Längskrafteinwirkung eine größere Anzahl von im wesentlichen oberflächenparallel abgelegten Fasern des laminaren Vlieses (16) in eine Lage quer zu den Großflächen des Stauchvlieses (22) überführt ist, wobei die gestauchte Matte unter Verwendung eines Verarbeitungshilfsmittels mit einem thixotropierenden Zusatz hergestellt ist, wobei die Ruheviskosität des Verarbeitungshilfsmittels über 100.000 cP ist.

20. Mineralwolleprodukt nach Anspruch 19, hergestellt mit einem Verarbeitungshilfsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

21. Mineralwolleprodukt nach Anspruch 19 oder 20, hergestellt mit dem Verarbeitungshilfsmittel in einer Menge von höchstens 0,4 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 0,2 Gew.-% (trocken) bezogen auf die Gesamtmenge des Vlieses.

22. Verfahren zur Herstellung eines Nadelfilzes enthaltend Mineralfasern, nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei dem einem Vlies aus Mineralfasern das Verarbeitungshilfsmittel als ein Nadelhilfsmittel sowie bevorzugt auch geschmeidigere Fasern wie insbesondere textile Glasfilamente zugesetzt werden und dieses sodann vernadelt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

dem Nadelhilfsmittel ein thixotropierender Zusatz zugesetzt wird, und daß die Ruheviskosität des Verarbeitungshilfsmittels über 100.000 cP ist.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die textilen Glasfilamente durch Aufspleißen von Multifilament-Rovings gewonnen werden.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß einer für die Multifilament-Rovings verwendeten Schlichte ein thixotropierender Zusatz zugesetzt wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die textilen Glasfilamente in einer Menge von weniger als 5 Gew.-% (trocken), bezogen auf die Gesamtmenge des Nadelfilzes (1), zugesetzt werden.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die textilen Glasfilamente im Fallschacht (13) unterhalb der Zerfaserungsaggregate (11) zugesetzt werden.

27. Verfahren zur Herstellung eines Mineralwolleproduktes mit durch Stauchung erzeugten Lagen von Fasern in einem spitzen Winkel zu den Hauptflächen des Vlieses, bei dem

die Fasern in wenigstens einem Zerfaserungsaggregat (11) erzeugt und

mit einem Bindemittel versehen als laminares Vlies (16) auf einem Produktionsband (14) abgelegt werden,

wonach in das Vlies vor der Aushärtung des Bindemittels parallel zu den Hauptflächen und in Produktionsrichtung liegende Kräfte eingeleitet und so die Stauchung bewirkt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Fasern vor der Stauchung mit einem Verarbeitungshilfsmittel versehen werden, dem ein thixotropierender Zusatz zugesetzt ist, und daß die Ruheviskosität des Verarbeitungshilfsmittels über 100.000 cP ist.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Verarbeitungshilfsmittel in einer solchen Menge zugesetzt wird, daß es das noch nicht ausgehärtete Bindemittel in seiner Wirkung überdeckt.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Verarbeitungshilfsmittel in einer Menge von höchstens 0,4 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 0,2 Gew.-% (trocken), bezogen auf die Gesamtmenge des Vlieses (16), zugesetzt wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das gestauchte Vlies (22) vor der Aushärtung auf wenigstens einer seiner Oberflächen einem Nadelungsvorgang unterzogen wird.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des gestauchten Vlieses (22) vor der Nadelung mit einer Deckschicht (25) versehen wird.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (25) Bindemittel enthält.

33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (25) das Verarbeitungshilfsmittel als ein Nadelhilfsmittel, vorzugsweise mit einem thixotropierenden Zusatz enthält.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (25) textile Faserfilamente, vorzugsweise Schnittglasstränge zum Beispiel in Form von Rovings mit einer Länge über 20 mm enthält.