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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung fester Matten
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung fester Matten aus lignocellulosehaltigen Fasern durch Kaltpressung, welche Fasern von einem oder mehreren Verteilerköpfen zur verfilzten Mattenbildung auf einen luftdurchlässigen Träger - insbesondere auf ein Förderband - niedergeschlagen werden, sowie ferner Einrichtungen zur Ausführung solcher Verfahren.
Nach dem Trockenverfahren gewonnene Vliese oder Matten sind weniger dicht als im Nassverfahren hergestellte, so dass die für verschiedene Zwecke erforderliche Standfestigkeit-wie insbesondere bei Verwendung als Wandisolierungen u. dgl. - erst durch weitere Verdichtung des Materials erreicht werden kann ; solche Matten müssen ferner bei Weiterverarbeitung zu Hartplatten od. dgl. formbeständig, bequem transportierbar und lagerbar sein.
Die weitere Verdichtung der Matten erfolgt durch Kaltpressung - beispielsweise mittels Walzen oder Platten - die insbesondere für Endprodukte mit geringer Dichte durchaus genügt.
Soll jedoch das Endprodukt - wie z. B. Hartplatten - hohe Dichte aufweisen, dann treten bei Handhabung sowie Weiterverarbeitung der hier erwähnten Matten gewisse Schwierigkeiten auf, die auf der Kalt-
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auflockert. Bei Weiterbearbeitung solcher Matten zu Hartplatten in einer Heisspresse entstehen leicht Sprünge oder Brüche durch Schubspannungen u. zw. dadurch, dass die Matten der durch Ausstoss einer relativ grossen Luftmenge verursachten Zerreissbeanspruchung nicht standhalten konnen.
Es ist auch bekannt, bei Herstellung von Matten nach dem Trockenverfahren, diese Nachteile durch Zusatz von Bindemitteln-insbesondere von Harzen-kurz vor oder während der Heisspressung zu beheben ; diese Massnahme verursacht jedoch hohe Kosten und ist ausserdem beim Kaltpressen von Platten nicht anwendbar. Weiters wurde nach der USA-Patentschrift 2635301 vorgeschlagen, der Matte mit dem Heiss-
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che rauh werden und sich ausserdem auch zu einem erheblichen Teil wieder aufbauschen.
Nach einem anderen bekannten Verfahren soll der Feuchtigkeitsgehalt der Matten sehr stark erhöht werden ; hiebei kleben die Fasern gleichfalls leicht an den Druckwalzen fest und ferner muss eine grosse Menge Wasser ausgepresst werden, das die wertvollen wasserlöslichen Bestandteile des Holzes mitnimmt ; bei diesem letzten Verfahren bedingt der hohe Feuchtigkeitsgehalt der Matten auch ein längeres Pressen und Trocknen, wogegen bei etwaigem ausschliesslich oberflächlichem Befeuchten der Matten die innen liegenden Faserschichten natürlich weiterhin spröde bleiben und nach der Kaltpressung das Wiederaufspringen verursachen.
Nach der Erfindung werden nun bei Kaltpressverfahren der eingangs beschriebenen Art zur Herstellung fester Matten die oben erwähnten Nachteile dadurch behoben, dass vor der Kaltpressung, oberhalb der einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 8 - 180/0 des Trockengewichtes der Fasern aufweisenden Matte, trokkener Heissdampf zugeführt wird, der durch eine unter dem Mattenträger angebrachte Unterdruckzone durch die Matte gesogen wird.
Dabei sollen Temperatur und Behandlungsdauer des trockenen Heissdampfes so gewählt werden, dass die Matte nach der Kaltpressung eine innere Temperatur von mindestens 32, 00C erhält, wobei infolge Anordnung der Heissdampf- und Unterdruckkammer der Heissdampf zwangsweise die ganze Matte durch-
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streichen muss, so dass die Temperatur der Matte gleichmässig erhöht wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens werden Feuchtigkeitsgehalt des trockenen Heissdampfes sowie Behandlungsdauer derart gewählt, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Matte bei der Heissdampfbehandlung im wesentlichen unverändert bleibt.
