DE29516472U1 - Filz aus biegsamem Fasermaterial mit regelloser Ausrichtung - Google Patents

Filz aus biegsamem Fasermaterial mit regelloser Ausrichtung

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Description

Filz aus biegsamem Fasermaterial mit regelloser Ausrichtung
Die Erfindung betrifft Mineralwollefilze und insbesondere Filze, die als "gekreppt" bezeichnet werden, d.h. solche, in denen die Faserausrichtung quasiregellos und nicht planparallel ist.
Die gekreppten Filze sind für verschiedene Verwendungszwecke vorgesehen, insbesondere wenn man auf sie entweder einen Druck, ohne ein zu starkes Zusammenpressen zu verursachen, oder senkrecht zur Oberfläche eine Zugkraft ausüben will, ohne eine Entschichtung zu bewirken. Im Unterschied zu herkömmlichen Lagenfilzen sind sie jedoch sehr empfindlich gegen Biegung und reißen senkrecht zur Oberfläche, selbst wenn man sie nur leicht biegt. Durch dieses Phänomen wird der Verwendungsbereich der gekreppten Filze stark eingeschränkt. Die Erweiterung dieses Bereichs ist somit erwünscht.
Die Mineralfaserfilze bestehen herkömmlicherweise aus Lagen, sie werden kontinuierlich gebildet, indem man auf einen Förderer Fasern aufbringt, die von Gasströmen transportiert wer-
Deutsche Bank, Herne (BLZ 430 700 61) KcntorftMmer: JS 145 5© ■ Scfy*(£*Vereir»sbank München (B17 700 202 70) Kontonurnmar: 46 505 999
Posteoheck München fBI£ 708 100 80) Konibnumrner: 227 682 ■ 805
den. Der Förderer nimmt die Fasern auf und läßt das Gas hindurch. :
Bevor sie sich auf dem Förderer abscheiden, werden die Fasern mit einer Harzzusammensetzung beschichtet, die vorgesehen ist, sie miteinander zu verbinden, um so dem gebildeten Filz Zusammenhalt zu verleihen. Die in flüssiger Form angewendete Harzzusammensetzung wird durch eine thermische Behandlung vernetzt, welcher der Filz unterzogen wird, der zuvor in den für Dicke und spezifisches Gewicht gewünschten Zustand gebracht worden ist.
Die herkömmlichen Herstellungsarten für Filze führen zu Erzeugnissen, deren Eigenschaften nicht sämtlichen Anforderungen vollständig entsprechen, die an bestimmte Verwendungszwecke gestellt werden. So ist es abgesehen von Isoliereigenschaften, die allgemein verlangt werden, mitunter erforderlich, daß die verwendeten Erzeugnisse ganz spezielle mechanische Eigenschaften besitzen. Das ist beispielweise bei Erzeugnissen der Fall, die Mauerwerkselemente tragen und demzufolge starke Drücke aushalten müssen, wie die Produkte, welche zur Isolierung von der Zirkulation zugänglichen Flachdächern dienen. Weiterhin ist das der Fall bei Erzeugnissen, die zur Außenisolierung verwendet werden und insbesondere in der Lage sein müssen, Abreißkräften zu widerstehen.
Um Erzeugnisse zu erhalten, welche diese besonderen Eigenschaften besitzen, ist es erforderlich, die herkömmlichen Herstellungsverfahren für Filze zu modifizieren.
Im herkömmlichen Verfahren führt die Herstellung der Filze durch Abscheiden von Fasern auf dem Aufnahmeförderer oder einem analogen Organ zu einer Verwirrung, die nicht in allen Richtungen gleich ist. Experimentell ist festgestellt worden, daß die Fasern eine starke Neigung haben, sich parallel zur Aufnähmefläche anzuordnen. Dabei ist diese Neigung um so ausgeprägter, je länger die Fasern sind. Durch diese Filzstruk-
tür werden Isoliereigenschaften und auch Zugfestigkeit in Längsrichtung begünstigt. Demzufolge ist eine solche Struktur für zahlreiche Verwendungszwecke vorteilhaft. Selbstverständlich ist aber eine solche Struktur nicht am geeignetsten, wenn das Erzeugnis beispielsweise in Dickenrichtung Druck oder Abreißkräften widerstehen soll.
