DE2520156B2 - Schallwand auf der Basis von expandiertem vulkanischem Glas, Mineralfasern, organischen Fasern und Bindemitteln - Google Patents
Schallwand auf der Basis von expandiertem vulkanischem Glas, Mineralfasern, organischen Fasern und BindemittelnInfo
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Description
40
Die Erfindung betrifft eine Schallwand auf Basis von expandiertem vulkanischem Glas, Mineralfasern,
organischen Fasern und Bindemitteln.
Mineralfasern enthaltende Schallwände sind bereits unter Verwendung von verhältnismäßig geringen Men- «
gen eines expandierten Perlits, üblicherweise 25 Gcw.-% oder weniger, hergestellt worden. Dabei wird
der expandierte Perlit einer Aufschlämmung von Mineralfasern zugesetzt, und die Aufschlämmung
wird auf üblichen Papierverarbeitungsmaschinen ver- rM
arbeitet. Man erhält hierbei Platten mit einem hohen Gewichtsanteil Mineralfasern, der gewöhnlich mindestens
50% beträgt.
Zur Herstellung von thermischen Isolicrplattcn hat man bereits gemäß US-PS 36 23 938 40 bis 80 Gew.-% 5·>
sehr feiner Teilchen aus expandiertem Vulkanglas, nämlich einer Korngröße von 0,25 mm und weniger,
mit 5 bis 30Gew.-% Mineralfasern und Pflanzenfasern verarbeitet. Dabei wurden auch schon bis zu 25 Gcw.-%
Bindemittel zugegeben. Solche thermischen Isolier- «> platten erfüllen jedoch nicht die an Schallschluckplatten gestellten Anforderungen. Denn da die thermische
Leitfähigkeit solcher Platten abnimmt, wenn die Dichte der Platte abnimmt, stellt man solche
thermischen Isolicrplatten mit einer möglichst nicd- b5
rigcn Dichte her. Üblicherweise liegt die Dichte solcher Platten im Bereich von 0,16 bis 0,19
u/cm .
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schallwand zur Verfügung zu stellen, die bei hoher Festigkeit und
guter Beständigkeit gegen Brand eine hohe Schalldämpfung bewirkt. Verbunden mit dieser Aufgabe
ist die Verwendung wohlfeiler Substanzen, weil solche Schallwände Massenprodukte darstellen, deren Gestehkosten
möglichst niedrig sein sollen.
Die Erfindung wird in den Patentansprüchen beschrieben.
Die Schallwand enthält vorzugsweise 45 bis 55% des Vulkanglases, 15 bis 30% der Mineralfasern, 10
bis 18% der Cellulosefasern und 5 bis 10% Suirke und 5 bis 15% Ton.
Das vulkanische Glas ist vorzugsweise eng klassifizierter Perlit, wobei 80 bis 100% des Perlits eine
Korngröße von 2,38 mm bis 0,3 mm haben. Wenn der Hauptteil der Mineralfasern eine Länge von
3,175 mm bis 50,800 mm besitzt, wird ein Zwischenraumnetzwerk von Kanälen erhalten, welches die
Hohlräume zwischen den graben Perlitteilchen verbindet.
Aus der Erfindung ergeben sich erhebliche Vorteile, weil gemäß der Erfindung ein höherer Prozentgehalt
eines mineralischen Aggregats als der Mineralfasern in die Platte eingearbeitet wird. Vom wirtschaftlichen
Standpunkt aus gesehen, sind die Kosten von Mineralfasern, wie Mineralwolle, mindestens
drei- bis viermal so groß als die Kosten für das vulkanische Glas, wenn man von gleicher Gewichtsbasis ausgeht. Die Erfindung gestattet auch eine hervorragende
Produktionsfiexibilität, da das Schüttgewicht des vulkanischen Glases so variiert werden
kann, daß einem weiten Bereich von Plattendichtenerfordernissen Genüge getan wird.
Die Produktionsflexibilität ist ein wichtiger Faktor
bei der Herstellung von Schallwänden. In der Vergangenheit ist es nicht leicht gewesen, die Plattendichte
zu variieren und Platten mit optimalen Schallabsorptionseigenschaften und einem guten Geräuschverminderungskoeffizienten
zu ergeben. Schallwändc müssen nämlich eine poröse Struktur haben, damit Schallwellen eingefangen und absorbiert werden. Diese
poröse Struktur wird jedoch zu einem großen Ausmaß durch das Ausmaß der Verdichtung beeinträchtigt,
welcher die Platte während des Naßverformungsbetriebs ausgesetzt wird.
