DE4218444A1 - Binder-containing fiber mats made from cellulose or lignocellulose fibers - Google Patents
Binder-containing fiber mats made from cellulose or lignocellulose fibersInfo
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Description
Bindemittelhaltige Fasermatten aus Zellulose- bzw. Lignozellulosefasern (Holzfasern) die durch Heiß pressen zu Formteilen verarbeitet werden, sind in mannigfaltiger Zusammensetzung bekannt und werden auf verschiedenste Weise zu selbsttragenden Formteilen verpreßt. Die Formgebungsmöglichkeiten derartiger Fasermatten bei warmem Verpressen werden dabei vor allem durch deren mangelhafte Zugfestigkeit begrenzt. Der geringe Faserzusammenhalt der nur mittelstark verdichteten Matten führt sehr bald zu Fasertrennun gen während des Umformvorganges, so daß ortlich feh lerhafte Formteile als Ausschußware nicht immer zu vermeiden sind.Binder-containing fiber mats made from cellulose or Lignocellulosic fibers (wood fibers) by hot presses to be molded are in diverse composition known and are based on various ways to self-supporting molded parts pressed. The shaping options of such Fiber mats with warm pressing are pre- all limited by their poor tensile strength. The low fiber cohesion of only medium strength compressed mats very soon leads to fiber separation gene during the forming process, so that locally wrong Learning moldings as rejects are not always too are to be avoided.
In der Vergangenheit gab es daher mancherlei techno logischen Anregungen, um das Umformverhalten - wenn möglich, gekoppelt an eine Formteilverbesserung - zu verbessern. In nahezu allen Fällen wird eine derarti ge Verbesserung durch die Anwendung der sogenannten Faserverbund-Technologie angestrebt, wobei die Holz fasern in recht unterschiedlicher Weise mit Kunst- oder Naturfasern kombiniert bzw. verbunden werden.In the past, there was a lot of techno logical suggestions to the forming behavior - if possible, coupled with a molded part improvement - too improve. In almost all cases such a ge improvement through the application of the so-called Fiber composite technology aimed for, the wood fibers in quite different ways with art or Natural fibers are combined or connected.
Im einzelnen läßt sich die technologische Entwicklung gemäß dem hier interessierenden Stand anhand der nachfolgend aufgeführten Stichworte klassifizieren:Technological development can be described in detail according to the status of interest here using the classify the following keywords:
- - Anreichung der Mattenoberflächen mit zusätzli chen Bindemitteln (DE-OS 38 14 996);- Enrich the mat surfaces with additional Chen binders (DE-OS 38 14 996);
- - Inhomogene Bindemittelverteilung innerhalb der Matte, ebenfalls mit Anreicherung von Bindemit teln in der Mattenoberfläche (DE-P 32 33 385);- Inhomogeneous binder distribution within the Mat, also enriched with bindemite teln in the mat surface (DE-P 32 33 385);
- - Übertragung der Umformkräfte vom Werkzeug auf die Mattenzuschnitte mit Hilfe von Gewebe schichten zur besseren Verteilung, vor allem aber zur Homogenisierung der Krafteinleitung (DE-P 27 59 279, DE-P 27 01 480);- Transfer of the forming forces from the tool to the mat cuts with the help of tissue layers for better distribution, especially but to homogenize the application of force (DE-P 27 59 279, DE-P 27 01 480);
- - Einlagerung von Geweben größerer Zugfestigkeit in die Mittelschicht der Fasermatten (DE-P 34 03 670, EP-OS 0 179 301);- Storage of fabrics with greater tensile strength into the middle layer of the fiber mats (DE-P 34 03 670, EP-OS 0 179 301);
- - Homogenes Einarbeiten von zugfesten Kunst- oder Naturfasern in die Holzfasermatte mit an schließendem Vernadeln der Matte, um deren Fa serzusammenhalt zu erhöhen. - Homogeneous incorporation of tensile art or Natural fibers in the wood fiber mat closing needling of the mat around its increase cohesion.