Die Vorrichtung zur Ausführung dieser Verfahren zur Herstellung fester Matten ist nun erfindungsgemäss derart aufgebaut, dass in Förderrichtung hinter dem bzw. den Verteilerköpfen über der Matte eine unten offene Kammer angebracht ist, der durch Leitungen trockener Heissdampf zugeführt wird, und dass darunter, unter dem Förderband, eine Unterdruckkammer angeordnet ist.
Die über der Matte angeordnete Kammer wird dabei zweckmässig auf eine Temperatur beheizt, die über dem Bereich der Kondenswasserbildung liegt. In die Rohrleitung von der Kammer zum Gebläse ist vorzugsweise eine Drosselklappe eingesetzt.
Ein typisches Beispiel für das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung ebener Platten aus Urfasern des Holzes oder ähnlicher Substanzen ist im folgenden angegeben : Das Holz wird in Stücke zerkleinert und in einen Defibrator nach Asplund eingebracht, in dem die Holzstücke mit Dampf von etwa 3,5 bis 14,0 ata und einer dem gesättigten Dampf entsprechenden Temperatur behandelt werden. Das Produkt des Defibrators besteht im wesentlichen aus Urfasern und Flocken und Znsammenballungen von Urfasern mit andern Fasern und Bruchstücken und stellt eine feuchte flockige Masse dar. Dieser Masse werden in einem Luftstrom Bindemittel, wie wärmehärtende Harze, beispielsweise auf Basis Phenolaldehyde, zugesetzt, desgleichen andere Zusatzmittel, wie wasserabstossende Mittel und Entflammungsmittel.
Das so behandelte Fasermaterial soll einen Feuchtigkeitsgehalt haben, der etwa 40% nicht übersteigt. Danach werden grössere Stückchen gröberer Faserbündel u. dgl., die sich noch in der Masse befinden können, aus dem die Fasern fördernden Dampf- oder Luftstrom entfernt. Diese ausgesonderten gröberen Teilchen werden zweckmässig erneut dem Defibrator zugefahrt. Die verbleibenden Urfasern, welche den grössten Teil der Masse bilden, werden dann auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 8-18% getrocknet und darauf in einen Druckluftstrom gebracht.
Das weitere Verfahren soll an Hand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen : Fig. l die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens in Seitenansicht, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3 - 3 der Fig. 2, Fig. 4 die Vorrichtung zur Herstellung einer Mehrschichtenplatte in Seitenansicht.
Der unter Überdruck stehende Luftstrom mit den so behandelten Fasern wird über die Rohrleitung 10 einem zylindrischen Verteilerkopf 11 zugeführt, der an der Unterseite mit Perforationen versehen ist und ein Verteilerrad 12 enthält, das dazu beiträgt, dass die Faserflocken sich auflösen und die Fasern aus dem Verteilerkopf austreten. Diese unter Druck austretenden Fasern gelangen in den unter Atmosphärendruck stehenden Raum 13 und von hier auf das luftdurchlässige Förderband 14, das vorzugsweise aus einem Drahtschirm oder Drahtgeflecht besteht. Auf der Unterseite des Förderbandes 14 ist eine Unterdruckkammer 15 angeordnet, deren Unterdruck beliebig einstellbar ist. Die Unterdruckkammer ist über die RohrLeitung 17 mit dem Gebläse 16 verbunden.
Die Geschwindigkeit der mit Überdruck aus dem Verteilerkopf kommenden Fasern wird mithin durch den Unterdruck unter dem Förderband 14 noch erhöht, so dass sich die Fasern völlig unorientiert zu der Matte 19 auf dem Förderband 14 niederschlagen.
Nachdem die Matte 19 die gewünschte Dicke erhalten hat, wird sie auf dem Förderband 14 weiter transportiert zu einer Kammer 20 oberhalb des Förderbandes und einer Unterdruckkammer 21 auf der ge- genüberliegenden Seite unterhalb des Förderbandes. Die Dampfkammer 20 ist in Fig. 3 dargestellt und die offene Seite zu der Matte gerichtet ; sie soll so dicht wie möglich oberhalb der Matte angeordnet sein und ; s sollten Mittel vorgesehen sein, sie zu heben oder zu senken, um sie den verschiedenen Dicken der Matten anpassen zu können. Der trockene Dampfdruckstrom wird durch die Rohrleitungen 22 in den inleren Raum der Dampfkammer 20 eingeführt, der selbst unter Atmosphärendruck steht.