Die bevorzugten langen Mineralfasern (3,175 mm bis 50,800 mm), die zusammen mit dem vulkanischen
Glas verwendet werden, wirken als Fasernetzwerk, um die Glasteilchen während der Frühstufe des
Plattenvcrformungsprozesses in einer fixierten Stellung zu halten, und sie ergeben auch ein Verbindungsnetzwerk
von Kanälen zwischen den Hohlräumen, die durch die groben Glasteilchen gebildet werden. Die Platte zeigt daher ein miteinander verbundenes
Netzwerk von Hohlräumen.
Da das Schüttgewicht von vulkanischem Glas im Bereich von 0,096 bis 0,240 g/cm3 variiert werden
kann, ist es möglich, den Kompressionsgrad, der auf die nasse Matte ausgeübt wird, über einen weiten
Bereich von Plattendichten ziemlich konstant zu halten. So wird z. B. zur Herstellung einer Platte mit
einer Dichte von 0,160 g/cm3 unter Verwendung eines expandierten vulkanischen Glases mit einem Schüttgewicht
von 0,096 g/cm' die Matte während des Plattenverformungsprozesses
auf ungefähr die Hälfte ihrer ursprünglichen Dicke komprimiert. Das gleiche Komprimierungsverhältnis
von 2:1 kann auch aufrecht-
erhalten werden, um eine Platte mit einer Dichte von 0,32OgZCm1 herzustellen, indem man einfacherweise
das Schüttgewicht des expandierten vulkanischen Glases auf etwa 0,192 g/cm1 einstellt, da die Plattendichte
um einen Faktor von 2 erhöht wird. Diese Einstellung des Schüttgewichts des expandierten vulkanischen
Glases durch geringere Veränderungen der Expandierungsbedingungen ermöglicht die Herstellung
eines weiten Bereichs von Plattendichten, wobei ziemlich konstante Kompressionsverhältnisse iu
während der Plattenverformungsvorgänge aufrechterhalten werden, ohne daß die Zusammensetzung oder
Struktur der Platte verändert wird.
Das bevorzugte vulkanische Glas ist Perlit. Im allgemeinen wird es bevorzugt, daß irgendwelche Perlitteilchen,
die außerhalb des Teilchengrößenbereiches von 2,38 mm bis 0,3 mm fallen, Teilchen mit geringerer
Größe sind.
Das Schüttgewicht der bevorzugten Perlitteilchen beträgt 0,096 bis 0,240g/cm\ vorzugsweise 0,128 bis zu
0,192 g/cm1. Die tatsächliche Dichte der expandierten Glasteilchen wird in erster Linie unter Bezugnahme
auf die gewünschte Enddichte des Produkts ausgewählt.
Die Mineralfasern, die in die erfindungsgemäßen Schallwände eingearbeitet weiden, können Mineralwolle,
Glasfasern oder lange Asbestfasern, wie Amositasbest, oder ein Gemisch aus diesen Fasern sein. Die
Mineralfasern, vorzugsweise Mineralwolle, haben zweckmäßigerweise eine große Länge, d. h. eine Länge
vün 3,175 mm bis 50,800 mm, wobei Längen von
3,175 mm bis 25,400 mm bevorzugt werden. Im allgemeinen liegen die Fasern im Gemisch von verschiedenen
Längen vor, wobei längere Fasern für gröbere Korngrößen des expandierten vulkanischen
Glases bevorzugt werden.
Die nichtgelatinierten Cellulosefasern haben eine Länge von 0,5 bis 3,5 mm. Gepulptes Altpapier oder
Pappe oder anderes gepulptes Abfallcellulosematerial wird bevorzugt. Im allgemeinen wird das Cellulosematerial
unter Einwirkung einer geeigneten Pulpeneinrichtung als Aufschlämmung des Cellulosematerials
in relativ heißem Wasser gepulpt. Üblicherweise enthalten solche Aufschlämmungen etwa 2 bis 8%
Feststoffe, vorzugsweise 4 bis 4,5% Feststoffe.
Der Gehalt an anorganischen Stoffen in der Platte beträgt vorzugsweise 75 bis 80 Gew.-% und bedingt
die Verbrennungsbeständigkeit.