Es sind Verfahren bekannt, die für eine quasiregellose Faserausrichtung sorgen. So wird in der europäischen Patentanmeldung EP-A-O 133 083 vorgeschlagen, daß der auf dem Aufnahmeorgan aufgenommene Faserfilz, nachdem er gegebenenfalls in Dickenrichtung verdichtet worden ist, kontinuierlich in Längsrichtung komprimiert wird, indem er von einem Paar Förderer, die mit einer bestimmten Geschwindigkeit angetrieben werden, zu einem Paar Förderer übergeht, deren Geschwindigkeit unter der der vorhergehenden liegt. Wird die Verdichtung in mehreren aufeinander folgenden Stufen durchgeführt, insbesondere bei den Filzen, für welche eine Verdichtung ohne Faltenbildung am schwierigsten zu erreichen ist, können höhere Kompressionsgrade erhalten werden. Außerdem können bei ein und demselben Endkompressionsgrad die Eigenschaften der hergestellten Erzeugnisse verbessert werden, wenn die Verdichtung in mehreren Stufen durchgeführt wird.
In einem anderen Dokument, der europäischen Patentanmeldung EP-A-O 434 536, wird ein Filz aus mit verbesserten Eigenschaften ausgestatteten quasiregellos ausgerichteten Mineralfasern vorgeschlagen, die ein spezifisches Gewicht von höchstens 40 kg/m und größtenteils einen Durchmesser zwischen 2,5 und 4,5 um und eine Länge von 2 bis 15 Zentimetern besitzen. In dieser Patentanmeldung ist vorgesehen, daß die Matte oberflächenbehandelt sein kann, d.h. mit einer oder zwei Haftfolien aus Papier, Aluminium, Polyethylen oder PVC beschichtet ist.
Die durch obengenannte Verfahren erhaltenen Matten aus gekreppten Mineralfasern werden im allgemeinen in der herge-
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stellten Form, d.h. als flache Platten, transportiert und verwendet. Es wäre jedoch interessant, die gekreppten Matten, gegebenenfalls sogar mit kleinen Biegeradien; vorübergehend oder bleibend biegen zu können.
Das Interesse daran, die gekreppten Matten aufwickeln zu können, damit Transport und Lagerung großer Längen möglich wird, ohne zu viel Zwischenraum zu benötigen, ist offensichtlich. Auf dem Gebiet der technischen Verwendung gekreppter Matten, ist die Isolierung großer Rohrleitungen oder zylindrischer Behälter, die begehbar sein müssen, ein Einsatz, bei welchem eine bleibende Krümmung einer geloreppten Matte sehr nützlich wäre.
Weiterhin ist auf dem Gebiet des Standes der Technik für gekreppte Mineralwollefilze das europäische Patent EP-B-O 472 532 bekannt, in welchem ein Verfahren zur Herstellung einer gekreppten Platte vorgeschlagen wird, die nur auf einer Seite mit einer Beschichtungsfolie überzogen ist. Gemäß diesem Verfahren wird, nachdem der Kreppvorgang auf übliche Weise durchgeführt worden ist, auf beiden Seiten der Matte ein Glasgewebe aufgebracht, bevor die thermische Behandlung des Harzes erfolgt, welches das Bindemittel bildet. Am Ende wird die Matte in der Dicke gespalten, um zwei gleiche Matten zu erhalten, die jeweils nur auf einer Seite beschichtet sind. Dieses Verfahren erlaubt es, eine Platte zu erhalten, die gebogen werden kann, wenn das Glasgewebe auf der konkaven Seite bleibt. In dem Dokument ist klar offenbart, daß eine Biegung in die andere Richtung {dabei befindet sich das Glasgewebe auf der konvexen Seite) nicht möglich ist. Das Zwischenprodukt mit Gewebe auf beiden Seiten wird als steif beschrieben, jedoch sind die Fasern auf der freien Seite nach dem Spalten "keinen Zug- und Druckkräften in Faserrichtung ausgesetzt, da die Platte senkrecht zu den Fasern gebogen wird. Somit läßt sich die durch dieses Verfahren hergestellte Platte wegen des Fehlens rückseitiger horizontaler Bindungen gut biegen". Die Vereinigung dieser zwei Phänomene, Steifig-
keit der auf beiden Seiten beschichteten Platte und Nachgiebigkeit der in ihrer Dicke gespaltenen Platte, zeigt, daß das Glasgewebe unter Zug unverformbar ist und eine Biegung nur ausgeführt werden kann, wenn sich die Beschichtung auf der konkaven Seite befindet. Das wird durch das in diesem Dokument beschriebene Montageverfahren bestätigt, worin die Ränder der Deckenplatte wie im Fall einer gewölbten Decke "auf T-Trägern aufliegen".
Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Erzeugnis, und zwar eine Matte aus gekreppten Fasern, bereitzustellen, das man, um es lagern und transportieren zu können, ohne Nachteile um sich selbst aufwickeln kann.
Weiterhin besteht eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, die Verwendung von Matten aus gekreppten Mineralfasern auf gekrümmten Oberflächen zu ermöglichen, ohne daß sie ihre Eigenschaften, insbesondere ihre isolierenden, verlieren.
Um diese Aufgaben zu lösen, schlägt die Erfindung einen Filz aus gekreppter Mineralwolle vor, der auf wenigstens einer Seite mit einer Beschichtungsfolie versehen, bestimmt ist, einer vorübergehenden oder bleibenden Biegung unterzogen zu werden und dessen als die konvexe vorgesehene Seite mit einer Beschichtungsfolxe ausgestattet ist, deren Abreißfestigkeit über 300 kPa liegt.
Diese Folie hat vorteilhafterweise Kraftpapier zur Grundlage. Damit dieses allein die erforderliche Eigenschaft der Reißfestigkeit erhält, muß es ein Flächengewicht von mindestens 60 g/m besitzen.
Damit er sich leicht um sich selbst aufwickeln läßt und seine Eigenschaften bewahrt, wenn er auf einer gekrümmten Oberfläche eingesetzt worden ist, weist der erfindungsgemäße gekreppte Filz vorzugsweise einen Kreppgrad zwischen 4 und 5 und ein Flächengewicht unter 2 kg/m auf.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erzeugnisses besitzt auf der Seite, welche der mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsfolie überzogenen Seite gegenüberliegt, Fasern, die praktisch alle senkrecht zur Oberfläche stehen. Eine solche Anordnung wird insbesondere dann sichergestellt, wenn der Filz aus gekreppter Mineralwolle aus der Teilung eines dickeren Filzes in der Dicke resultiert, wobei die Seite, welche der mit der erfindungsgemäßen Beschichtungs folie überzogenen Seite gegenüberliegt, aus dem Spaltvorgang hervorgeht.
Die Figuren und die folgende Beschreibung erläutern die Erfindung und deren Vorteile, wobei
- Figur 1 das Ergebnis eines Biegevorgangs, dem eine gekreppte Matte des Standes der Technik unterworfen worden ist,
- Figur 2 eine erfindungsgemäße Matte vor und
- Figur 3 eine erfindungsgemäße Matte nach dem Biegen
zeigt.
Die hier behandelten gekreppten Filze sind aus Mineralwolle, Glaswolle oder Gesteinswolle hergestellt. Diese Erzeugnisse werden meist ausgehend von Fasern produziert, die durch Zentrifugierverfahren, gegebenenfalls mittels Durchlauf durch die Öffnungen einer Zentrifuge oder einfach Aufschleudern auf die Oberfläche von Rollen, die sich mit hoher Geschwindigkeit drehen, erhalten sind.
Die Anlage für die Filzherstellung umfaßt zunächst eine oder mehrere Maschinen des vorhergehenden Typs, Fasererzeuger. Die ausgeschleuderten Fasern werden im unteren Bereich der Ma-
schinen durch Absaugung auf einem Fördergurt gesammelt, der den Boden einer Aufnahmekammer bildet.