- - Einbringen von Kunst- oder Naturfasern höherer Festigkeit alternierend schichtweise in das ge samte Mattenvolumen (DE-P 39 17 787), und- Incorporation of synthetic or natural fibers higher Strength alternating in layers in the ge entire mat volume (DE-P 39 17 787), and
- - Aufbringen von mit der Matte verbundenen Stabi lisierungsauflagen, die im wesentlichen deh nungsfrei während der Verformung Zugkräfte auf nehmen können. Derartige Schichten werden in Form von Deckschichtauflagen aus Fäden höherer Zugfestigkeit vorgeschlagen, deren Dicke ver nachlässigbar ist gegenüber der Dicke der Faser matte (DE-P 37 21 663).- Application of stabilizers connected to the mat lization requirements that essentially deh tension-free during deformation can take. Such layers are in Form of top layer layers made of threads higher Tensile strength proposed, the thickness of which ver is negligible compared to the thickness of the fiber mat (DE-P 37 21 663).
Wenn auch - vor allem durch Kombination mehrerer der aufgeführten Maßnahmen - in letzter Zeit erheblicher technologischer Fortschritt auf dem Gebiet der Form teilfertigung aus Holzfasermatten erzielt werden konnte, so haften den einzelnen Maßnahmen jedoch auch heute noch nicht hinznehmende Mängel an. Bindemittel konzentrationen in der Oberfläche, sei es nun als zusätzliche Beleimung oder als inhomogene Bindemit telverteilung, beeinflussen zwar die physikalischen Kennwerte des fertigen Formteiles, haben jedoch kei nen Einfluß auf die Verformbarkeit der Fasermatten. Verformungshilfen in Form von Kraftübertragungstü chern zwischen Werkzeug und Fasermatte (Stabilisie rungstücher), wie sie bis heute zur Fertigungstechnik gehören, wenn komplizierte Formgebungen erzielt wer den müssen, sind aufwendig, teuer und verschleißen schnell. Auch die Einarbeitung von Geweben in die Mattenmitte führt nur zu unvollständigen Problemlö sungen. Da die Umformkräfte über die Mattenoberflä chen eingeleitet werden, ist die Wirkung von Verfor mungshilfen in der Mitte der Fasermatte nur unvoll ständig, so daß Beschädigungen bei komplizierterer Formgebung nur durch die zusätzliche Verwendung von Stabilisierungstüchern vermieden werden können. Die homogene Verteilung von zugfesten Zusatzfasern inner halb einer Holzfasermatte und deren Verbindung mit der Holzfaser durch das Nadeln mittels Fäden führt zwar zu einer guten Verteilung der eingeleiteten Zug kräfte, die Vernadelung vermindert aber die Ver schieblichkeit der Einzelfaser so sehr, daß kompli zierte Formgebungen stark behindert werden. Darüber hinaus lassen sich bei derartigen Matten die Oberflä cheneigenschaften - und damit alle oberflächenabhän gigen Formteileigenschaften - nicht beeinflussen. Als Eigenschaft sei hier nur stellvertretend genannt, die Formteil-Festigkeit und -Steifigkeit infolge verbes serter mechanischer Eigenschaften der Außenschichten, der sogenannten Sandwich-Effekt, die Oberflächendich te, die Wasseraufnahme sowie die Haftgrundeigenschaf ten bei der Verklebung von Kaschierungen.Even if - especially by combining several of the measures listed - lately more significant technological progress in the field of form Partial production can be achieved from wood fiber mats could, however, the individual measures are also liable defects that are not yet Binder concentrations in the surface, be it as additional gluing or as an inhomogeneous binder tel distribution, although affect the physical Characteristic values of the finished molded part, however, have no NEN influence on the deformability of the fiber mats. Deformation aids in the form of power transmission doors between tool and fiber mat (stabilization shrouds), such as those used to date for manufacturing technology belong when complicated shapes are achieved that are, are complex, expensive and wear out fast. The incorporation of fabrics into the Mat center only leads to incomplete problem solving sung. Since the forming forces over the mat surface The effect of Verfor Aids in the middle of the fiber mat only incomplete constantly, so damage to more complicated Shaping only through the additional use of Stabilizing wipes can be avoided. The homogeneous distribution of tensile additional fibers inside half of a wood fiber mat and its connection with of wood fiber through the needles by means of threads although to a good distribution of the initiated train forces, but the needling reduces the ver pushability of the single fiber so much that compli graceful shapes are severely hindered. About that in addition, the surface of such mats properties - and therefore all surface-dependent current molded part properties - do not influence. As Property is only representative here, the Mold strength and rigidity due to verbes serter mechanical properties of the outer layers, the so-called sandwich effect, the surface te, the water absorption as well as the adhesion property when gluing laminations.