Um eine Schallwand mit einer guten physikalischen Integrität zu erhalten, werden 10 bis 25 Gew.-% Binde-
und Verleimungsmittel in die Wand eingearbeitet. Typische Bindemittel sind z. B. organische und anorganische
Materialien, wie Stärken, Natriumsilikat und Ton. Geeignete Tonsorten sind z. B. Steingutton,
quellender und nichtquellender Bentonit, Fullers Erde und Kaoline. Stärke und Ton sind die bevorzugten
Bindemittel. Die Wand enthält vorzugsweise 5 bis 10Gew.-%, insbesondere 5 bis 8Gew.-%, Stärke und
5 bis 15Gew.-%, insbesondere 8 bis 12Gew.-%, Ton.
Die Einarbeitung von Verleimungsmitteln bzw. Schlichtungsmitteln in die erfindungsgemäße Schallwand
zur Erzielung einer Wasserbeständigkeit ist fakultativ. Geeignete Verleimungs- bzw. Schlichtungsmittel sind z. B. in diesem Fall Wachsemulsionen,
Harze und Silikone. Es ist jedoch zweckmäßig, auf b5 die Oberseite und den Boden der Schallwände Überzüge
aufzubringen, um die Beibehaltung der Strukturstabilität und Integrität der Wand zu unterstützen.
Es ist auch häufig zweckmäßig, die Außenoberfläche der Platte anzustreichen oder auf sonstige Weise zu
dekorieren.
Eine typische Herstellungsmethode der erfindungsgemäßen Schallwände wird nachstehend beschrieben.
Das Cellulosematerial wird defibriert, indem eine Aufschlämmung des Cellulosematerials in heißem
Wasser, gewöhnlich von etwa 54 C, gepulpt wird.
Die Stärke wird in einer Wasseraufschlämmung gelatiniert,
indem auf eine Temperatur von 82 bis 96"C erhitzt wird. Üblicherweise wird genügend Wasser
zugesetzt, daß eine Stärkeaufschlämmung von 1 bis 5% erhalten wird. Die Stärke- und Cellulosematerialien
werden vermischt, bis sie homogen sind. Danach werden Ton in Pulverform, expandierter Perlit und
trockene Mineralfasern zu dem Ansatz gegeben, um eine Gesamtkonsistenz von 3 bis 10%, vorzugsweise
6 bis 8%, zu erhalten, worauf gemischt wird, bis das Ganze homogen ist.
Die Schallwände werden in herkömmlicher Weise auf einer Fourdrinier- oder Zylindermaschine gebildet.
Dabei wird die nasse Masse auf etwa 40 bis 60% ihres ursprünglichen Volumens komprimiert,
wobei darauf geachtet wird, daß die Perlitteilchen nicht gebrochen werden. Die komprimierten Wände
werden getrocknet, gewöhnlicherweise bis sie maximal 1% beibehaltene Feuchtigkeit enthalten. Die Flächen
der Platten Können mit geeigneten Überzügen auf Polymer- oder Harzbasis beschichtet werden. Sodann
werden die beschichteten Platten bzw. Wände zu den gewünschten Dimensionen zugeschnitten und durch
Anstreichen und Perforieren fertiggestellt.
Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Darin sind sämtliche Prozentangaben auf das Gewicht
bezogen.
Unter Verwendung von verschiedenen Formen von Perlitnggregaten, jedoch bei sonst gleichen Bestandteilen
und Verhältnismengen werden Aufschlämmungen für Schallwände hergestellt. Die einzelnen
Aufschlämmungen haben die folgenden Feststoffzusammensetzungen:
Gepulpte nichtgelatinierte Abfallzeitungsfasern mit einer durchschnittlichen Länge
von 2,0 bis 2,5 mm 15%
Perlstärke 5%
Expandierter Perlit 50%
Mineralwolle 20%
Steingutton 10%
Die Bestandteile werden mit Wasser von 54 C vermischt
und Aufschlämmungen mit einer Konzentration von 7,5% gebildet. Jede Aufschlämmung wird
auf einem Drahtsieb in einem Formkasten abgeschieden und zur Bildung einer Matte entwässert.