Im Inneren dieser Kammer wird auf die Fasern von Einrichtungen eine flüssige Bindemittelzusammensetzung gespritzt. Herkömmlicherweise ist man bestrebt, das Bindemittel auf den Fasern so gleichmäßig wie möglich aufzubringen, damit es sich anschließend im Filzaufbau möglichst einheitlich verteilt.
Der die Kammer verlassende Filz ist gewöhnlich relativ leicht. Sein mittleres spezifisches Gewicht ist niedrig bei großer Dicke. Außerdem sind die Fasern auf Grund der Herstellungsweise des Filzes hauptsächlich entlang den Richtungen orientiert, die parallel zum Förderer verlaufen.
In den herkömmlichen Herstellungsanlagen für Mineralfaserfilze gelangt der Filz aus der Aufnahmekammer sofort in den Behälter für die thermische Behandlung, die das Aushärten des Bindemittels bewirkt.
Andererseits wird, wenn man einen gekreppten Filz herstellt, vor dem Aushärten des Bindemittels ein zusätzlicher Arbeitsgang durchgeführt, bei dem es sich um eine Veränderung der vorherrschenden Ausrichtung der Fasern handelt. Dabei sind mehrere Verfahren möglich. So kann man beispielsweise den Filz mit Nadeln "bearbeiten", durch deren Tätigkeit die Fasern senkrecht zur Filzoberfläche ausgerichtet werden. Ein anderes Verfahren erlaubt es, daß dem Filz durch aufeinander folgende Veränderungen ein ganz beträchtlich erhöhtes spezifisches Gewicht und eine andere Faserausrichtung verliehen wird.
Die Veränderungen gemäß letzterem Verfahren umfassen vorzugsweise eine Verdichtung des Filzes in der Dickenrichtung. Diese Verdichtung wird beispielsweise erreicht, indem man den Filz zwischen zwei Förderern durchlaufen läßt, deren sie
trennender Abstand sich in der Durchlaufrichtung des Filzes stetig verringert.
Anschließend läuft der so verdichtete Filz zwischen weiteren Fördererpaaren durch, wobei die Geschwindigkeit eines jeden Paares niedriger als die der vorhergehenden Fördererpaare ist, was zu einer fortlaufenden Längsverdichtung des Filzes führt.
Während dieser aufeinander folgenden Veränderungen ist der Filz ständig umschlossen, um zu verhindern, daß er nicht wieder zumindest teilweise sein Ausgangsvolumen annimmt; danach gelangt er direkt in den Behälter, in welchem die thermische Behandlung stattfindet, durch die das Bindemittel vernetzt und das Erzeugnis stabilisiert wird.
Unterzieht man einen Probekörper aus gekrepptem Filz, der gemäß einem der obengenannten Verfahren hergestellt ist, einem Biegevorgang, verschlechtert sich im allgemeinen das Produkt selbst bei sehr großen Biegeradien. Dabei treten zwischen den Fasern der konvexen Seite Risse auf, die sich zum Inneren des Erzeugnisses fortsetzen. Dieses Phänomen ist in Figur 1 veranschaulicht. Durch solche Risse wird die Seitenstabilität des Erzeugnisses zerstört und sein Zusammenhalt stark verschlechtert. Die Zerstörung der Bindung zwischen den Fasern auf beiden Seiten des Risses ist irreversibel, die chemischen Bindungen, die im Bindemittel bei seiner Vernetzung aufgebaut worden sind, existieren nicht mehr.
Das zuvor beschriebene Phänomen hat zur Folge, daß es unmöglich ist, einen gekreppten Filz auch nur vorübergehend zu biegen, ohne seine Eigenschaften zu verschlechtern. Verwendet man beispielsweise einen gekreppten Filz aus Glaswolle mit einem spezifischen Gewicht von 16 kg/m und einer Dicke von 120 mm zur Isolierung eines horizontal angeordneten zylindrischen Behälters mit einem Meter Durchmesser, wobei durch die Verwendung des gekreppten Materials die Realisierung einer
guten ununterbrochenen Isolation möglich sein muß, treten auf der konvexen Seite Risse auf, die gleich denen in der Figur 1 sind und die Wärmeisolierung der Ummantelung aus gekrepptem Filz beträchtlich verschlechtern.
