DE202017003635U1

DE202017003635U1 - Presspolster mit höherer Wärmeleitfähigkeit und verbesserten Rückstelleigenschaften für die Beschichtung von Holzwerkstoffplatten in hydraulischen Ein- und Mehretagenheizpressen

Info

Publication number: DE202017003635U1
Application number: DE202017003635.5U
Authority: DE
Original assignee: Rolf Espe
Current assignee: Hueck Rheinische GmbH
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2017-08-22
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: EP3651979B1; JP6985489B2; US11628642B2; US20200171772A1; RU2726546C1; JP2020526680A; EP3651979A1; CN111093962A; WO2019011902A1; CN111093962B; BR112020000243A2

Abstract

Druckausgleichsgewebe, insbesondere Presspolster, für den Einsatz in hydraulischen Heizpressenanlagen, das hochtemperaturbeständige Elastomerfäden mit oder ohne stabilisierenden, metallischen oder nichtmetallischen Seelenfäden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass den Schuss- und/oder Kettfäden bestehend aus einer hochtemperaturbeständigen Elastomermatrix ein wesentlicher Anteil aus organisch modifizierten Siloxanen mit dispergierten wärmeleitfähigen Pigmentwerkstoffen der Matrix beigemischt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Presspolster für den Einsatz in hydraulischen Ein- und Mehretagenheizpressen, welches als Gewebe mit elastischen Fäden in Kett- und/oder Schussrichtung ausgebildet ist und die elastischen Fäden eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweisen, deren Elastizität bei den eingesetzten hohen Arbeitstemperaturen über einen längeren Einsatz erhalten bleibt. Dieses gilt auch für Presspolster, die aus einem textilen Träger mit Wärmeleitfäden bestehen und in einer Silikonmatrix eingebettet sind, wobei die sich kreuzenden Fäden aus der Matrix hervorstehen.
Bei der Beschichtung von Holzwerkstoffplatten, wie Sperrholz-, Span-, MDF- oder HDF-Platten mit kunstharzimprägnierten Papierbahnen werden grundsätzlich Presspolster als Druckausgleichsgewebe in den hydraulischen Pressenanlagen eingesetzt. Bei der Herstellung von Flooringplatten zum Beispiel werden hauptsächlich HDF-Platten (High Density Fiberboard) eingesetzt, die eine sehr hohe Rohdichte bis zu 1000 kg/m³ aufweisen. Die hohe Rohdichte ist erforderlich um die Dicke der Platten auch nach der Beschichtung konstant zu halten, denn bei den hohen spezifischen Pressdrücken zwischen 40 bis 60 kg{cm², könnten die Platten unterschiedlich komprimiert werden. Die Beschichtung der Platten wird hauptsächlich in Einetagenpressen, den sogenannten Kurztaktpressen mit schneller Schließgeschwindigkeit und hohen Temperaturen 200 bis 230°C durchgeführt. Um den Dickenschwund der Platten relativ klein zu halten werden kurze Presszeiten angestrebt, dieses setzt voraus, dass der Wärmedurchgang von der Heizplatte der Presse auf das Pressgut relativ schnell erfolgt. Da die Presspolster aus gummiartigen Materialien wie zum Beispiel Silikonelastomeren bestehen, ist die Wärmeleitfähigkeit ein ganz besonderer Faktor. Daher sollten die Presspolster hohe
Werte aufweisen. Die Wärmeleitzahl
beschreibt das Vermögen eines Stoffes, thermische Energie mittels Wärmeleitung zu transportieren und wird in W/mK angegeben.
Die bei der Beschichtung eingesetzten Melaminharze sind Duroplaste und kondensieren unter Druck und Temperatur zu festen, irreversiblen Kunststoffen. Bei der Kondensation von Melamin und Formaldehyd, aus denen die Harze bestehen, wird Wasser und überflüssiges Formaldehyd in Dampfform abgegeben. Während der Kondensation in der Pressenanlage können die Spaltprodukte Wasser und Formaldehyd nicht entweichen, da es sich um ein abgeschlossenes System handelt und die eingesetzten Stahlpressbleche die Oberfläche versiegelt. Die dampfförmigen Spaltprodukte können demnach nicht an der Oberfläche entweichen und müssen daher durch die Papierbahnen in die Holzoberfläche diffundieren. Gelingt dieses nicht in der angegebenen Presszeit, so kommt es zu Oberflächenstörungen und die Platten sind nicht gebrauchsfähig.
Eine gleichmäßige Druckverteilung und ein schneller Wärmefluss ist während des Beschichtungsprozesses ein ganz besonderer Faktor, daher sind Presspolster mit diesen Eigenschaften besonders empfehlenswert. Die Rückstelleigenschaften der eingesetzten Presspolster werden hauptsächlich von den Elastomerwerkstoffen gebildet, während die eingesetzten Metallfäden in den Geweben für den Wärmetransport verantwortlich sind. Da die Elastomere hohen Temperaturen ausgesetzt sind, kommen auch nur Elastomerwerkstoffe mit hoher Temperaturbeständigkeit zum Einsatz, wie zum Beispiel Silikonkautschuk, Fluorsilikonkautschuk, Fluorkautschuk und deren Elends bzw. Copolymeren. In den aufgeführten Patentschriften werden noch weitere Elastomerwerkstoff angegeben. Die Presspolster sind in der Regel textile Gewebe in unterschiedlichen Ausführungsformen.