Um zu verhüten, iass sich irgendeine Kondensation des Wasserdampfes bildet und Tropfen auf die Matte fallen, die sich im Endprodukt markieren würden, wird die Kammer beheizt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein leisses Medium durch die Leitungen 23 zugeführt. durch das die Temperatur der Kammer auf eine Tem- ) eratur über dem Siedepunkt gebracht wird.
Der durch die Leitungen 22 zugeführte trockene Dampfstrom durchdringt unter dem Einfluss des Un- erdruckes die Matte gleichmässig und vollkommen und gelangt dann über die Unterdruckkammer 21 in las Gebläse 16 und von hier ins Freie. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Un- erdruckkammeln21 und 15 an das Gebläse 16 angeschlossen, während beim Ausfahrmgsbeispiel der Fig. 4 ilr die Unterdruckkammer 21 ein besonderes Gebläse 24 vorgesehen ist. Die Behandlung mit dem unge- ättigten Heissdampf unter Druck ist sehr kurz und der Feuchtigkeitsgehalt des Heissdampfes ist der Dicke
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der Matte und der Geschwindigkeit des Förderbandes und der Behandlungszeit angepasst.
Die Grössen wer- den so gewählt, dass in jedem Fall die mittleren Teile des Mattenquerschnittes nach der Kaltpressung eine
Temperatur von etwa 90 - 1300 F erhalten, wobei der Feuchtigkeitsgehalt der Matten nicht sonderlich steigen darf. Unter normalen Verhältnissen wird die Behandlungsdauer etwa 3/4 bis 6 sec betragen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist in der Verbindungsleitung zwischen Unterdruckkammer 21 und dem
Gebläse 16 eine Drosselklappe 25 vorgesehen, um den Unterdruck variieren zu können.
Beim Passieren der Matte 19 durch diese Stufe erfolgt ein Zusammendrücken der Matte in einem richt unbeträchtlichen Ausmass. Nach Verlassen dieser Dampfbehandlungszone gelangt die in ihrer Stär- ke reduzierte Matte zu der Kaltpressstufe, in der sie zu einer vorbestimmten Dichte von etwa 10 bis 25 Pfund/Kubikfuss komprimiert wird. Die Kaltpressstufe besteht bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. l aus den beiden Kaltwalzen 26 und 27, bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 aus Förderbändern 28. Die- se Methode der Kaltpressung oder Vorpressung ist bekannt.
Bei dem neuen Verfahren ist erreicht, dass die so hergestellten Matten keine nennenswerte Tendenz mehr zeigen, sich wieder auszudehnen, um zu ihrer früheren Dicke oder einer Dicke vor der Kaltpressung zurückzukehren. Nach den gewonnenen Erfahrungen ist das Ausdehnungsvermögen der neuen Matte auf eine Dichte von unter 7 Pfund beschränkt. Die Matten werden zweckmässig zu dieser Dichte verdichtet, bei welcher sie eine ausreichende strukturelle Festigkeit haben, um handlich zu sein, gelagert und trans- portiert werden zu können. Die neue Matte kann für verschiedene Zwecke Anwendung finden oder weiter verdichtet werden. Bei der Heisspressung zu Hartfaserplatten werden die Matten vorher auf bestimmte Län- gen abgetrennt und diese Stücke dann der Heisspresse zugeführt.
Für die Hartplattenverarbeitung hat die neue Matte den Vorteil, dass die Öffnung der Heisspressplatten die gleiche ist, ob eine dickere Platte mit weniger Dichte oder eine dünnere Platte mit höherer Dichte daraus hergestellt werden soll. Bei den bis- her nach dem Kaltverfahren hergestellten Matten musste die Plattenöffnung der Heisspresse jedesmal ein- gestellt werden. Der Ausstoss der Luft aus den inneren Regionen der Matte ist nicht mehr gefährlich" weil die Matte jetzt eine grössere Dichte und eine strukturelle Festigkeit besitzt, die so gross ist, dass sie ohne weitere Hilfsmittel, wie Drahtschirme, in die Heisspresse gebracht werden kann.