Im gleichen Zusammenhang ist es interessant, wenn man einen gekreppten Filz mit einer Breite von 1,20 m in Längen von 10 m, einem spezifischen Gewicht von 30 kg/m und einer Dicke von 30 mm vertreiben will, das Erzeugnis zu Rollen verpacken oder den Filz um sich selbst aufwickeln zu können. In einem solchen Fall, selbst wenn die äußeren Lagen der Rolle einen großen Biegeradius besitzen, der nur Risse von geringer Tiefe auf der konvexen Seite bewirkt, liegen die Dinge im Zentrum der Rolle anders, wo die Biegeradien dieselbe Größenordnung wie die Filzdicke haben und somit kaum größer als 30 mm sind. Dort sind die Schäden nicht akzeptabel. Deshalb ist es besonders interessant, über gekreppte Filze in Rollenform verfügen zu können, d.h. mit einer nicht festgelegten Länge, da es dann möglich ist, auf der Baustelle genau das benötigte Stück zuzuschneiden, ohne daß dabei Abfälle entstehen, die eine Verschwendung wären.
Der erfinderische Gedanke bestand dann darin, eine der Seiten des Erzeugnisses mit einer Beschichtungsfolie zu versehen, deren wesentliche Aufgabe darin besteht, eine Dehnung der konvexen Seite des Produkts, das gebogen werden soll, zu verhindern.
Es wurden Versuche mit zahlreichen unterschiedlichen Materialien durchgeführt, dabei wurden Folien aus Kunststoff (Polyethylen) , Metall (Aluminium) und unterschiedlichem Papier (Kraftpapier) eingesetzt. Es handelte sich entweder um einfache Folien oder Verbundmaterialien. Letztere weisen entweder eine Sandwichform wie beispielsweise eine Aluminiumfolie, die über ihre gesamte Oberfläche mit einer Polyethylenfolie verbunden ist, oder die Form einer einzigen verstärkten Folie
auf. So sind Kraftpapiere geprüft worden, die mit ■Verstärkungsnetzen aus Glas- oder Polyesterfäden verstärkt waren.
Nachfolgend wird beispielhaft ein Vorgang beschrieben, der eine Lösung des gestellten Problems erlaubt. In einer Produktionslinie für Glaswolle, worin man die Fasern herstellt, indem sie durch die Öffnungen einer Zentrifuge geschickt werden, wurde vor dem Eintritt in die thermische Behandlungsanlage, wo die Vernetzung des Bindemittels stattfindet, zwischen dem gekreppten Filz und dem ihn tragenden Fördergurt eine Beschichtungsfolie aus Kraftpapier mit einem Flächengewicht von 90 g/m eingelegt. Diese wird im Behandlungsbehälter mit dem Filz verklebt und bleibend verbunden, das dabei erhaltene Erzeugnis ist in Figur 2 gezeigt. Der Filz hatte ein spezifisches Gewicht von 43 kg/m° und eine Dicke von 60 mm. Sein Kreppgrad, d.h. die während des Kreppvorgangs erreichte Längskonzentration der Fasern, betrug 4,5 (das entspricht auch dem Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Eingang und Ausgang der Kreppzone und der realisierten Erhöhung des spezifischen Gewichts). Es wurden Versuche durchgeführt, in denen der so ausgestattete Filz um sich selbst aufgewickelt und dafür gesorgt wurde, daß das Kraftpapier auf der konvexen Seite blieb. Nachdem die zusammengepreßte Rolle eine Woche lang gelagert worden war, wurde sie wieder geglättet, wobei man feststellte, daß der sich erneut im flachen Zustand befindliche Filz kein Formerinnerungsvermögen aufwies und, wieder flach, auch eben blieb. Danach wurde durch eine zerstörende Prüfung, in welcher das Kraftpapier von der Filzoberfläche getrennt wurde, nachgewiesen, daß keine Risse vorhanden waren; das Erzeugnis hatte sich dadurch, daß es aufgewickelt worden war, in keiner Weise verändert.