Die Patentschrift EP 1 300 235 B1 und DE23 19 593 beschreibt ein Polster aus Metallgewebe, welches anschließend mit einem Silikonkautschuk ganzflächig oder zum Teil beschichtet wird, wobei in der EP 1 300 235 B1 Schrift die oben liegenden Metallfäden durch Abrakeln nach der Beschichtung freigelegt werden. In der Patentschrift wird auch beschrieben, dass zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit dem Silikonelastomer Kupfer-, Alu-, Alu-Bronze-, Graphit- oder Ferrosilizium-Pulver zugemischt wird. Zuschlagstoffe, die der Elastomermatrix direkt beigemischt werden, beeinträchtigen die Härte des Werkstoffes und damit auch die Rückstelleigenschaften der Presspolster.
Die EP 1 136 248 A1 beschreibt ein Gewebepolster, welches ein Copolymer aufweist, bestehend aus Silikon- und Fluorsilikonkautschuk die als Kett- oder Schussfäden ausgebildet sind. Zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit werden metallische Zuschlagstoffe den Elastomeren zugeführt.
Zum Stand der Technik zählt ein Presspolster, welches in der EP 0 735 949 A1 aufgeführt wird, welches ein Silikonelastomer und Metallfäden in den Kett- oder Schussfäden aufweist, zuzüglich sind die Silikonfäden mit Metallfäden als Kernmaterial ausgerüstet.
In der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2012 005 265 U1 wird ein Presspolster für Ein- und Mehretagenpressen mit wärmeleitenden Kontaktschlussfäden in Kett- und/oder Schussrichtung beschrieben. Die Elastomerfäden enthalten einen Seelenfaden und sind an der Oberfläche mit wärmeleitenden Kontaktfäden ausgerüstet, die nach der Vernetzung fest in dem Elastomerwerkstoff verankert sind und mit anderen sich kreuzenden Wärmeleitfäden einen direkten Wärmekontakt bilden. Derartige Polster weisen zwar eine etwas erhöhte Wärmeleitfähigkeit auf, die Rückstelleigenschaften und die Elastizität bei längerem Einsatz bleiben aber dadurch unberücksichtigt.
Nach dem Stand der Technik wird die Wärmeleitfähigkeit bei allen Presspolsterkonstruktionen entweder durch Zugaben von metallischen oder nichtmetallischen Wärmeleitträgern in die Elastomerwerkstoffe oder durch Erhöhung der metallischen Kettfäden gesteigert. Alle Maßnahmen führen aber dazu, dass gleichzeitig die Elastizität beziehungsweise die Rückstelleigenschaften der Polster auch nach längerem Einsatz nicht verbessert wird. Speziell die Beschichtung von Fußbodenplatten verlangt aber Presspolster mit einem hohen Rückstellwert auch über eine längere Einsatzdauer und einem schnellen Wärmedurchgang.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Presspolster vorzuschlagen, dass eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit mit einer hohen Rückstelleigenschaft, unter Beibehaltung der Elastizität auch bei hohen Einsatztemperaturen über einen längeren Zeitraum, aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Presspolster gelöst, dass in der Matrix des Elastomerwerkstoffs zur Herstellung der Elastomerfäden, organisch modifizierte Siloxane mit dispergierten wärmeleitfähigen Pigmentwerkstoffen eingearbeitet werden.
Als Matrix eingesetzte Elastomerwerkstoffe haben sich für den hohen Anwendungstemperaturbereich, Silikonkautschuk, Fluorkautschuk, Copolymere aus Silikon- und Fluorsilikonkautschuk, Fluorsilikonkautschuk bewährt, wobei aber auch andere aus der Fachliteratur bekannte Elastomerwerkstoffe anwendbar sind. Bedingt durch die hohen Molmassen der Polysiloxane lassen sich wärmeleitfähige Pigmentwerkstoffe oder Metallpulver nur schwierig und ungleichmäßig in die Matrix einarbeiten. Weiterhin steigt die Shore Härte der Matrix des Elastomers bei dieser Anwendung enorm an und führt zu einer Verschlechterung der Rückstelleigenschaft der Presspolster und später im Dauertemperatur zu einer Versprödung der Matrix.
Es hat sich nun gezeigt, dass organisch modifizierte Polysiloxane mit Kamm- oder Blockstruktur sich wesentlich besser mit Füllmaterialien, zum Beispiel wärmeleitfähige Pigmentwerkstoffe, dispergieren lassen, als die eingesetzten Matrix- werkstoffe. Die Auswahl der organisch modifizierten Siloxane mit kamm- oder blockartiger Struktur kann je Anwendungsgebiet und Einsatzzweck unterschiedlich sein, wobei die organischen Substituentengruppen für die gewünschten Eigenschaften verantwortlich sind. Die modifizierten Polydimethylsiloxane können folgende Struktur aufweisen.
Mögliche organische Substituenten:

• Acrylat
• Epoxid
• Phenyl
• Hydroxyl
• Amino
• Carboxyl
• Alkyl

Als endständige Gruppen können R¹ Methyl, R² Vinyl, R³ Hydroxyl gewählt werden.
Vorteilhaft ist es, organisch modifizierte Polydimethylsiloxane zu wählen die gute dispergierende Eigenschaften aufweisen, damit die wärmeleitfähigen Pigmente gleichmäßig verteilt werden können. Um die Wärmeleitfähigkeit der Elastomerwerkstoffe optimal auszuschöpfen, sollten oberflächenmodifizierte Füllstoffe eingesetzt werden. Verschiedene Firmen bieten unterschiedliche Füllstoffe an, deren Oberflächenbehandlung mit Silanen oder silanbasierenden Verbindungen vorgenommen werden, um eine optimale Kompatibilität an der Grenzfläche der Polymermatrix und dem Füllstoff zu gewährleisten. Silane sind bifunktionelle Verbindungen, die aus stabilen organofunktionellen und hydrolisierbaren reaktiven Endgruppen bestehen. Die hydrolisierbare Gruppe verbindet sich mit der Füllstoffoberfläche, während die organofunktionellen Gruppen mit dem Polymer harmonisieren. Es hat sich auch gezeigt, dass beschichtete Füllstoffe leichter in ein Polyorganosiloxan eingearbeitet werden können als unbeschichtete.
Bei den Mineralfüllstoffen wurden unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitswerte beobachtet, so fand man bei den mineralischen Füllstoffen wie SiO₂, Al₂O₃, CaCO₃, Werte von 4 W/mK bis 30 W/mK. Hexagonales Bornitrid (hBN) zeigt ebenfalls wie die Kohlenstoffmodifikationen Graphit, Ruß und Kohlefasern sehr hohe Wärmeleitfähigkeitswerte. Es können auch reine Metallpulver wie Kupfer, Silber, Aluminium angewendet werden. Dabei hat sich aber gezeigt, dass die Verteilung in den organisch modifizierten Polysiloxanen sehr unterschiedlich und eine hohe Konzentration nicht von Vorteil ist, da sich die Rückstelleigenschaften der Elastomerfäden verschlechtern. Ausserdem können bestimmte Metalle, speziell mit Peroxiden als Vernetzer, chemisch miteinander reagieren, dieses führt bei der späteren Verarbeitung in dem Extruder zu exothermen Reaktionen und vorzeitiger Vernetzung, dabei können Transportschnecke und Düsen beschädigt werden.
Als weiter vorteilhaft haben sich nanoskalige Füllstoffe erwiesen. Zum Beispiel Füllstoffmischungen mehrwandiger Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Experimentelle Untersuchungen an ein- oder mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen weisen auf enorm hohe Wärmeleitfähigskeitswerte dieser Nanoteilchen hin. So wurde an einer einzelnen mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhre bei Raumtemperatur eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 3000 W/mk gemessen und für eine isolierte einwandige Kohlenstoff-Nanoröhre ein theoretischer Wert von 6600 W/mK berechnet. Daraus ergibt sich, dass geringe Zusätze der Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einem Polymer, die Wärmeleitfähigkeit des gesamten Elastomerverbunds erheblich anheben kann. So konnten in einer Elastomermatrix, mit einem Anteil von 50 Gew.-% einem organisch modifizierten Polydimethylsiloxan mit dispergiertem Füllstoffanteil von 30 Gew.-% BN und 5 Gew.-% mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen (MWKN), eine Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur von über 0,60 W/mK festgestellt werden und bei einem Anteil von 7,5 Gew.-% MWKN sogar ein Wert von über 0,80 W/mK. Wobei hingegen die unmodifizierte Elastomermatrix eine Wärmeleitfähigkeit von 0,24 W/mK aufwies.
Organisch modifizierte Polydimethylsiloxane mit dispergierten Füllstoffen, je nach Empfehlung und Anwendung, sind auch bereits im Handel erhältlich und können entsprechend der Elastomermatrix zugemischt werden. Es wurden zwei Mischungen einer Elastomermatrix, die später für die Extrudierung des Elastomerfadens, der für den anschließenden Webprozess des Presspolster benötigt wird, hergestellt und daran Messungen vorgenommen.
Beispiel 1:

45 Gew.-% Silikonelastomer HTV mit Vinylgruppen unvernetzt mit der Härterkomponente Di-(2,4-dichlorbenzoyl-)peroxid
55 Gew.-% Organisch modifiziertes Siloxan Type Tegosil HT 2100 mit Füllstoff Al₂O₃

Beispiel 2:

50 Gew.-% Silikonelastomer HTV mit 5 Gew.-% Fluorsilikonelastomer unvernetzt mit Härterkomponente Di-(2,4-dichlorbenzoyl-)peroxid
50 Gew.-% Organisch modifiziertes Poly-Siloxan mit entlang der Kette angeordneten organischen Polymeren auf Acrylatbasis, darin eindispergiert 30 Gew.-% hBN und 5 Gew.-% MWKN.

An den Elastomermischungen wurden anschließend nach Temperung bei ca. 200°C die Wärmeleitfähigkeiten gemessen. Es konnten hohe Steigerungsraten ermittelt werden. Wärmeleitfähigkeit (W/mK) Shore Härte

Siliconelastomer HTV ohne Modifizierung 0,24 68

Mischung aus Beispiel 1 0,40 55

Mischung aus Beispiel 2 0,75 60
Die Versuche haben gezeigt, dass die Wärmeleitfähigkeit sich verdoppelt bzw. verdreifacht, während die Shore Härte dabei sogar einen reduzierten Wert zeigte, der natürlich für die Rückstelleigenschaften der Presspolster von Vorteil ist. Weiterhin vorteilhaft ist die variable Gestaltung der Mischungsverhältnisse der Elastomermatrix mit den organisch modifizierten Polysiloxanen und deren Füllstoffanteil. Auch der Einsatz verschiedener wärmeleitfähiger Pigmentwerkstoffe wirken sich positiv auf die Wärmeleitfähigkeit der Presspolster aus, dadurch können die Presspolster sehr individuell den erforderlichen Parametern in den Pressenanlagen angepasst werden. Ein weiterer Vorteil zum Beispiel ist der Ausgleich mit Presspolster unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit, bei ungleicher Temperaturverteilung in den Pressenanlagen. Es können Presspolster hergestellt werden mit jeweils unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeitszonen, in dem die Elastomerfäden mit unterschiedlichen Elastomermischungen und Füllstoffen ausgerüstet werden. Somit erhält man sehr individuelle Wärmeleitzonen in dem Presspolster, die auf die jeweiligen Bedürfnisse des Arbeitsprozess abgestimmt werden können.
Bei der Herstellung von Presspolster mit flüssiger Silikonelastomermatrix, lässt sich die Einarbeitung von organisch modifizierten Polysiloxanen mit wärmeleitfähigen Pigemtwerkstoffen, ebenfalls anwenden. In den Patentschriften DE2319593 von Becker & van Hüllen und der Patenschrift EP 1 300 235B1 Thomas Josef Heimbach wird von Silikongummi gesprochen, welches vorher auf den Geweben aufgerakelt und anschließend ausvulkanisiert bzw. vernetzt wurde. Das lässt natürlich für den Fachmann nur den Schluß zu, dass es sich hier um Flüssigsilikon LSR Typen handelt, da sonst die Materialien nicht rakelfähig wären. Bei der Herstellung von Presspolster die aus einem Gewebe bestehen und anschließend beschichtet werden, lassen sich ebenfalls in die LSR Matrix, bestehend aus Silkonkautschuk, Fluorkautschuk, Fluorsilikonkautschuk und/oder dem Copolymer Silikon-/Fluorsilikonkautschuk, organisch modifizierte Polysiloxane mit entsprechenden wärmeleitfähigen Pigmentwerkstoffen einarbeiten. Je nach gewünschter Wärmeleitfähigkeit müssen die Zuschlagstoffe entsprechend gewählt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1300235 B1 [0005, 0005, 0022]