Beispiel l-
Im Asplund-Defibrator gewonnene weisse Holzfasern von Tanne oder Fichte und behandelt mit 10 Phenolformaldehyd-Lösung, 2. 8% Petrolatum und 5% Aluminiumsulfat werden in einem Luftstrom auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 12% gebracht. Die Prozentgehalte beziehen sich auf das Trocken- gewicht der Holzfasern. Diese so präparierten Fasern werden zu einer verfilzten Matte von einer Dicke von etwa 3,25 Zoll nach dem vorstehend geschilderten Verfahren niedergeschlagen. Der kontinuierliche
Mattenstrang wird dann in Einzelstücke bestimmter oder beliebiger Längen zerschnitten, von welchen einige unter ungeheizten Druckwalzen kaltgepresst werden, während andere der Wirkung des trockenen
Dampfstroms über eine Zeit von etwa 5 sec ausgesetzt werden.
In dieser Zeit dringt der heisse, trockene
Dampf von der Kammer 20 durch die Mattenstücke in die Unterdruckkammer. Nach dieser Heissdampfbe- handlung werden dann die Mattenstücke kaltgepresst, genau in der gleichen Weise wie die nicht mit
Heissdampf behandelten Stücke.
Die nicht mit Heissdampf behandelten Stücke haben eine Dicke von etwa 1, 4 Zoll nach der Kalt- pressung und eine Zugfestigkeit von 8 - 16 Unzen/Quadratzoll. Die mit Heissdampf behandelten Stücke dagegen haben eine Dicke von 1 Zoll nach der Heissdampfbehandlung und behalten eine Dicke von
0,5 Zoll nach der Kaltpressung und haben eine Zugfestigkeit von 176 Unzen/Quadratzoll.
Es wurde gefunden, dass die nicht mit Heissdampf behandelten Mattenstücke etwa 12% Feuchtigkeit enthielten, während die behandelten Matten eine Feuchtigkeit von 11, 9% hatten. Die Temperatur der behandelten Matten war wesentlich höher als die der unbehandelten Matten, und zwar in der Grössenord- nung von etwa 120-130 F.
Beim Transport der unbehandelten Mattenstücke zu der Heisspresse wurde gefunden, dass diese schwer zu handhaben waren, die Tendenz zeigten, zu platzen oder zu brechen. Auch in der Presse, beim
Schliessen der Presse entstanden Abplatzungen und Risse. Die dagegen mit Heissdampf behandelten Mat- tenteile sind leicht zr transportieren, da sie eine ausreichende Standfestigkeit haben und konnten ohne
Beschädigung oder Platzen in der Heisspresse gepresst werden.
Beispiel 2 :
Die verwendeten Fasern sind aus Tannen- oder Fichtenholz gewonnen und enthalten 2% Amresharz, 31a Petrolatum und 0. 50/0 Aluminiumsulfat. Sie werden in der geschilderten Weise zur Mattenbildung gebracht.
Einige dieser Matten werden vor der Kaltpressung in der geschilderten Weise etwa 1, 3 sec mit dem
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trockenen Heissdampf behandelt und damit die Temperatur auf etwa 120 - 1300 F gesteigert. Andere
Matten bzw. Mattenteile werden ähnlich behandelt, aber die Menge Dampf, die durch die Struktur der
Matte getrieben wird, ist so weit reduziert, bis die Matte vor der Kaltpressung eine Temperatur von et- wa 80 - 900 F hat. Beide behandelten Mattenarten hatten eine Originalstärke von 3,25 Zoll.
Die nach der Erfindung behandelten Matten, die nach der Dampfbehandlung eine Temperatur von 120 - 1300 auf- wiesen, hatten nach der Kaltpressung eine Stärke von 0,87 Zoll und waren leicht zu handhaben, ohne dass Beschädigungen auftraten und sie zeigten auch keine Risse, Blasen und Aufplatzungen in der Heiss- presse. Die Matten dagegen, die mit der reduzierten Menge Dampf behandelt waren und eine niedrigere
Temperatur erhielten, hatten nach der Kaltpressung eine Stärke von 1,25 Zoll, waren schwierig zu hand- haben und tendierten zu"blow out"in der Heisspresse und es zeigten sich Risse beim Schliessen der Heiss- presse. Der Feuchtigkeitsgehalt der Matten vor und nach der Dampfbehandlung war etwa 11-16%.
Beispiel 3 :
Weisse Urfasern von Tannen- oder Fichtenholz und kleine Flocken von ihnen hatten einen Gehalt von 2, 5ufo Petrolatum, 1/2go Aluminiumsulfat und 10/0 wärmehärtende Phenolformaldehyd-Harzlösung und einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 1201 und wurden in einem Luitstrom mit Atmospharendruck verteilt und passierten kontinuierlich mehrere hintereinander angeordnete Verteilerköpfe nach Fig. 4, um eine
Mehrschichtenmatte zu bilden. Die auf dem durchlässigen Förderband 14 niedergeschlagene Matte hatte eine Stärke von 4 Zoll.
Die so präparierte Matte brauchte bei ihrer Wanderung auf dem Förderband bis zu der Kaltpresszone 2 8 etwa 8 1/2 sec, während welcher Zeit ein Trockendampfstrom bei einem reduzierten
Druck von 20 Pfund in die unter Atmosphärendruck stehende Kammer 20 eingeführt wurde. Der Heiss- dampf wurde 1 1/2 sec durch die Matte gesogen, durch einen Unterdruck der Unterdruckkammer 21 von 10 Zoll Wassersäule. Die Matte wurde dann von den hydraulisch gegeneinander gedrückten Förderbän- dern 28 zu einer Dicke von 1/2 Zoll gepresst. Die Matte wurde darauf in Stücke geschnitten und die ein- zelnen Stücke einer Heisspresse zugeführt und hier zu einei Dicke von 1/8 Zoll und einer Dichte von etwa
60 Pfund/Kubikfuss gepresst.
Die Stärke der verfilzten Matte von 4 Zoll wurde mithin durch die Heissdampfbehandlung auf etwa 2,25 Zoll reduziert. Eine weitere Reduzierung fand durch die Kaltpressung statt u. zw. auf 1/2 Zoll. Nach dieser Kaltpressung dehnte sich die Matte wieder zu einer Dicke von 7/8 Zoll und einer Dichte von 8,6 Pfund/Kubikfuss aus. Die innere Temperatur der Matte nach der Kaltpressung war 120 F. Der Feuchtigkeitsgehalt der Matte vor der Dampfbehandlung war 12% und nach der Dampfbehandlung 12, 5ufo. Dieses Experiment wurde wiederholt, jedoch dabei die Heissdampfbehandlung ausgelassen. Hiebei zeigte sich, dass, nachdem die Matte, durch die Kaltpressung zu 1/2 Zollstärke zusammengepresst war, die Matte schnell wieder eine Stärke von 2 Zoll und eine Dichte von 3,2 Pfund/Kubikfuss annahm, sich also sehr kräftig ausdehnte.
Die Temperatur der Matte blieb ungefähr konstant und zeigte Atmosphärentemperatur, der Feuchtigkeitsgehalt blieb konstant bei 12%.
Die nach dem vorliegenden Verfahren behandelte Matte war fest und leicht zu handhaben, konnte leicht in Stücke getrennt werden und leicht in die Heisspresse gebracht werden. Beim Schliessen der Presse trat kein "blow out" (Ausblasen) der Fasern auf oder irgendwelche Schubkräfte. Die nicht durch einen Trockendampf behandelten Matten dagegen hatten keine Standfestigkeit, waren daher schwer zu handhaben, kaum zu schneiden und schwer zur Heisspresse zu bringen. Erhebliches "blow out" trat beim Heisspressen auf, desgleichen erhebliche Scherkräfte zwischen den Heissplatten und dem Pressling.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung fester Matten aus nach dem Trockenverfahren gewonnenen lignocellulosehaltigen Fasern durch Kaltpressung, welche Fasern von einem oder mehreren Verteilerköpfen zur verfilzten Mattenbildung auf einen luftdurchlässigen Träger - insbesondere auf ein Förderband - niederge- schlagen werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Kaltpressung über der einer. Feuchtigkeitsgehalt von etwa 8-18% des Trockengewichtes der Fasern aufweisenden Matte trockener Heissctampi zugeführt wird, der durch eine unter dem Mattenträger angebrachte Unterdruckzon. e dl1Ich die Matte gesogen wird.