Das Einarbeiten der verschiedenen Verstärkungsfasern in alternierende Schichten verbindet zwar die Vortei le einer homogenen Faserverteilung mit guter Faser verschieblichkeit, eine Beeinflussung der Oberflä chenqualität der späteren Formteile ist jedoch auch mit diesem Verfahren nicht möglich.The incorporation of the different reinforcing fibers the advantage connects in alternating layers le a homogeneous fiber distribution with good fiber movability, an influence on the surface Chen quality of the later molded parts is also not possible with this procedure.
Zusammenfassend läßt sich die vorliegende Problematik etwa wie folgt charakterisieren: Werden komplizierte Formteile gewünscht, so ist in der Fertigungspraxis immer noch das Dämpfen der Holzfasermatten, die Mehr stufenverformung und die Verwendung von Stabilisie rungstüchern notwendig - insgesamt ein Aufwand, der die Produktion erschwert und verteuert.In summary, the present problem can be summarized characterize as follows: Become complicated Molded parts are desired, this is in manufacturing practice still steaming the wood fiber mats, the more step deformation and the use of stabilization cloths necessary - overall an effort that production difficult and more expensive.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Holz fasermatten der beschriebenen Art zu schaffen, deren Umformverhalten ohne zusätzlichen Materialaufwand verbessert ist.The invention is therefore based on the object of wood to create fiber mats of the type described, the Forming behavior without additional material expenditure is improved.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.This task is performed by the in the characterizing part of the specified features solved. The Sub-claims give advantageous developments of Invention.
Dadurch, daß die die Oberflächen vorgebenden Außen schichten gegenüber der bzw. den überwiegend aus dem gleichen Material bestehenden Innenschichten eine höhere Verdichtung aufweisen, erhöht sich zunächst deren Zugfestigkeit, und zwar ohne zusätzlichen Mate rialaufwand. Sie können also mehr Zugkräfte übertra gen und wirken wie die zusätzlichen Stabilisierungs schichten des angegebenen Standes der Technik.The fact that the outer surface layers towards the or the predominantly from the same material existing inner layers have higher compression initially increases their tensile strength, without additional mate rial effort. So you can transfer more traction and act like the additional stabilization layers of the stated prior art.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß alle zum er probten Stand der Technik gehörenden Varianten der Holzfasermatten mit erfindungsgemäßer Zusatzverdich tung der Außenschichten versehen werden können; durch die Erfindung wird die Anwendungsbreite dieser Matten nicht eingeschränkt.It is particularly advantageous that everyone to he rehearsed prior art variants of the Wood fiber mats with additional compression according to the invention tion of the outer layers can be provided; by the invention becomes the breadth of application of these mats not limited.
Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Matten liegt darin, daß bei einer Zusatzverdichtung von mehr als 40% der Außenschichten, die mindestens 20 Gew.% Fasermaterial der Matte enthalten, die Gesamtdicke der Matte gemindert wird. Fasermatten der beschriebe nen Art werden bei der Formteilefertigung nicht nur geformt, sondern auch verdichtet. Hierbei treten an Stellen, an denen die Formteilflächen der Werkzeuge näherungsweise parallel zur Preßrichtung orientiert sind, Scherkräfte in der Fasermatte auf, die zu Rei ßern und Fehlstellen im Formteil führen. Die Dicken verminderung erfindungsgemäßer Holzfasermatten schafft also auch bessere Verformungsbedingungen. Dabei bleibt in dem Mittelbereich der Matte die für die Verformungsfähigkeit der Fasermatte notwendige Faserverschieblichkeit infolge der hier gegebenen geringeren Mattenverdichtung erhalten. Die höhere Zugfestigkeit der höher verdichteten Außenschichten und die daraus resultierende verbesserte Verformungs fähigkeit der Holzfasermatten, die nach wie vor er haltene gute Verschieblichkeit der Fasern im größeren Teil der Matte und die verbesserten Verformungsbedin gungen infolge der durch die verringerte Mattendicke verbesserten geometrischen Verhältnisse wirken dabei derart zusammen, daß beim Ausformen der Mattenzu schnitte zu Formteilen auf das Dämpfen der Fasermat tenzuschnitte und auf zusätzliche zugkraftübertragen de Hilfsmittel - wie Gewebeauflagen - in der Mehrzahl der Fälle verzichtet werden kann.Another advantage of mats according to the invention is in that with an additional compression of more than 40% of the outer layers containing at least 20% by weight The mat's fiber material included the total thickness the mat is diminished. Fiber mats of the description NEN type are not only in the manufacture of molded parts shaped, but also compacted. Here start Places where the molding surfaces of the tools oriented approximately parallel to the pressing direction are, shear forces in the fiber mat that lead to Rei ß and lead flaws in the molded part. The fat ones reduction of wood fiber mats according to the invention also creates better deformation conditions. The mat remains in the middle area the deformability of the fiber mat necessary Fiber mobility due to the given here receive lower mat compression. The higher one Tensile strength of the higher density outer layers and the resulting improved deformation ability of the wood fiber mats that he still keeping the fibers easy to move in the larger Part of the mat and the improved deformation conditions due to the reduced mat thickness improved geometrical conditions are effective together in such a way that when the mats are formed cuts to shaped parts on steaming the fiber mat cut and transferred to additional traction de Aids - such as tissue pads - in the majority of cases can be dispensed with.
Holzfasermatten der beschriebenen Art werden im Prin zip durch das Ausstreuen der beleimten Holzfasern auf ein laufendes Band erzeugt. Die Fasern erhalten dabei eine Vorzugsrichtung ihrer Orientierung in Laufrich tung des Bandes. Die Zugfestigkeit der die höhere Verdichtung aufweisenden Außenschichten ist infolge dessen anisotrop: quer zur Bildungsrichtung der Mat ten ist sie deutlich niedriger als in Bildungsrich tung. Die ist für die Ausformung der Matten zum Form teil nachteilig, da die Zugkräfte in jeder Oberflä chenrichtung der Matte wirken können und übertragen werden müssen. Besteht die höherverdichtete Außen schicht aus einer Vielzahl von Einzellagen, deren Faseranordnungen zueinander annähernd orthotrop orientiert sind, sich also näherungsweise unter einem Winkel von 90° kreuzen, so wird dieser Nachteil ver mieden, und die Fasermatte wird in ihren Verformungs eigenschaften unabhängig von Verformungsrichtungen, also von der (späteren) Formteilgeometrie. Die Viel zahl von Einzellagen, aus denen die höher verdichte ten Außenschichten mit orthotrop-orientierten Fasern gebildet wird, erleichtert dabei bei der Fertigung der Matten eine vollständige Orientierung der Fasern im gesamten Volumen der Außenschichten, da jeweils nur dünne Einzellagen "durchorientiert" werden müs sen.Wood fiber mats of the type described are in Prin zip by spreading the glued wood fibers on creates a running tape. The fibers get there a preferred direction of their orientation in Laufrich the tape. The tensile strength of the higher Outer layers with compaction are the result its anisotropic: across the educational direction of the mat it is significantly lower than in education tung. This is for shaping the mats to form partly disadvantageous because the tensile forces in each surface direction of the mat can act and transfer Need to become. There is the higher density outside layer of a variety of individual layers, their Fiber arrangements approximately orthotropic to each other are oriented, i.e. approximately under one Cross angles of 90 °, this disadvantage is ver avoided, and the fiber mat is in its deformation properties independent of deformation directions, So from the (later) part geometry. The lot number of individual layers from which the higher density outer layers with orthotropically oriented fibers is facilitated during production of the mats a complete orientation of the fibers in the entire volume of the outer layers, since each only thin individual layers have to be "oriented through" sen.