DE 2319593 [0005, 0022]
EP 1136248 A1 [0006]
EP 0735949 A1 [0007]
DE 202012005265 U1 [0008]

Claims

Druckausgleichsgewebe, insbesondere Presspolster, für den Einsatz in hydraulischen Heizpressenanlagen, das hochtemperaturbeständige Elastomerfäden mit oder ohne stabilisierenden, metallischen oder nichtmetallischen Seelenfäden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass den Schuss- und/oder Kettfäden bestehend aus einer hochtemperaturbeständigen Elastomermatrix ein wesentlicher Anteil aus organisch modifizierten Siloxanen mit dispergierten wärmeleitfähigen Pigmentwerkstoffen der Matrix beigemischt wird.
Presspolster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomermatrix aus einem Silikonkautschuk besteht.
Presspolster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomermatrix aus einem Fluorsilkonkautschuk besteht.
Presspolster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomermatrix aus einem Fluorkautschuk besteht.
Presspolster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomermatrix aus einem Copolymer, bestehend aus einem Anteil Silikonkautschuk und Fluorsilikonkautschuk, besteht.
Presspolster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zugemischte Anteil organisch modifiziertem Siloxan zwischen 10 und 95 Gewichtsprozente beträgt.
Presspolster nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem organisch modifizierten Siloxan wärmeleitfähige Pigmentwerkstoffe in einem Anteil von 10 bis 95 Gewichtsprozente dispergiert werden.
Presspolster nach Anspruch 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitfähigen Pigmentwerkstoffe eine Wärmeleitzahl
von mindestens 1 W/mK aufweisen.
Druckausgleichsgewebe, insbesondere Presspolster, für den Einsatz in hydraulischen Heizpressenanlagen, bestehend aus einem textilen Gewebe mit sich kreuzenden, wärmeleitfähigen Fäden, wobei die Wärmeübertragung durch Kontakt der Fäden erfolgt und die Fäden derart in einer LSR Elastomermatrix, gemäß den Ansprüchen 2 bis 5, eingebettet sind, dass die Wärmeleitfäden auf beiden Außenseiten des Presspolsters über die Elastomermatrix vorstehen, dadurch gekennzeichnet, dass der LSR Elastomermatrix ein wesentlicher Anteil organisch modifizierter Siloxanen mit dispergierten wärmeleitfähigen Pigmentwerkstoffen beigemischt wird.
Presspolster nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Anspruch 6 der Anteil organisch modifizierter Siloxanen 10 bis 95 Gewichtsprozente beträgt.
Presspolster nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Anspruch 7 in dem organisch modifizierten Siloxan wärmeleitfähige Pigmentwerkstoffe in einem Anteil von 10 bis 95 Gewichtsprozente dispergiert werden.
Presspolster nach Anspruch 9, 10 und 11, dadurch gekenzeichnet, dass nach Anspruch 8 die wärmeleitfähigen Pigmentwerkstoffe eine Wärmeleitzahl
von mindestens 1 W/mK aufweisen.