Die nasse Masse wird in eine hydraulische Presse gebracht und zu etwa 50% bis zu einer Dicke von
15,9 mm komprimiert. Die gepreßte Matte wird über Nacht in einem Ofen mit einer Temperatur von 107 C
getrocknet. Die getrocknete Platte wird sodann auf der Oberseite und dem Boden mit einem Überzug auf PoIymergrundlage
beschichtet, bei 107 C wiedergetrocknet und sodann an der Oberseite angestrichen und an der
Luft getrocknet.
Die trockene Platte wird sodann an der Oberfläche
durch eine Prägepresse perforiert und aufgerauht und jnter Anwendung einer Bruel-und-Kjaer-Schalltesteim-
-ichtung bei Frequenzen von 250, 500, 1000 und 2000 Hz nach der ASTM-Testmethode C-384-58 auf die Schallibsorptionseigenschaften
untersucht.
Die gemessenen durchschnittlichen GVMGeräusch-/erminderungskoeffizienten-)Werte
der normalen \n:i\-
Expandierter Perlit
den/. («„) sind in der folgenden Tabelle bei variierenden
Graden von feinem bis grobem Perlit bei der Plattenzusammensetzung dargestellt. Die Einarbeitung von
gröberen Graden von Perlit im Größenbereich ,on 2,38 mm bis 0,3 mm ergibt eine signifikante Verbesserung
der GVK-Werte. Die besten GVK-Werte wurden bei Verwendung von groben Perlitaggregaten erhalten.
Ii
kompakt
kumpakl
Schüttgewicht (g/cm)
Siebanalyse (Gew.-%)
Siebanalyse (Gew.-%)
zurückgehalten auf einem
Sieb mit einer lichten
Maschenweite von
Sieb mit einer lichten
Maschenweite von
2,38 mm
1,19 mm
0,84 mm
0,59 mm
0,297 mm
kleiner als 0,297 mm
GVK (er.·,)*)
0,06408
0
0
0
5,5
12,5
52,8
47,2
12,5
52,8
47,2
0,11214
0,5
2,4
7,4
45,3
54,7
0,07209
0,13296
0.13617
0,18743
0.12976
0,24-0,27 0,26-0,29
| 0 | Spuren | Spuren | Spuren | 0.3 |
| 5,2 | 15,7 | 21.1 | 20,2 | 29.2 |
| 23,1 | 44,6 | 44.9 | 48,2 | 53.2 |
| 48,9 | 67,6 | 60.6 | 71,3 | 69.6 |
| 77,7 | 81,6 | 78,5 | 89,9 | 84.3 |
| 22,3 | 1«,4 | 21.5 | 10,1 | 15.7 |
| 0,28-0.29 | 0,31-0,33 | 0.34-0.35 | 0,33-0,36 | 0.34-0.37 |
*) ASTM C 384-58.
Claims (5)
1. Schallwand, bestehend aus 40 bis 80Gew.-% expandiertem vulkanischem Glas, 5 bis 30Gew.-%
Mineralfasern, 10 bis 25 Gew.-% organischen Fasern und bis zu 25Gew.-% Bindemittel, gekennzeichnet
durch
(a) 45 bis 75 Gew.-% expandiertes vulkanisches Glas, von dem 65 bis 100 Gew.-% eine Korn- ι ο
größe von 2,38 bis 0,3 mm aufweisen,
(b) 10 bis 30Gew.-% Mineralfasern,
(c) 10 bis 20Gew.-% nichtgelatinierte Ccllulosefasern
mit Längen im Bereich von 0,5 bis 3,5 mm, r>
(d) insgesamt 10 bis 25 Gew.-% Binde- und Vcrleimungs-
bzw. Schlichtungsmittel und
(e) daß die Schallwand durch Verpressung der • nassen Masse auf etwa 40 bis 60 Gew.-% ihres
ursprünglichen Volumens erzeugt worden ist.
2. Schaliwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes enthält:
(a) 45 bis 55% des vulkanischen Glases,
(b) 15 bis 30% der Mineralfasern,
(c) 10 bis 18% der Cellulosefasern und
(d) 5 bis 10% Stärke und 5 bis 15% Ton.
3. Schallwand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vulkanische Glas expandierter
Perlit ist.
4. Schallwand nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jo zeichnet, daß die Mineralfasern Mineralwolle,
Glas, Amositasbest und/oder Gemische von solchen Fasern sind.
5. Schallwand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil der Mineralwolle eine
Länge von 3,175 mm bis 50,800 mm hat.
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