DE4406863A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen einer Substanz in ein Fasermaterial, insbesondere in ein Mineralfasermaterial - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen einer Substanz in ein Fasermaterial, insbesondere in ein MineralfasermaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen einer Substanz in ein
Fasermaterial, insbesondere in ein Mineralfasermaterial und eine zur
Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Häufig ist es erforderlich, in eine Matte oder ein Fasermaterial, wie insbe
sondere ein Mineralfasermaterial für Dämmzwecke, Substanzen einzubringen.
Die Substanz kann im Hinblick auf verschiedene Aufgaben eingebracht wer
den. Es kann sich um eine Substanz handeln, die die Fasern schützt. Es kann
sich weiterhin um ein Bindemittel handeln, insbesondere im Falle der Herstel
lung eines Dämmfasermaterials. Obwohl die Erfindung auch zur Einbringung
anderer Substanzen als Bindemittel anwendbar ist, wird im Rahmen dieser Be
schreibung in erster Linie der Fall der Einbringung eines Bindemittels in ein
Mineralfasermaterial, insbesondere ein Wärmedämmfasermaterial, erläutert.
Hierbei ist es anzustreben, eine gleichmäßige Einbringung und Verteilung
des Bindemittels zu erzielen, d. h. gleichmäßige Verteilung auf die Stellen ge
genseitiger Berührung, also der Kreuzungspunkte der Mineralfasern, die das
Fasermaterial bilden.
Eine gleichmäßige Einbringung erlaubt es, einen guten Zusammenhalt
des Endproduktes sicherzustellen und die mechanischen Eigenschaften zu
verbessern, insbesondere das Rückfederungsvermögen nach Kompression zur
Wiedererlangung des Wärmedämmvermögens des Produktes zu verbessern.
Verschiedene Techniken, die im Stand der Technik beschrieben sind, er
lauben die Einbringung eines Bindemittels.
Hierbei ist zu beachten, daß Mineralfasermaterialien aus Mineralfasern
gebildet werden, die für gewöhnlich entweder in einem Zerfaserungsprozeß mit
einem internen Schleuderverfahren oder in einem Zerfaserungsprozeß mit ei
nem externen Schleuderverfahren gewonnen werden.
Der Prozeß der Zerfaserung mit einem internen Schleuderverfahren be
steht aus dem Zuführen des zu zerfasernden Materials im geschmolzenen Zu
stand ins Zentrum einer Zentrifuge oder eines Zerfaserungsrotors, welcher an
seinem Umfang eine Vielzahl von Öffnungen oder Perforationen aufweist, von
denen ausgehend Fäden erzeugt werden. Diese Fäden werden anschließend
durch eine Hochgeschwindigkeits-Gasströmung ausgezogen und als verfe
stigte Fasern auf einem Produktionsband abgelegt.
Bei der Zerfaserung mit einem externen Schleuderverfahren wird das zu
zerfasernde Material im geschmolzenen Zustand dem äußeren Umfang eines
Zerfaserungsrades zugeführt, von dem es sich infolge der Zentrifugalkraft unter
Bildung von Fäden löst. Auch hier wirken Gasströmungen am Ausziehen der
Fäden mit, welche als verfestigte Fasern auf einem Produktionsband abgelegt
werden.
Bei der Zerfaserung mittels internem Schleuderverfahren wird das Bin
demittel auf die Fasern aufgesprüht, während diese sich auf ihrem Weg zur
Ablage auf dem Produktionsband befinden.
Die US-A-2 931 422 zeigt diese Form des Besprühens. Das Bindemittel,
welches im allgemeinen ein organisches Polymer ist, wird mittels einer Vorrich
tung zerstäubt, die im Zentrum des sich unterhalb der Zentrifuge ausbildenden
Fasertorus angeordnet ist.
Eine alternativ gezeigte Ausführungsform besteht darin, die Zerstäubung
in den Außenbereich des Fasertorus, der sich unterhalb der Zentrifuge ausbil
det, zu verlegen und somit die Zerstäubung des Bindemittels außerhalb dieses
Torus durchzuführen.
Ein Nachteil dieser Zerstäubungstechniken besteht darin, daß sie in einer
Zone mit sehr hoher Temperatur ausgeführt werden.
Diese hohe Temperatur bringt den Beginn einer Polymerisation des Bin
demittels mit sich. Dieses Phänomen hat ein gegenseitiges Anhaften der Fa
sern zur Folge, welches in diesem Stadium der Herstellung nicht erwünscht ist,
da es zu übermäßig hohen Dichten des Fasermaterials und inhomogener
Struktur führt. Weiterhin führt die Beaufschlagung mit hohen Temperaturen da
zu, daß eine Verflüchtigung des Bindemittels begünstigt wird.
Die Lehre der US-A-3 901 675 erlaubt es, diesen Nachteil dadurch zu be
seitigen, daß die Fasern durch Beaufschlagung mit einem Kühlmedium abge
kühlt werden, bevor das Bindemittel aufgebracht wird. Dadurch vermeidet man
einerseits die verfrühte Polymerisation des Bindemittels und andererseits die
Gefahr der Verflüchtigung des Bindemittels in die Atmosphäre. Die zusätzliche
Verwendung eines Kühlmediums kann jedoch den Prozeßablauf komplizieren
und verteuert die Produktion.
Weitere mit der Technik der Bindemittelzerstäubung verbundene Nach
teile betreffen die Strähnen oder Büschel von Fasern, die sich beim Durchmi
schen der Fasern in den turbulenten Strömungen oberhalb des Produktions
bandes bilden. Es zeigt sich nämlich, daß sich häufig entweder kein Bindemit
tel auf den Fasern der Strähnen ablegt, oder eine Überdosierung erfolgt d. h.
daß sich eine zu große Menge an Bindemittel auf den Strähnen ablegt. Folglich
ist im einen oder anderen Fall die Einbringung des Bindemittels nicht zufrie
denstellend.
Die US-A-2 936 479 offenbart eine weitere Vorgehensweise der Einbrin
gung des Bindemittels, bei der dieses in Form von Pulver ständig vor der Abla
ge der Fasern auf dem Produktionsband zwischen die Fasern eingebracht wird.
Die mit dieser Prozeßführung erhaltenen Ergebnisse sind im Hinblick auf die
Regelmäßigkeit weniger günstig und zeigen die gleichen Nachteile wie bei den
vorhergehend zitierten Techniken.
Andererseits bringen diese Techniken einen Schwund der Substanz, z. B.
Bindemittel, mit sich, da sich dieses nicht vollständig auf den Fasern ablagert.
Dieser Schwund beträgt im Falle von Bindemittel etwa 20% des zerstäubten
Bindemittels. Dies ist ein unmittelbarer wirtschaftlicher Nachteil durch Verlust
der Substanz.
Überdies wird nicht von den Fasern festgehaltenes Bindemittel durch das
perforierte Produktionsband hindurch mit abgesaugt, und ist daher im Produk
tionsabgas enthalten. Die hierdurch erforderlichen Filtereinrichtungen zur Ver
meidung eines Ausstoßes der Substanz in die Umgebung erfordern zusätzli
chen Aufwand. In der Praxis liegt die Menge des zu reinigenden Produktions
abgases in der Größenordnung von 50 000 m³/h für eine Zerfaserungsmaschi
ne, so daß eine erhöhte Schadstoffbelastung zu erheblichem Zusatzaufwand
führt.
Auch bei Zerfaserung mittels externem Schleuderverfahren wird das Bin
demittel gleichermaßen in der Regel durch Zerstäubung aufgebracht.
Die EP-0 059 152 offenbart einen solchen Prozeß, in dem die Fasern vor
ihrer Ablage auf dem Produktionsband mit dem Bindemittel versehen werden.
Hierzu wird das Bindemittel durch Zentrifugieren auf die Fasern aufgeschleu
dert.
Die hierbei auftretenden Probleme sind im wesentlichen die selben, wie
sie bei der internen Zerfaserungstechnik auftreten. Insbesondere sind be
trächtliche Bindemittelverluste auch hier unvermeidlich.
Die EP-0 170 639 offenbart eine weitere Vorgehensweise der Einbringung
des Bindemittels, bei der dieses in Form von Pulver nach der Ablage der Fa
sern auf dem Produktionsband kontinuierlich auf die Fasern aufgestreut und
mittels des Schalldrucks akustischer Einrichtungen in den Filz eingebracht
wird. Über eine Sammeleinrichtung für durch den Filz hindurchgefallenes Pul
ver, die mit Unterdruck arbeitet, kann eine Rückgewinnung erfolgen. Die mit
dieser Prozeßführung erhaltenen Ergebnisse sind im Hinblick auf die Regel
mäßigkeit weniger günstig und zeigen viele der Nachteile wie bei den vorher
gehend zitierten Techniken. Hinzu kommen der Aufwand und die Störwirkung
der intensiven Beschallung.
Die Erfindung hat die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung
zur Aufgabe, mit denen eine Substanz, z. B. ein Bindemittel, mit ausreichender
Gleichförmigkeit in das Fasermaterial eingebracht werden kann, wobei zugleich
die Gefahr des Verlustes eines erheblichen Teiles der Substanz vermindert ist.
Verfahrenstechnisch erfolgt die Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß
durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Prozeß der Einbringung einer Substanz oder einer
Mischung von Substanzen in eine Fasermatte oder dgl., insbesondere in ein
Mineralfasermaterial, ermöglicht es, die Substanz aerosolförmig, also in Form
mikrofeiner flüssiger und/oder fester Tröpfchen bzw. Partikel, in das Faserma
terial eindringen zu lassen bzw. quer durch das Fasermaterial zu transportieren
und zugleich diese Substanz im Fasermaterial gezielt und homogen verteilt
durch Filtration an den Fasern niederzuschlagen. Es können ebenso Konden
sationseffekte auftreten, wenn ein Transportgas in Form eines Dampfes der
Substanz eingesetzt wird, oder wenn die Größe der Nebelpartikel so sehr ver
ringert ist, daß sich ihr Niederschlag weniger nach den Gesetzmäßigkeiten der
Filtration als nach denen der Kondensation vollzieht.
Der Gattungsbegriff "Aerosol", der hier in seiner wissenschaftlichen Be
deutung einer Suspension von festen und/oder flüssigen Partikeln verwendet
wird, umfaßt sowohl die suspendierten Partikel wie auch das suspendierende
Dispersionsmittel, nämlich das Gas. Zur Bezeichnung von kolloiden Systemen
mit genauer definierten Zuständen oder Partikelgrößen kann der Gattungsbe
griff Aerosol auch durch spezifischere Begriffe ersetzt sein. Für Festkörperpar
tikel werden die Begriffe "Rauch" und "Staub" im allgemeinen bei Partikelgrö
ßen im Bereich unterhalb des Mikrometers bis zu sichtbarer Größe bzw. von
weniger als 1 µm verwendet. Des weiteren entstehen Räuche durch die Kon
densation von Dämpfen etc., während Stäube durch die mechanische Zerklei
nerung eines Ausgangsstoffes, etwa durch Zerdrücken oder Zermahlen, erhal
ten werden. "Nebel" hingegen bezieht sich ausschließlich auf Aerosole mit
flüssigen Partikeln, welche beispielsweise durch Kondensation oder Zerstäu
ben gebildet sind und Größen im Bereich unterhalb des Mikrometerbereiches
bis zu etwa 20 µm aufweisen.
Durch die Einbringung der Substanz oder des Vorläufermaterials als Ne
bel und/oder Rauch bzw. Staub mit fein dispers verteilten mikrofeinen flüssigen
und/oder festen Partikeln mit einer Teilchengröße von weniger als 10 µm, vor
zugsweise von weniger als 1 µm, ergibt sich der überraschende Effekt, daß die
Partikel zwar bereits theoretisch in der Eintrittsebene in das Fasermaterial be
ginnen, sich an den Fasern anzulagern, zu einem Großteil jedoch tief in das
Fasermaterial eindringen und sogar durch dieses hindurchdringen, wobei sich
eine relativ homogene Anlagerung der Partikel über die Materialdicke ergibt.
Dieser Effekt tritt bei gröberen Sprühtröpfchen nicht auf; diese lagern sich
vielmehr bevorzugt im Eintrittsbereich in das Fasermaterial vollständig ab und
dringen nicht in ausreichender Menge tief in das Material ein sowie sogar
durch das Material hindurch. Die Gründe für dieses andersartige Verhalten der
fein dispers verteilten mikrofeinen Partikel sind noch nicht vollständig erforscht.
Es scheint jedoch so zu sein, daß die Teilchengröße unterhalb von 10 µm, ins
besondere unterhalb noch von 1 µm zu einer solchen Verminderung der Träg
heitskräfte der Partikel gegenüber den von der umgebenden Strömung angrei
fenden Kräften führt, daß die Partikel in der Lage sind, der Strömung auch um
Biegungen herum gut zu folgen. Auf diese Weise werden viele mikrofeine Par
tikel mit der Strömung um Fasern herumgeführt, anstatt aus der Strömungsbie
gung auf die Faser auszentrifugiert zu werden. Andererseits ist aber noch eine
ausreichende Masse vorhanden, um überhaupt eine trägheitsbedingte seitliche
Relativbewegung zwischen den Partikeln und einer bestimmten Strömungslinie
zuzulassen, so daß einige der mikrofeinen Partikel doch auf Fasern auftreffen
und dort anhaften.
Da die Partikeldurchmesser eine gewisse Streubreite um die durch
schnittliche Partikelgröße herum aufweisen, liegen stets etwas unterschiedliche
Partikelgrößen im dispergierten Bestandteil des Nebels bzw. Rauches oder
Staubes vor, wobei die gröberen Partikel bevorzugt im Eingangsbereich des
Fasermaterials und die feineren Partikel eher bevorzugt tief im Fasermaterial
oder im Bereich der gegenüberliegenden Seite ausgefiltert werden, so daß sich
eine gewünschte Verteilung ergibt.
Da die Substanz oder ein entsprechendes Vorläuferprodukt hiervon, wel
ches letztlich in die Substanz umgewandelt wird, nicht zusammen mit großen
Mengen zu entsorgenden Abgases vorliegt bereitet eine Rückgewinnung der
nicht an den Fasern niedergeschlagenen Substanz oder ihres Vorläufermate
rials keine Probleme. Im einfachsten Fall kann aus dem Fasermaterial austre
tende Substanz wieder dem Substanzvorrat zugeführt und mit diesem erneut in
die Aerosolform überführt werden. Damit können Verluste an Substanz gänz
lich vermieden werden.
Anstelle eines Aerosols der einzubringenden Substanz selbst - beispiels
weise des Bindemittels - kann auch ein Vorläufermaterial verwendet werden,
wenn dies sich etwa aus Gründen der Verfahrensführung anbietet, oder aber
erforderlich ist, da die Substanz selbst nicht in eine nutzbare Aerosolform
überführt werden kann.
Das Verfahren kann insbesondere bei hoher Partikelkonzentration
zweckmäßig so geführt werden, daß die Substanz lediglich zu einem Teil an
den Fasern des Fasermaterials durch Filtration und/oder Kondensation nieder
geschlagen wird. Damit kann ausreichend Restsubstanz in der aus dem Fa
sermaterial austretenden Aerosolströmung verbleiben, die rückgewonnen wer
den kann. Diese Arbeit sozusagen mit Substanzüberschuß erleichtert eine gute
Steuerung bzw. Regelung des Prozesses.
Sofern als Substanz Bindemittel eingebracht werden soll, besteht dessen
Funktion darin, einander kreuzende Fasern an ihren Kreuzungspunkten anein
anderzuheften, während der Faserkörper zwischen derartigen Kreuzungspunk
ten von Bindemittel freibleiben kann. In einem solchen Falle ist es also von be
sonderem Interesse, ein Bindemittel zu verwenden, welches das Fasermaterial
nicht gleichförmig beaufschlagt, z. B. filmbildend benetzt, sondern sich bevor
zugt an den Kreuzungspunkten anlagert. Im Falle einer Einbringung des Bin
demittels in Tröpfchenform sollten sich somit die mikrofeinen Tröpfchen unter
Beibehaltung einer annähernden Kugelform auf der Faseroberfläche an lagern,
statt einen Oberflächenfilm zu bilden.
Diese Anlagerung bevorzugt an Kreuzungspunkten scheint bei in Tröpf
chenform vorliegender Substanz dadurch weiter unterstützt zu werden, daß ein
Kreuzungspunkt oder eine eng benachbarte Partie zwischen zwei Fasern auch
unter dem Gesichtspunkt der Minimierung der Oberflächenspannung bei
gleichzeitiger Berührung beider Faseroberflächen eine bevorzugte Position für
ein Bindemitteltröpfchen ist. Auch von daher scheint somit eine spontane Posi
tionierung von Bindemitteltröpfchen an den Kreuzungsstellen zwischen einan
der annähernden oder berührenden Fasern begünstigt zu werden.
Im Falle der Einbringung anderer Substanzen, beispielsweise zum Schutz
der Fasern, kann es hingegen geboten sein, das Material der Fasern benet
zende, filmbildende Substanzen zu verwenden, deren mikrofeine Tröpfchen
sich bei der Filtration in einem die Fasern einhüllenden Film an den Fasern
anlagern und so auch den Bereich zwischen den Kreuzungspunkten benetzen.
Dabei kann es auch von Vorteil sein, die Substanz in Form von Stäuben oder
Räuchen einzubringen, deren dispergierte Bestandteile mikrofeine, feste Parti
kel der Substanz sind. Beim Eindringen bzw. beim Durchdringen des Faserma
terials folgen die mikrofeinen, festen Partikel der Strömung des Transportgases
und werden in Bereichen der Umströmung von Fasern infolge der Strömungs
krümmung auszentrifugiert und an den Fasern durch Filtration abgelagert. Um
deren Haften an den Fasern zu verbessern, kann vorher oder im Zuge des
gleichen Verfahrensschrittes ein Haftvermittler z. B. in Form eines Dampfes
durch Kondensation auf die Fasern aufgebracht werden, wie dies in der Pa
tentanmeldung PCT/EP93/03653 vorgeschlagen ist.
Grundsätzlich können beliebig feine Partikel verwendet werden. Im Falle
mikrofeiner Tröpfchen wird bei extrem geringer Partikelgröße, etwa im Bereich
einiger weniger Moleküle, ein kondensationsähnlicher Vorgang beim Nieder
schlag eine Rolle spielen. Dabei findet eine gegenseitige Anlagerung der fei
nen Partikel zur Bildung einer größeren Molekülanhäufung insbesondere im
Anschluß an den Niederschlag statt. Im Extremfall kann das Aerosol eine
dampfähnliche Form oder gar Dampfform erhalten, wobei jedes Partikel im
Grenzfall aus nur einem Molekül besteht. Es treten dann die Kondensations
vorgänge auf, wie sie in der älteren Anmeldung PCT/EP93/03653 im einzelnen
beschrieben sind, auf die wegen weiterer Einzelheiten insoweit mithin vollin
haltlich verwiesen werden kann. Bei nur dampfähnlicher Form des Aerosols mit
einer Mehrzahl von Molekülen pro Partikel dürften Mischformen aus Konden
sation und Filtration auftreten.
Wenn ausgeprägte Kondensationsvorgänge vermieden werden sollen, al
so im wesentlichen ein Niederschlag nur durch Filtration stattfinden soll, so
sollte die Teilchengröße gemäß Anspruch 2 mehr als 0,1 µm betragen. Partikel
einer Teilchengröße unter 0,1 µm sind schwierig auszufiltrieren, da Relativbe
wegungen dieser Teilchen zur umgebenden Trägerluftströmung im wesentli
chen nur durch die Brown′sche Molekularbewegung hervorgerufen werden,
während Auszentrifugiervorgänge praktisch nicht mehr stattfinden.
Gemäß Anspruch 3 ist das Transportgas der Dampf der Substanz selbst.
Dabei kann aus einem Substanzvorrat eine bestimmte Menge der Substanz
entnommen und in die gasförmige Phase überführt werden, die dann als
Transportgas für die mikrofeinen Partikel verwendet werden kann. Aus dem
Substanzvorrat kann weiter eine gewisse Menge an Substanz entnommen und
in flüssiger Form zu Tropfen zerstäubt werden, die von der gasförmigen Sub
stanz transportiert werden können. Durch die Zufuhr von Wärmeenergie aus
dem Gas wird der Durchmesser der Tropfen durch Verdampfung eines Teiles
der Tropfenflüssigkeit an der Tropfenoberfläche auf einen gewünschten Durch
messer reduziert werden, bis schließlich mikrofeine Tröpfchen der Substanz in
einer fein dispersen Verteilung in der gasförmigen Substanz vorliegen und in
das Fasermaterial eingeleitet werden können. Es erfolgt dann eine Filtration
der Tröpfchen und eine - bevorzugt lediglich teilweise - Kondensation der
Substanz aus der Dampfphase, wie dies in der älteren Patentanmeldung
PCT/EP93/03653 vorgeschlagen ist.
Gemäß Anspruch 4 ist bevorzugt, daß die Temperatur der gasförmigen
Substanz beim Inkontaktbringen mit den Fasern die Siedepunktstemperatur der
Substanz nicht übersteigt. Damit wird gemäß der Aerosol-Thermodynamik ge
währleistet, daß der Tröpfchendurchmesser nicht durch Verdampfung von
Tropfenflüssigkeit an der Tropfenoberfläche verkleinert wird, da dies zu einer
unerwünschten Verminderung der Einbringung der Substanz in das Faserma
terial führen kann, wenn der durchschnittliche Tröpfchendurchmesser in den
Bereich der Brown′schen Molekularbewegung absinkt.
Würde der Tröpfchendurchmesser infolge zusätzlicher Zufuhr von Wär
meenergie durch Verdampfung jedoch noch weiter reduziert werden, bis in den
Bereich von wenigen Ångström-Einheiten, könnte eine Einbringung der Sub
stanz in dampfförmiger oder quasi-dampfförmiger Phase erfolgen, die dann
durch Kondensation an den Fasern niedergeschlagen werden kann, wie dies in
der älteren Patentanmeldung PCT/EP93/03653 vorgeschlagen ist, auf die we
gen weiterer Einzelheiten insoweit ausdrücklich vollinhaltlich Bezug genommen
wird.
Wenn gemäß Anspruch 5 als Transportgas ein Inertgas verwendet wird
um die als fein dispers verteilte Partikel vorliegende Substanz (worunter im fol
genden immer auch eine mögliche Vorläufersubstanz sowie ein Gemisch ein
zelner Substanzen verstanden werden soll) in das Fasermaterial einzubringen,
so können sich hierdurch Vorteile für die Verfahrensführung ergeben. So ist
etwa die Aufrechterhaltung einer definierten Strömung mit definierter Teilchen
größe einfacher und sicherer möglich, wenn ein inertes, d. h. nicht-kondensie
rendes und daher im Prozeß stabiles Transportgas benützt wird. Eine gleich
mäßige Verteilung der Anlagerung der Partikel durch Filtration insbesondere
auch in größerem Abstand von der Eintrittsfläche ist durch die Inertgasströ
mung erleichtert.
Gemäß Anspruch 6 ist daher bevorzugt, daß der Nebel beim Inkontakt
bringen mit den Fasern des Fasermaterials bei einer Temperatur gehalten wird,
welche die Taupunktstemperatur einer aus der Substanz bzw. deren Vorläu
fermaterial und dem Transportgas gebildeten polynären Gasmischung nicht
überschreitet. Damit ist gewährleistet, daß der Tröpfchendurchmesser ein ge
wünschtes Maß nicht unterschreitet und keine Abtrocknung ausfiltrierter Nebel
tröpfchen erfolgt, während noch die Einbringung der Substanz in das Faserma
terial erfolgt.
Gemäß Anspruch 7 ist das Transportgas Luft, in der die Partikel der Sub
stanz nach erfolgter Zumischung fein dispers verteilt vorliegen können. Da Luft
in dem Sinne Inertgas ist, daß sie bei den in Rede stehenden Zuständen bzw.
bei der Einbringung von Wärmeenergie selbst nicht ihren gasförmigen Zustand
ändert, vereinfacht die überdies kostengünstige Verwendung von Luft als
Transportgas die Verfahrensführung ganz erheblich.
Durch die Maßnahmen des Anspruchs 8 können auf vergleichsweise
einfache Art und Weise die gewünschten mikrofeinen Tröpfchen mit bestimmter
durchschnittlicher Teilchengröße erzeugt werden.
Die Strömung des Aerosols erfolgt gemäß Anspruch 9 bevorzugt durch
eine erzwungene Strömung. Auf diese Weise ist im Gegensatz zu natürlicher,
thermischer Strömung, die üblicherweise Strömungsgeschwindigkeiten um
1 mm/s aufweist, eine definierte und reproduzierbare Strömungscharakteristik
erzielbar und aufrechterhaltbar. Weiter können bei Bedarf problemlos Strö
mungsgeschwindigkeiten von 0,3 bis 0,5 m/s eingestellt werden, vorzugsweise
jedoch nicht über 1,5 bis 2 m/s.
Gemäß Anspruch 10 wird als Vorläufermaterial ein Monomer oder ein
Vorpolymer in Lösung wie ein Phenolharz verwendet, das während oder nach
seiner Einbringung in das Fasermaterial polymerisiert wird. Dies ist insbeson
dere im Falle der Verwendung der Substanz als Bindemittel vorteilhaft, da das
Bindemittel in der Regel eine hochmolekulare organische Verbindung ist, die
nach vollständiger Polymerisation nicht in einen nutzbaren Nebel überführt
werden kann. Auf diese Weise gelingt somit die Einführung des Bindemittels
durch das erfindungsgemäße Verfahren, obwohl das Bindemittel selbst für das
Verfahren unzugänglich sein kann.
Gemäß Anspruch 11 erfolgt die Einbringung der Substanz in das Faser
material, solange dieses noch auf dem Produktionsband vorliegt. Dies bedeu
tet, daß die Einbringung der Substanz in ein an der Behandlungsstelle vorbei
bewegtes Fasermaterial erfolgen muß, bevor die Aushärtung des Bindemittels
z. B. im Tunnelofen erfolgt. Dabei ist darauf zu achten, daß die Länge der Be
handlungszone mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Fasermaterials und der
Strömungsgeschwindigkeit der Substanz so korreliert wird, daß eine vollstän
dige Durchdringung der gesamten Höhe oder Dicke des Fasermaterials mit der
Aerosolströmung erfolgen kann, bevor das Fasermaterial die Behandlungszo
ne, in der es der Aerosolströmung ausgesetzt ist, wieder verläßt. Soweit sich
hierdurch bei geringen Gasgeschwindigkeiten und/oder hohen Produktdicken
zu geringe Produktionsgeschwindigkeiten ergeben, kann diesen durch eine
Verlängerung der Behandlungszone entgegengewirkt werden.
Auch Fasermaterial, welches zur Herstellung von Formteilen wie etwa
Rohrschalen vorgesehen ist, kann auf diese Weise auf dem Produktionsband
behandelt werden, muß jedoch vor der Aushärtung des Bindemittels in die ge
wünschte Form gebracht werden, was in der Regel auf dem Produktionsband
nicht möglich ist. In vielen Fällen wird der kontinuierliche Produktionsvorgang
für die Herstellung von Formteilen somit vor dem Tunnelofen unterbrochen, das
Vliesmaterial zu einem anderen Herstellungsort für die Formteile transportiert
und dort entsprechend weiterverarbeitet. Dies kann - auch bei langer Unterbre
chung der Produktion vor dem Aushärten - auch mit bereits mit Bindemittel ver
sehenem Rohmaterial erfolgen.
Gemäß Anspruch 12 ist jedoch bevorzugt, das Rohmaterial in einem sol
chen Falle ohne Bindemittel zur Weiterverarbeitungsstelle zu bringen, und erst
dort mit Bindemittel oder dgl. zu versehen. Dies kann erfindungsgemäß da
durch erfolgen, daß die für die Herstellung der Formteile vorgesehenen Roh
materialteile ruhend vom Aerosol durchströmt werden, und die Substanz dabei
durch die Fasern ausgefiltert wird. Dabei ergibt sich der Vorteil der einfacheren
verfahrenstechnischen Beherrschung einer Durchströmung eines ruhenden
Fasermaterials. Bei Bedarf kann somit auf diese Weise eine sehr große Menge
an Substanz in das zur Herstellung von Formteilen bestimmte Fasermaterial
eingebracht werden.
Gemäß Anspruch 13 kann es vorteilhaft sein, wenn die Durchströmungs
richtung des Fasermaterials möglicherweise wiederholt gewechselt wird. Hier
durch wird erreicht daß beide Großflächen des Fasermaterials frischem Aero
sol ausgesetzt werden und somit schnell und intensiv durch Filtration und/oder
Kondensation befeuchtet werden, anstelle einer Durchströmung nur von einer
Seite her, bei der zunächst an Partikeln mehr oder weniger stark verarmte Ae
rosolmengen den Bereich der gegenüberliegenden Fasermaterialfläche errei
chen. Dadurch läßt sich bei Bedarf eine weiter verbesserte Homogenisierung
des Substanzeintrags über die Höhe oder Dicke des Fasermaterials erzielen.
Weiterhin kann sich eine Beschleunigung des Eindringens dadurch ergeben,
daß die partikelförmige Substanz, also das Aerosol, von einer Seite her nicht
vollständig die Höhe oder Dicke des Fasermaterials durchdringen muß, um die
Substanz auch im Bereich der gegenüberliegenden Großfläche einzubringen,
sondern daß gegebenenfalls relativ kurze Aerosolstöße von beiden Seiten her
genügen. Dies insbesondere dann, wenn die einzubringende Substanz nach
ihrer Natur vor allem im Bereich der Großflächen konzentriert werden muß, und
im Inneren des Fasermaterials nicht in gleicher Konzentration benötigt wird.
Dabei ist gemäß Anspruch 14 zwischen wenigstens einzelnen der Umkeh
rungen eine zusätzliche Behandlung vorgesehen. Dadurch kann beispielsweise
im Falle einer Kühlbehandlung vorteilhaft Wärmeenergie, die von der einge
brachten Aerosolströmung gegebenenfalls an die Fasern abgeführt wurde und
damit zur Erwärmung des Fasermaterials geführt hat, wieder dem Fasermate
rial entnommen werden, um eine mögliche unerwünschte Verdampfung der
eingetragenen Substanz zu verhindern.
Vorrichtungstechnisch wird die Aufgabe durch die Merkmale des
Anspruchs 15 gelöst.
Danach wird in einer ersten Einrichtung ein Aerosol erzeugt, welches
sodann in einer weiteren Einrichtung dem Fasermaterial zugeführt und in die
ses eingeführt wird.
Somit kann das Aerosol vorteilhaft zuerst in der Erzeugungseinrichtung
bei seiner Herstellung entsprechend den Anforderungen an die durchschnittli
che Teilchengrößenverteilung, die Stoffeigenschaften der Teilchen oder ihre
Konsistenz konfiguriert werden, ohne dabei bereits mit den speziellen Schwie
rigkeiten der Einbringung des Aerosols konfrontiert zu sein. Danach kann das
derart konfigurierte Aerosol in das Fasermaterial eingebracht werden unter
Berücksichtigung seiner spezifischen Ausbildung und der speziellen strö
mungstechnischen Bedingungen.
Gemäß Anspruch 16 weist die Erzeugungseinrichtung einen Zerstäuber
zur Erzeugung von Tröpfchen aus der flüssigen Substanz, einen Zumischer zur
Zuführung von Transportgas zur Erzeugung des Aerosols in Nebelform, beste
hend aus dem Transportgas und den Tröpfchen der Substanz, und eine Ein
richtung zur Verminderung der Tröpfchengröße vor der Einleitung des Nebels
in das Fasermaterial auf. Die Erzeugung von Tröpfchen aus der flüssigen
Substanz mit Hilfe des Zerstäubers ermöglicht die Überführung der flüssigen
Substanz in eine Form, in der die flüssige Substanz als dispergierte Bestand
teile im kolloiden System Nebel enthalten sein kann. Die Strömung des Trans
portgases kann damit vorteilhaft als Trägerströmung für die flüssige Substanz
genutzt werden. Der Zumischer dient hierbei zur geregelten Einbringung der
erzeugten Tröpfchen in die Transportgasströmung. Dabei kann bereits eine
erste Verminderung der Tröpfchengröße durch Tröpfchenselektion erfolgen,
indem die Strömungsrichtung der einzubringenden Tröpfchen im Bezug auf die
Strömungsrichtung des Transportgases variiert wird. Bei einer Einbringung der
Tröpfchen parallel zur Transportgasströmung nehmen die Tröpfchen nach
einer kurzen Verzögerungszeit die Strömungsgeschwindigkeit der Transport
gasströmung an, wobei die Stromfäden der Tröpfchen ausgehend vom Zumi
scher weitgehend homogen bzw. parallel in der Transportgasströmung verteilt
sein können. Werden jedoch die Tröpfchen beispielsweise senkrecht zur Strö
mung des Transportgases eingebracht, so kann in Abhängigkeit der Tröpf
chengröße und der davon abhängigen Verzögerungszeit, bis die unterschied
lich großen Tröpfchen die Strömungsgeschwindigkeit des Transportgases
angenommen haben, ein Auffächern der Stromfäden und damit auch der Tröpf
chen über der Transportgasströmung erfolgen. