<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een massa bestaande uit samengekitte deeltjes.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een massa bestaande uit samengekitte vaste deeltjes van basismateriaal, volgens welke werkwijze men uitgaat van een mengsel van deze vaste deeltjes van basismateriaal en vaste deeltjes van een elektrisch niet-geleidend smeltbaar materiaal, men dit laatstgenoemde smeltbare materiaal tot smelten brengt en men tenslotte het mengsel laat afkoelen.
Een werkwijze van deze soort wordt onder meer gebruikt voor het vervaardigen van matrassen. Kunststofvezels, bijvoorbeeld polyestervezels, worden gemengd met zogenoemde smeltvezels, bijvoorbeeld bestaande uit een kern van polyester en een omhulling van polyethyleen, en dit mengsewordt met behulp van warme lucht opgewarmd tot de smeltvezels smelten. Doordat deze smeltvezels de andere polymeervezels aan elkaar verbinden verkrijgt men, na afkoelen, een verende massa waarvan de hardheid afhangt van onder meer de hoeveelheid vezels.
Deze werkwijze laat evenwel geen gelijkmatige smelting van de smeltvezels toe. Door de aard van het materiaal zelf wordt het diep doordringen van de warme lucht tegengewerkt.
Dit betekent dat het praktisch onmogelijk is een gelijkmatige cpwarming van de massa te verkrijgen en deze werkwijze slechts cp dunne lagen toepasbaar is. De hardheid
EMI1.1
'44k te rege'-en. is met De uitvinding en een werkwijze uit samengek-ce deeltjes te verschaffen die toelaat op een
<Desc/Clms Page number 2>
eenvoudige en relatief snelle manier een dergelijke massa van willekeurige vorm of grootte die over de volledige massa samengekit is en met een gemakkelijk kontroleerbare hardheid te verkrijgen.
Tot dit doel doet men het smeltbare materiaal smelten door het mengsel van beide materialen op een temperatuur te brengen waarbij de opwarming van het smeltbare materiaal door het opnemen van mikrogolfstraling groter is dan het warmteverlies door afkoeling, en door het mengsel na deze initiële opwarming verder op te warmen dcor een elektro-magnetische mikrogolfstraling.
Het zonder meer bestralen met mikrogolven zonder de initiële opwarming kan geen bevredigend resultaat geven.
EMI2.1
Ofwel verkrijg'c in het totaal geen smelting, ofwel smelten beide materialen ofwel nog worden zogenoemde spots" materialen plaatselijk smelten.
De mikrogolfenergie die door een niet-geleidend materiaal, bijvoorbeeld een polymeer, opgenomen wordt en in warmte omgezet wordt is bij kamertemperatuur zo klein dat de normale warmteverliezen niet gekompenseerd worden en opwarming van dit materiaal dus niet start. Het is gekend dat bij hogere temperatuur meer mikrogolfenergie opgenomen wordt en de energie-opname en dus de opwarming met stijgende temperatuur toenemen, soms zelfs exponentieel.
Het initiële opwarmen van het mengsel om de opwarming door mikrogolfenergie te starten kan men door voorverwarmen met klassieke middelen zoals warme lucht teweegbrengen, maar gezien een dergelijk opwarmen van het mengsel juist moeilijk is, verdient het de voorkeur deze intiele opwarming te bewerkstelligen door onder meer de warmteverliezen te beperken.
<Desc/Clms Page number 3>
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding beperkt men de warmteverliezen van het mengsel door het ten minste over een gedeelte aan de buitenkant thermisch af te schermen met thermisch isolerend maar mikrogolfstraling doorlatend materiaal en veroorzaakt men een initiële opwarming onder meer door het mengsel met mikrogolven te bestralen.
Het mengsel wordt vanaf de kern naar buiten toe opgewarmd, waarbij de afkoeling aan de buitenkant tegengewerkt wordt. Het is zelfs mogelijk de initiële opwarming te versnellen door aan de buitenkant warmte toe te voeren.
Dit toevoeren van warmte kan geschieden op klassieke manieren, bijvoorbeeld door warme lucht, of door de thermische afscherming te verwezenlijken met wanden die men opwarmt of met wanden die door de keuze van hun materiaal toch een gedeelte van de mikrogolfenergie die erdoor naar het mengsel gestraald wordt, opnemen en in warmte omzetten.
In een merkwaardige uitvoeringsvorm van de uitvinding, beïnvloedt men, eenmaal deze initiële opwarming plaatsgevonden heeft, de temperatuur aan de buitenkant van het mengsel verder, eventueel zelfs door afkoelen, om de temperatuur en dus de smeltingsgraad van het smeltbare materiaal en bijgevolg de hardheid aan deze buitenkant te beïnvloeden.
In een dcelmatige uitvoeringsvorm van de uitvinding, kiest men het smeltbare materiaal en het basismaieriaal van de vasze deeltjes zo dat de diëlektrische verlieshoek tg 6 van beide materialen een verschillend verloop in funktie van de temperatuur he it, me-c ten minste in de omgeving van de smelttemperatuur van bei smeltbare maier-aal een hogere tg 5 voor het sme-materiaal.
<Desc/Clms Page number 4>
In deze uitvoeringsvorm heeft men na de initiële opwarming een snellere opname van mikrogolfenergie door het smeltbare materiaal dan door het basismateriaal en dus een snellere opwarming van dit smeltbare materiaal.
In een doelmatige uitvoeringsvorm van de uitvinding gebruikt men als vaste deeltjes die men samenkit deeltjes die van elektrisch niet-geleidend materiaal, bij voorkeur polymeermateriaal, vervaardigd zijn.
In een bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm van de uitvinding gebruikt men als deeltjes van smeltmateriaal, deeltjes van polymeermateriaal.
In een andere bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding gebruikt men deeltjes van het smeltbare materiaal in de vorm van vezels.
Daarbij kan men ook de vaste deeltjes van het basismateriaal onder vorm van vezels gebruiken.
Deze uitvoeringsvorm is dan bijzonder geschikt voor het vervaardigen van verende lagen voor bijvoorbeeld matrassen.
De uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting die bijzonder geschikt is voor het toepassen van de werkwijze volgens een van de vorige uitvoeringsvormen.
De uitvinding heeft aldus be trekking op een inrichting voor het vervaardigen van een massa bestaande uit vaste deeltjes van basismateriaal die samengekit zijn door gesmolten vaste deeltjes van een smeltbaar materiaal, daardoor gekenmerkt dat de inrichting een mikrogolfcven bevat voor een mengsel van de materialen en een tnermische maar mikrogolfstraling doorlatende afscherming voor het mengsel binnenin de oven.
<Desc/Clms Page number 5>
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeelden zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen van een werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een massa bestaande uit samengekitte deeltjes, volgens de uitvinding, beschreven, met verwijzing naar de hieraan toegevoegde tekeningen waarin :
figuur 1 schematisch een doorsnede weergeeft van een eenvoudige diskontinu werkende inrichting voor het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding ; figuur 2 een diagramma weergeeft van de tg 6 in funktie van de temperatuur voor de gebruikte materialen ; figuur 3 een doorsnede weergeeft analoog aan deze van figuur 1 van een inrichting volgens de uitvinding maar met betrekking op een industriële uitvoeringsvorm.
Voor het vervaardigen van een laagvormige massa waarin deeltjes van een of meer basispolymeermaterialen gebonden zijn door deeltjes van een of meer elektrisch niet geleidende smeltpolymeermaterialen die men tot smelten brengt, brengt men in een mikrogolfoven bestaande uit een mikrogolfgeneratcr l en een daarop aangesloten mikrogolfapplikator 2, een mengsel van de deeltjes aan in de vorm van een laag 3.
Bi bestraling door mikrogolven ontstaat er door het Joule-effekt een diëlektrisch verlies in de niet-geleidende materialen. De tg # vermenigvuldigd met de dielektrische konstante van het materiaal geef* : de verliesfaktor. Deze verliesfak-ccr is een maa vcor het vermcgen dat in het materiaal of diëlektricum verloren gaat. Het vermogen da-
<Desc/Clms Page number 6>
verloren gaat neemt toe met de frequentie en de temperatuur. Bij kamertemperatuur is dit vermogen dat in warmte omgezet wordt evenwel vrij klein en zelfs zo klein dat het niet in staat is de warmteverliezen te kompenseren indien geen speciale maatregelen genomen worden.
Aangezien de in warmte omgezette mikrogolfenergie groter is bij hogere temperatuur en soms exponentieel toeneemt met de temperatuur is dus een initiële opwarming nodig die de mikrogolfbestraling op zichzelf omwille van de warmteverliezen niet kan teweegbrengen.
In de figuur 2 is een diagramma weergeven van het verloop van de tg 6 in funktie van de temperatuur en bij konstante frequentie, bij het gebruik van twee materialen, namelijk één basispolymeermateriaal en één smeltpolymeermateriaal, waarbij de kurve 4 het verloop van de tg S weergeeft voor het smeltpolymeermateriaal en de kurve 5 het verloop van de tg 6 voor het basispolymeermateriaal. Men kiest deze materialen zo dat de tg 6 voor beide materialen een ander verloop heeft en vooral bij hogere temperatuur de kurven 4 en 5 sterk uit elkaar lopen. De twee kurven kruisen elkaar bij temperatuur A.
Men kiest de materialen ook zo dat boven deze temperatuur de tg 6 van het smeltpolymeermateriaal groter is dan de tg 6 van het andere materiaal hetgeen betekent dat dit smeltpolymeermateriaal door de bestraling met mikrogolfstraling sneller zal opwarmen dan het andere.
Het verschil is des te groter naarmate de temperatuur hoger ligt. Bij temperaturen rond of onder de temperatuur A, die bijvoorbeeld rond kamertemperatuur gelegen is, zal de straling praktisch geen opwarming van het smeltpolymeermateriaal kunnen teweegbrengen en zal de teweeggebrachte opwarming de warmteverliezen niet kunnen kompenseren.
<Desc/Clms Page number 7>
Deze initiële opwarming bijvoorbeeld tot de boven de temperatuur A gelegen temperatuur die nodig is om de verdere opwarming door mikrogolfstraling op gang te brengen kan men verwezenlijken door de laag 3 voor te verwarmen op klassieke manieren, bijvoorbeeld met warme lucht.
Bij voorkeur verwezenlijkt men deze initiële opwarming evenwel door de laag 3 aan een mikrogolfstraling te onderwerpen en daarbij de warmteverliezen te beperken. Met andere woorden de geringe hoeveelheid warmte die verkregen wordt, houdt men vast, zodat de temperatuur van de laag 3 stijgt. Naarmate deze temperatuur stijgt zal de produktie van warmte ook stijgen. Het beperken van de warmteverliezen verkrijgt men door de laag 3 aan een zijde of aan weerszijden thermisch af te schermen met een thermisch isolerende maar mikrogolfstralen doorlatende wand 6. Na de initiële verwarming wordt de bestraling ononderbroken verder gezet voor het opwarmen van de laag 3, of meer bepaald van het smeltpolymeermateriaal.
Geschikte materialen voor de wand 6 zijn bijvoorbeeld thermisch glas, keramische materialen en polystyreen.
Om de initiële opwarming te versnellen kan men ook bij gebruik van thermisch isolerende wanden 6 toch nog warmte aan de laag 3 toevoeren, bijvoorbeeld door het inblazen van warme lucht in de laag of door de wanden 6 zelf te verwarmen. Dit laatste kan men onder meer verwezenlijken door holle wanden 6 te gebruiken en er verwarmd fluïdum doorheen te sturen of docr de wanden 6 van een materiaal te kiezen dat weliswaar mikrogolven dccrlaat maar bij kamertemperatuurtocheengedeeltemikrogolfenergie cpslorpt en cmzet : : ct warmte zonder da deze cpslorping merkalijk tceneenn : cij hcgere temperatuur. Het tg 5 vericop van di-c materiaal in funktie van de temperatuur moet dus
<Desc/Clms Page number 8>
vrij vlak zijn.
Bepaalde glassoorten beantwoorden hieraan.
De lijn 8 in figuur 2 geeft een dergelijk verloop weer.
In plaats van afzonderlijke wanden 6 te gebruiken zoals weergegeven in figuur 1 kan men een mikrogolfoven gebruiken waarvan de binnenwanden of een gedeelte daarvan voornoemde eigenschappen van thermisch isoleren en mikrogolfstralen doorlaten bezitten.
De polymeermaterialen kunnen zowel enkelvoudige polymeren zijn als copolymeren of samengestelde polymeren. Geschikte polymeren voor het basispolymeermateriaal zijn polyester, polyethyleen, polypropyleen, of andere kunststoffen met bij voorkeur een tg S, bij temperaturen in de omgeving van het smeltpunt van het smeltpolymeermateriaal, die lager is dan de tg 6 van dit smeltpolymeermateriaal.
Een geschikt smeltpolymeermateriaal is een zogenoemde bi-komponent die bestaat uit een kern van polyester en een omhulsel van polyethyleen.
De deeltjes van de polymeermaterialen kunnen gelijk welke vorm hebben en bijvoorbeeld ronde korrels zijn of vezels.
De deeltjes van het basispolymeermateriaal en deze van het smeltpolymeermateriaal zijn meestal afzonderlijke deeltjes. maar niets belet dat dezelfde deeltjes de twee pclymeermaterialen bevatten, waarbij uitaraard het smeltpclymeermateriaal aan een buitenkant moet gelegen zijn. Zo kunnen vezels over hun langte uit de twee materialen bestaan, smeltpolymeermateriaal aan een zijde en basispolymeermateriaal aan de andere zijde.
De mikrogolfbestraling van de laag 3 na. en eventueel tijdens, de in-cigale opwarming is kontinu Df pulsgewijze met
<Desc/Clms Page number 9>
mikrogolfstralen met de gebruikelijke frequentie, dit is tussen 900 en 2450 MHz, tot het smeltpolymeermateriaal smelt, dit is meestal tussen 100 en 200 graden Celsius. Na afkoelen zijn de deeltjes van basispolymeermateriaal door deeltjes van smeltpolymeermateriaal aan elkaar gebonden. De graad van binding en de dus de hardheid hangen af van de graad van smelten van het smeltpolymeermateriaal en kan gekozen worden. Een smelting van 100% kan verkregen worden.
De laag 3 kan vooraf aan een mechanische behandeling onderworpen worden. In het geval de deeltjes vezels zijn, kunnen deze een kaardbewerking ondergaan en gericht worden ten opzichze van de laag, bijvoorbeeld dwars gericht, eventueel in twee of meer lagen. Voor het inbrengen in de mikrogolfoven kan deze laag samengedrukt worden, naargelang de gewenste densiteit.
Ook kunststofweefsels en non-wovens kunnen op deze manier verwerkt worden of samen met de als voorbeeld gegeven laag 3 tot een geheel verwerkt worden.
De hardheid van de laag 3 na het bestralen en afkoelen hangt af van de aard van de polymeermaterialen zelf, bijvoorbeeld van hun ketenlengte, van hun verhouding in de laag 3, van de oriëntatie van de polymeerketens, van de hoeveelheid materiaal of de dichtheid van deze laag 3 en uiteraard ook van de werkingsvccrwaarden tijdens het toepassen van de bestraling, zoals de duur, het vermogen, de temperatuur en het bestralingsveld. Het bestralingsveld dient nie-c uniform te z- ;-,-n.
Men kan eck de temperatuur aan de buienkant cok na de initiele opwarming beinvioeden bijvcorbeeld dccr de vccrncemde wanden 6 te verwarmen of af te kcelen, bijvoorbeeld met lucht aangevcerd door de luchttoevoer 7 of door rechtstreeks lucht op de gewenste temperatuur in op de buitenkant van de laag 3 te b azen Om
<Desc/Clms Page number 10>
bijvoorbeeld een kleinere hardheid aan de buitenkant te verkrijgen dan in de kern van de laag 3, kan men de buitenkant afkoelen.
Ook moet rekening gehouden worden met het feit dat de mikrogolfstraling niet alleen een verwarming en smelten van het smeltpolymeermateriaal veroorzaakt, maar tevens struktuurveranderingen van dit materiaal kan teweegbrengen die een invloed op de eigenschappen van het eindprodukt kunnen hebben.
Verdampingsgassen die tijdens de bestraling ontstaan kunnen eventueel uit de mikrogolfoven afgevoerd worden. Na de bestraling kan de laag 3 nog aan een naverwarming met klassieke verwarmingsmiddelen onderworpen worden.
Met de hiervoor beschreven werkwijze verkrijgt men een volume bestaande uit deeltjes, in het bijzonder vezels, van een of meer polymeren die gebonden zijn door gesmolten smeltpolymeerdeeltjes, in het bijzonder smeltpolymeervezels en waarvan de struktuur en hardheid gemakkelijk aangepast kan worden aan de beoogde toepassing, en waarbij de hardheid desgewenst in het volume kan variëren.
Een zeer interessante toepassing van deze werkwijze is dan ook de vervaardiging van matrassen. Daarbij gebruikt men als deeltjes bij voorkeur vezels. Men kan met de werkwijze een laag verkrijgen met de gewenste hardheid en/of hardheidsverdeling en veerkracht die ock na belasting goed bewaard blijven. De hardheid kan aangepast worden door het
EMI10.1
w wijzigen van de werkomstandigheden, zonder dat de hoeveelheid materiaal dient gewijzigd te worden. Na het cmgeven met een tijk, verkrijgt men een afgewerkte matras met zeer goede eigenschappen.
In figuur 3 is een inrichting weergegeven vocr een dergeljke industriele vervaardiging van matrassen. Deze
<Desc/Clms Page number 11>
inrichting bevat dezelfde onderdelen als de schematisch in figuur 1 weergegeven inrichting, met dien verstande dat de industriële mikrogolfeenheid merkelijk groter is en meerdere, bijvoorbeeld een vijftal, in de verplaatsingszin van de laag 3, na elkaar opgestelde mikrogolfgeneratoren bevat en een transportmechanisme bevat om de laag 3 kontinu of stapsgewijze door de mikrogolfeenheid te transporteren.
Analoge elementen zijn door dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.
Het transportmechanisme bestaat uit twee met dezelfde snelheid gedreven banden zonder einde 9 waartussen een kontinue laag 3 of opeeenvolgende afzonderlijke lagen 3 die telkens met één matras overeenkomen, met de gewenste densiteit, aangebracht wordt of worden. De laag 3 wordt hetzij kontinu, hetzij stapsgewijze meegenomen tussen twee evenwijdige gedeelten van de banden zonder einde 9 doorheen de mikrogolfeenheid, tussen twee isolerende wanden 6, en achtereenvolgens aan de mikrogolfstraling van de opeenvolgende generatoren 1 onderworpen. Door de luchttcevoer 7 kan de temperatuur van de wanden 6 geregeld worden. Op beide einden van de mikrogolfeenheid zijn nog filters 10 gemonteerd.
In de eenheid wordt de laag 3 in opeenvolgende stappen opgewarmd door de mikrogolfvelden. Indien de laag 3 kontinu is, wordt ze na de bestraling in stukken van de gepaste lengte gesneden.
De uitvinding zal nader gelllustreerd worden aan de hand van het volgende voorbeeld :
EMI11.1
80 gew% polyesiervezels werden gemengd cm van een bi-kcmpcnent van polyester
<Desc/Clms Page number 12>
met een lengte van 6, 7 cmomgeven door een omhulsel van polyethyleen met een smeltpunt van 130 graden Celsius.
Achtereenvolgens werden lagen 3 van 200 cm lang, 150 cm breed en 10 cm dikte samengedrukt tot een densiteit van ongeveer 30 kg per m3 en met een toevoerdebiet van 4 kg/min in de inrichting weergegeven in figuur 3 gebracht, met hun langsrichting dwars op de verplaatsingsinrichting.
Elke laag 3 werd achtereenvolgens vijf maal gedurende 3 minuten kontinu bestraald met een vermogen van 50 kW. De bi-komponent vezels kwamen daarbij tot smelting.
Na het afkoelen bezat elke laag 3 een uitstekende veerkracht en een ideale en ook na opeenvolgende belastingen weinig veranderende hardheid.
Met de hiervoor beschreven werkwijze en inrichting kan men willekeurige vormen en volumes vervaardigen bestaande uit vaste deeltjes zoals vezels die aan elkaar gekit zijn door gesmolten elektrisch niet geleidende vaste deeltjes, in het bijzonder kunststofvezels. Op deze manier kunnen matrassen, isolerende lagen, kussens, zitmeubelen enz. vervaardigd worden. Massa's met willekeurige veerkracht, densiteit en hardheid kunnen verkregen worden, waarbij binnen een bepaalde massa deze eigenschappen niet uniform moeten verdeeld zijn. Zo is het mogelijk door het beïnvloeden van de temperatuur aan de buitenkant en van de mikrcgolfstraling een voorwerp te verkrijgen dat aan een zijde hard en aan de andere zijde zacht is.
In een bewerking en me'c één zelfde mengsel zou een zitmeubel kunnen vervaardigd worden met een harde stijve zittingcnderkant en rüg (bijvoorbeeld ook met een
<Desc/Clms Page number 13>
bi-komponent weefsel of non-woven) en een zachte komfortzijde van deze zitting en rug.
De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringsvormen, doch dergelijke werkwijze voor het vervaardigen van een massa bestaande uit door middel van een smeltmateriaal samengekitte deeltjes, kan in verschillende varianten worden uitgevoerd zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.
<Desc / Clms Page number 1>
Method and device for manufacturing a mass consisting of particles that have been agglomerated.
The invention relates to a method for manufacturing a mass consisting of solid particles of base material which have been compounded together, according to which a mixture of these solid particles of base material and solid particles of an electrically non-conductive fusible material is started from, the latter melts fusible material and finally the mixture is allowed to cool.
A method of this kind is used, inter alia, for the manufacture of mattresses. Synthetic fibers, for example polyester fibers, are mixed with so-called melt fibers, for example consisting of a core of polyester and a covering of polyethylene, and this mixture is heated with warm air until the melt fibers melt. Because these melting fibers connect the other polymer fibers to each other, after cooling, a resilient mass is obtained, the hardness of which depends on, inter alia, the amount of fibers.
However, this method does not allow uniform melting of the melting fibers. Due to the nature of the material itself, the deep penetration of the warm air is counteracted.
This means that it is practically impossible to obtain a uniform heating of the mass and this method can only be applied to thin layers. The hardness
EMI1.1
"44k to arrange". with the invention and a method of co-particulate which permits a
<Desc / Clms Page number 2>
simple and relatively quick way to obtain such a mass of arbitrary shape or size which is glued together over the entire mass and with an easily controllable hardness.
To this end, the fusible material is melted by bringing the mixture of both materials to a temperature at which the heating of the fusible material by the absorption of microwave radiation is greater than the heat loss by cooling, and by further heating the mixture after this initial heating to be heated by an electromagnetic microwave radiation.
Simply irradiating with microwaves without the initial warm-up cannot give a satisfactory result.
EMI2.1
Either there is no melting at all, or both materials melt or so-called spot materials are still melting locally.
The microwave energy absorbed by a non-conductive material, for example a polymer, and converted into heat at room temperature is so small that the normal heat losses are not compensated and thus heating of this material does not start. It is known that at a higher temperature more microwave energy is absorbed and the energy absorption and thus the heating increases with increasing temperature, sometimes even exponentially.
The initial heating of the mixture to start the heating by microwave energy can be brought about by preheating with conventional means such as warm air, but since such heating of the mixture is actually difficult, it is preferable to achieve this intimate heating, among other things. limit heat losses.
<Desc / Clms Page number 3>
In a special embodiment of the invention, the heat losses of the mixture are limited by thermally shielding at least a part on the outside with thermally insulating but microwave radiation-permeable material and an initial heating is caused inter alia by irradiating the mixture with microwaves. .
The mixture is heated from the core outwards, counteracting the cooling on the outside. It is even possible to accelerate the initial warm-up by applying heat to the outside.
This supply of heat can be done in classic ways, for example by warm air, or by realizing the thermal shielding with walls that are heated or with walls that, due to the choice of their material, still radiate part of the microwave energy through them to the mixture. , absorb and convert to heat.
In a curious embodiment of the invention, once this initial heating has taken place, the temperature on the outside of the mixture is further influenced, possibly even by cooling, to control the temperature and thus the degree of melting of the fusible material and thus the hardness to this outside.
In a cellular embodiment of the invention, the fusible material and the base material of the solid particles are chosen so that the dielectric loss angle tg 6 of both materials has a different variation in function of the temperature, at least in the vicinity of the melting temperature of both fusible maize eels is higher tg 5 for the sme material.
<Desc / Clms Page number 4>
In this embodiment, after the initial heating, there is a faster absorption of microwave energy by the fusible material than by the base material and thus a faster heating of this fusible material.
In an effective embodiment of the invention, as solid particles to be combined, particles are used which are manufactured from electrically non-conductive material, preferably polymer material.
In a preferred embodiment of the invention, as particles of melt material, particles of polymer material are used.
In another particular embodiment of the invention, particles of the fusible material in the form of fibers are used.
The solid particles of the base material can also be used in the form of fibers.
This embodiment is then particularly suitable for manufacturing resilient layers for, for example, mattresses.
The invention also relates to a device which is particularly suitable for applying the method according to one of the previous embodiments.
The invention thus relates to a device for the production of a mass consisting of solid particles of base material which are bonded together by melted solid particles of a fusible material, characterized in that the device contains a microwave oven for a mixture of the materials and a thermal but microwave radiation-permeable shielding for the mixture inside the oven.
<Desc / Clms Page number 5>
With an understanding of better demonstrating the features of the invention, some preferred embodiments of a method and apparatus for manufacturing a mass consisting of agglomerated particles, according to the invention, are described hereinafter, as examples without any limiting character, with reference to the accompanying drawings in which:
figure 1 schematically represents a section of a simple discontinuously operating device for applying the method according to the invention; figure 2 shows a diagram of the tg 6 in function of the temperature for the materials used; figure 3 represents a cross-section analogous to that of figure 1 of a device according to the invention, but with reference to an industrial embodiment.
To produce a layered mass in which particles of one or more base polymer materials are bonded by particles of one or more electrically non-conductive melt polymer materials which are melted, it is introduced into a microwave oven consisting of a microwave generator 2 and a microwave applicator 2 connected thereto. mixture of the particles in the form of a layer 3.
Bi-irradiation by microwaves causes a dielectric loss in the non-conductive materials due to the Joule effect. The tg # multiplied by the dielectric constant of the material gives *: the loss factor. This loss flake is a measure of the power lost in the material or dielectric. The power that
<Desc / Clms Page number 6>
lost increases with frequency and temperature. At room temperature, however, this power that is converted to heat is quite small and even so small that it is unable to compensate for heat losses if no special measures are taken.
Since the heat-converted microwave energy is greater at higher temperature and sometimes increases exponentially with temperature, an initial warm-up is required which the microwave irradiation alone cannot produce due to the heat losses.
Figure 2 shows a diagram of the course of the tg 6 in function of the temperature and at constant frequency, when using two materials, namely one base polymer material and one melt polymer material, the curve 4 showing the course of the tg S for the melt polymer material and the curve 5 the course of the tg 6 for the base polymer material. These materials are chosen in such a way that the tg 6 has a different course for both materials and, especially at higher temperatures, the curves 4 and 5 diverge widely. The two curves intersect at temperature A.
The materials are also chosen so that above this temperature the tg 6 of the melt polymer material is greater than the tg 6 of the other material, which means that this melt polymer material will heat up faster than the others by the irradiation with microwave radiation.
The difference is all the greater the higher the temperature. At temperatures around or below temperature A, which is, for example, around room temperature, the radiation will practically not be able to induce heating of the melt polymer material and the induced heating will not be able to compensate for the heat losses.
<Desc / Clms Page number 7>
This initial heating, for example to the temperature above the temperature A which is necessary to initiate the further heating by microwave radiation, can be realized by preheating the layer 3 in classic ways, for example with warm air.
Preferably, however, this initial heating is achieved by subjecting the layer 3 to a microwave radiation and thereby limiting the heat losses. In other words, the small amount of heat obtained is retained, so that the temperature of the layer 3 rises. As this temperature increases, the production of heat will also increase. Limiting the heat losses is achieved by thermally shielding the layer 3 on one side or on both sides with a wall 6 which is thermally insulating but permeable to microwave radiation. After the initial heating, the irradiation is continued uninterrupted to heat up the layer 3, or in particular of the melt polymer material.
Suitable materials for the wall 6 are, for example, thermal glass, ceramic materials and polystyrene.
In order to accelerate the initial heating, heat can still be supplied to the layer 3 even when thermally insulating walls 6 are used, for instance by blowing warm air into the layer or by heating the walls 6 itself. The latter can be achieved, inter alia, by using hollow walls 6 and passing heated fluid through them or by choosing walls 6 of a material which, although it dries out microwaves, but absorbs and converts microwave energy at room temperature:: ct of heat without this cpslorping. : Your temperature. The tg 5 vericop of di-c material in function of the temperature must therefore
<Desc / Clms Page number 8>
be quite flat.
Certain types of glass correspond to this.
The line 8 in figure 2 shows such a course.
Instead of using separate walls 6 as shown in figure 1, a microwave oven can be used, the inner walls or a part of which have the aforementioned properties of thermal insulation and microwave radiation transmission.
The polymer materials can be single polymers as well as copolymers or composite polymers. Suitable polymers for the base polymer material are polyester, polyethylene, polypropylene, or other plastics with preferably a tg S, at temperatures near the melting point of the melt polymer material, which is less than the tg 6 of this melt polymer material.
A suitable melt polymer material is a so-called bi-component consisting of a polyester core and a polyethylene shell.
The particles of the polymer materials can have any shape and can be, for example, round grains or fibers.
The particles of the base polymer material and those of the melt polymer material are usually separate particles. but nothing prevents the same particles from containing the two polymeric materials, of course the melt polymeric material must be on the outside. For example, fibers may consist of the two materials over their length, melt polymer material on one side and base polymer material on the other.
The microwave irradiation of the layer 3 after. and optionally during, the incimal heating is continuously Df pulsed with
<Desc / Clms Page number 9>
microwave beams at the usual frequency, which is between 900 and 2450 MHz, until the melt polymer material melts, which is usually between 100 and 200 degrees Celsius. After cooling, the particles of base polymer material are bonded together by particles of melt polymer material. The degree of bonding and thus the hardness depends on the degree of melting of the melt polymer material and can be selected. A 100% melt can be obtained.
The layer 3 can be subjected to a mechanical treatment beforehand. If the particles are fibers, they can be carded and aligned with the layer, for example transversely, optionally in two or more layers. Before insertion into the microwave oven, this layer can be compressed according to the desired density.
Plastic fabrics and non-wovens can also be processed in this way or be processed together with the example of layer 3.
The hardness of the layer 3 after irradiation and cooling depends on the nature of the polymer materials themselves, for example on their chain length, on their ratio in the layer 3, on the orientation of the polymer chains, on the amount of material or the density of these layer 3 and of course also the operating values during the application of the irradiation, such as the duration, the power, the temperature and the irradiation field. The irradiation field must not be uniform; -, - n.
It is also possible to influence the temperature on the outside side after the initial heating, for example, by heating or decalculating the walls 6, for example with air receded by the air supply 7 or by direct air at the desired temperature on the outside of the layer. 3 to b ace
<Desc / Clms Page number 10>
for example, to obtain a smaller hardness on the outside than in the core of the layer 3, the outside can be cooled.
It should also be taken into account that the microwave radiation not only causes heating and melting of the melt polymer material, but can also cause structural changes of this material which may affect the properties of the final product.
Evaporative gases generated during the irradiation can optionally be discharged from the microwave oven. After the irradiation, the layer 3 can still be subjected to a post-heating with conventional heating means.
The process described above provides a volume consisting of particles, in particular fibers, of one or more polymers bonded by melted melt polymer particles, in particular melt polymer fibers, the structure and hardness of which can be easily adapted to the intended application, and the hardness of which may vary in volume if desired.
A very interesting application of this method is therefore the manufacture of mattresses. Preferably, fibers are used as particles. With the method one can obtain a layer with the desired hardness and / or hardness distribution and resilience which are well preserved even after loading. The hardness can be adjusted by it
EMI10.1
w change the working conditions, without changing the amount of material. After applying with a tick, a finished mattress with very good properties is obtained.
Figure 3 shows a device for such an industrial manufacture of mattresses. This one
<Desc / Clms Page number 11>
device contains the same parts as the device schematically shown in figure 1, with the proviso that the industrial microwave unit is considerably larger and contains several, for example five, in the sense of movement of layer 3, consecutively arranged microwave generators and a transport mechanism around the layer 3 to be conveyed continuously or step by step through the microwave unit.
Analogous elements are designated by the same reference numerals.
The conveying mechanism consists of two endless belts driven at the same speed 9, between which a continuous layer 3 or successive separate layers 3, each corresponding to one mattress, is or are applied. The layer 3 is carried either continuously or stepwise between two parallel portions of the endless belts 9 through the microwave unit, between two insulating walls 6, and is successively subjected to the microwave radiation of the successive generators 1. The temperature of the walls 6 can be controlled by the air supply 7. Filters 10 are still mounted on both ends of the microwave unit.
In the unit, the layer 3 is heated in successive steps by the microwave fields. If the layer 3 is continuous, it is cut into pieces of the appropriate length after the irradiation.
The invention will be further illustrated by the following example:
EMI11.1
80% by weight polyesier fibers were mixed in from a polyester polyester binder
<Desc / Clms Page number 12>
with a length of 6.7 cm surrounded by a sheath of polyethylene with a melting point of 130 degrees Celsius.
Successively, layers 3 of 200 cm long, 150 cm wide and 10 cm thickness were compressed to a density of about 30 kg per m3 and introduced into the device shown in Figure 3 at a feed rate of 4 kg / min, with their longitudinal direction transverse to the displacement device.
Each layer 3 was continuously irradiated five times for 3 minutes with a power of 50 kW. The bi-component fibers melted thereby.
After cooling, each layer 3 had excellent resilience and an ideal hardness, which changed little after successive loads.
With the method and device described above, it is possible to produce arbitrary shapes and volumes consisting of solid particles such as fibers which are bonded together by melted electrically non-conductive solid particles, in particular synthetic fibers. In this way, mattresses, insulating layers, cushions, seating furniture, etc. can be manufactured. Masses with arbitrary resilience, density and hardness can be obtained, whereby within a certain mass these properties must not be uniformly distributed. For example, by influencing the outside temperature and the microwave radiation, it is possible to obtain an object that is hard on one side and soft on the other.
In one process and with the same mixture, a seating furniture could be manufactured with a hard rigid seat bottom edge and back (for example also with a
<Desc / Clms Page number 13>
bi-component fabric or non-woven) and a soft comfort side of this seat and back.
The invention is by no means limited to the above-described embodiments, but such a method for manufacturing a mass consisting of particles bonded together by means of a melt material can be carried out in different variants without departing from the scope of the invention.