Ein Aufwickelversuch in der anderen Richtung, wobei sich das Papier auf der konkaven Seite befand, ergab einen Filz mit einem Aussehen wie in Figur 1, d.h. mit einer Vielzahl von Rissen, welche, die mittlere Dicke des Filzes vorausgesetzt, ihn an mehreren Stellen vollständig durchzogen.
Andererseits erhält man, wenn sich das Papier auf der konvexen Seite befindet, ein Ergebnis wie in Figur 3, wo ersichtlich ist, daß der Filz nur auf der konkaven einen Seite durch Kompression verformt worden ist.
Es wurde ein Vergleichsversuch mit einem gleichen Papier, dessen Flächengewicht jedoch niedriger war (60 g/m ) , durchgeführt, der mit einem Mißerfolg endete, da das Papier beim Aufwickeln des Filzes an mehreren Stellen aufriß.
Die Versuche, die mit verschiedenen Materialien als Beschichtungsfolie gemacht worden sind, haben schließlich gezeigt, daß eine notwendige Bedingung für eine gute Ausführung der Erfindung darin besteht, daß die Abreißfestigkeit der Folie über einer bestimmten Grenze, die 300 kPa beträgt, liegt. Vollkommen überraschend ist festgestellt worden, daß diese Grenze nicht von den Eigenschaften des Filzes abhängt, ab dem Moment, wo der Kreppgrad über 4 liegt, unabhängig von der Dicke oder dem spezifischen Gewicht des Filzes, ist er in der Lage, starke Biegungen mitzumachen, die bis zum Aufwickeln um sich selbst gehen können, unter der Voraussetzung, daß die Beschichtungsfolie auf der konvexen Seite angeordnet worden ist und eine Abreißfestigkeit besitzt, die 300 kPa übersteigt .
Die Abreißfestigkeit ist eine charakteristische Größe für die Festigkeit dünner Folien, welche für die Verpackung vorgesehen sind. Ihre Messung wird entsprechend der Norm DIN 53 113 (Juni 19 90) durchgeführt.
Die einzige festgestellte Einschränkung bestand in einer grossen Dicke des Filzes, verbunden mit einem hohen spezifischen Gewicht. Die Ergebnisse werden weniger sicher, wenn beispielsweise ein Filz mit 60 kg/m eine Dicke von 120 mm hat. Dann ist es noch durchführbar, einem Filz, der zur Isolierung eines gekrümmten Untergrundes vorgesehen ist, eine
Biegung zu verleihen, jedoch wird ein Aufwickeln des Filzes um sich selbst, ohne dabei im Zentrum der Rolle einen Hohlraum freizulassen, unmöglich. Es ist festzustellen, daß das Aufwickeln immer möglich ist, wenn das Produkt aus spezifischem Gewicht und Dicke innerhalb gewisser Grenzen bleibt. Bleibt das spezifische Gewicht in kg/m , multipliziert mit der Dicke in Metern (d.h. das Flächengewicht) höchstens 2 kg/m , dann ist das Aufwickeln des erfindungsgemäßen Erzeugnisses um sich selbst sogar bei einem Kreppgrad von über 4 immer möglich.

Claims (5)

- 13 S c hut &zgr; ans prüche
1. Filz aus gekreppter Mineralwolle, der auf wenigstens einer Seite mit einer Beschichtungsfolie versehen und bestimmt ist, einer vorübergehenden oder bleibenden Biegung unterzogen zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß die als konvexe vorgesehene Seite mit einer Beschichtungsfolie ausgestattet ist, deren Abreißfestigkeit über 300 kPa liegt.
2. Mineralwollefilz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsfolie Kraftpapier zur Grundlage hat.
3. Mineralwollefilz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsfolie aus Kraftpapier mit &bgr;&iacgr;&ogr;
nem Flächengewicht von mindestens 60 g/m besteht.
4. Mineralwollefilz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sein Kreppgrad über 4 und sein Flächengewicht unter 2 kg/m liegt und daß er zur Bildung einer Rolle um sich selbst aufgewickelt ist.
5. Mineralwollefilz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus der Teilung eines dickeren Filzes in der Dicke resultiert.
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