Eine Faserorientierung, bei der die orthotrope Aus richtung der Fasern in den einzelnen Schichten alter nierend wechselt, kann daher für die Mattenfertigung vorteilhaft sein.A fiber orientation in which the orthotropic out direction of the fibers in the individual layers of old changes, can therefore be used for mat production be beneficial.
Häufig werden Holzfasermatten in geringem Maße andere Fasermaterialien, z. B. Polymerfasern, zugemischt. Eine Zumischung von weniger als 45% längerer Nicht- Holzfasern, bezogen auf das Gewicht der Außenschich ten, bewirkt eine deutliche Erhöhung ihrer Zugfe stigkeit und bewirkt eine deutliche Verbesserung der Verformungsfähigkeit der Matten. Der Begriff "längere Faser" bezieht sich dabei auf die Länge der kürzeren Holzfasern, die 10 mm nicht übersteigt.Wood fiber mats are often slightly different Fiber materials, e.g. B. polymer fibers, mixed. An admixture of less than 45% longer non- Wood fibers, based on the weight of the outer layer causes a significant increase in their tensile strength stability and brings about a significant improvement in Deformability of the mats. The term "longer Fiber "refers to the length of the shorter one Wood fibers that do not exceed 10 mm.
Es wurde erfindungsgemäß gefunden, daß Matten, deren Außenschichten ein spezifisches Gewicht von mehr als 0,5 g/cm3 aufweisen, während das spezifische Gewicht der Mittellage zwischen 0,3 und 0,4 g/cm3 beträgt, ein optimales Eigenschaftsspektrum bezüglich Herstel lung und Handhabung der Matten sowie der Formteilfer tigung ergaben. Auch die Handhabung der Matten bei ihrer Lagerung, für den Zuschnitt und Transport wird durch höher verdichtete Außenschichten infolge der vergrößerten Plattensteifigkeit erleichtert.It has been found according to the invention that mats, the outer layers of which have a specific weight of more than 0.5 g / cm 3 , while the specific weight of the middle layer is between 0.3 and 0.4 g / cm 3 , have an optimal range of properties with regard to their manufacture processing and handling of the mats as well as the molding production. The handling of the mats during storage, for cutting and transport is also made easier by the higher-density outer layers due to the increased plate rigidity.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert und beispielsweise beschrieben.The invention is explained below with reference to FIGS. 1 and 2 and described for example.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine in schematische Schnittdarstellung den Unterschied zwischen homogen verdichteten Holzfasermatten nach dem Stand der Technik und erfindungsgemäßen Matten mit verdich teten Außenschichten. Fig. 1 is a schematic sectional view of the difference between homogeneously compressed wood fiber mats according to the prior art and mats according to the invention with densified outer layers.
Fig. 2 eine Möglichkeit zur Fertigung erfindungs gemäßer Matten. Fig. 2 shows a way to manufacture fiction, contemporary mats.
Zwischen der gestrichelt dargestellten Linienführung 9, 9′ ist in Fig. 1 die geringer verdichtete Mittel schicht 1 einer dreischichtigen Fasermatte gezeigt. Ihre Dichte entspricht der üblichen Dichte der zum Stand der Technik gehörenden Rohmatten, sie liegt etwa zwischen 0,3 und 0,4 g/cm3. Die beiden gepunktet dargestellten zusätzlichen äußeren Verdichtungszonen 2 der erfindungsgemäßen Matte sind, wie ersichtlich, um eine bestimmte vorgenannte Dichte erhöht, bzw. ur sprünglicher Dicke verringerte, was die Gesamtdicke der Matte gleichzeitig herabsetzt und eine im wesent lichen materialidentische, höher zugfeste Außen schicht vorgibt.Between the dashed lines 9, 9 'is shown in Fig. 1, the less compressed middle layer 1 of a three-layer fiber mat. Their density corresponds to the usual density of the raw mats belonging to the state of the art, it lies approximately between 0.3 and 0.4 g / cm 3 . The two dotted additional outer compression zones 2 of the mat according to the invention are, as can be seen, increased by a certain aforementioned density or reduced original thickness, which simultaneously reduces the overall thickness of the mat and specifies an essentially material-identical, higher tensile outer layer.
In Fig. 2 sind verschiedene Streuvorrichtungen 6 für die Bildung der Außenschichten angedeutet, wobei die unverdickte Mittelschicht durch einen weiteren Streu kopf 7, ausgestreut wird. Die umlaufenden Bänder 5, auf die das untereinander vorzugsweise identische und vorbeleimte Fasermaterial gestreut wird, laufen in Pfeilrichtung um und bewirken den Mattentransport. Zwei Kalanderwalzenpaare 3 sind vorgeheizt und bewir ken sowohl die Verdichtung der beiden Außenschichten 2 als auch, falls erforderlich, deren verfestigende Stabilisierung durch Erweichen zumindest einer Kom ponente der Bindemittel ohne Vernetzung.In Fig. 2 different scattering devices 6 are indicated for the formation of the outer layers, the uncompromised middle layer by a further scattering head 7 , is spread. The circumferential belts 5 , onto which the preferably identical and pre-glued fiber material is sprinkled, run in the direction of the arrow and effect the mat transport. Two pairs of calender rolls 3 are preheated and cause ken both the compression of the two outer layers 2 and, if necessary, their stabilizing stabilization by softening at least one component of the binder without crosslinking.
Nachdem die die Gesamtmatte 8 bildenden Material- Teilströme 1 und 2 vor einem Endkalander 4 zusammen geführt sind, läßt sich hier ein Verdichtungsgrad der Mittelschicht 1 eingestellt. Die bereits höher vor verdichteten Außenschichten 2 werden in ihrer Verdichtung nicht mehr beeinflußt, jedoch durch den Druck der Kalanderwalzen 4 ausreichend fest mit der Mittelschicht 1 verbunden.After the total mat 8 are guided forming material substreams 1 and 2 before a final calender 4 together, a degree of compaction of the layer 1 can be set here. The compression of the outer layers 2, which are already compressed higher, is no longer influenced, but is sufficiently firmly connected to the middle layer 1 by the pressure of the calender rolls 4 .
Eine Faserorientierung in den vorverdichteten Außen schichten 2 der Fasermatte 1, 2 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Kalanderwalzen 3 Oberflächenmuster, beispielsweise in Form von Schräg rillungen, aufweisen.A fiber orientation in the pre-compressed outer layers 2 of the fiber mat 1, 2 can be achieved, for example, that the calender rolls 3 surface patterns, for example in the form of oblique creases.
Die Fig. 2 zeigt beispielsweise, wie erfindungsgemäße Dreischichtmatten 8 gefertigt werden können. Andere Vorgehensweisen, auch eine größere Schichtzahl sind möglich; z. B. können materialidentische Außenschich ten 2 auch separat vorgefertigt werden und auf andere Weise mit der Mittelschicht 1 verbunden werden. Fig. 2 shows, for example, can be manufactured as three-layer mat 8 of the invention. Other procedures, even a larger number of layers are possible; e.g. B. material-identical outer layers th 2 can also be prefabricated separately and connected in a different way to the middle layer 1 .
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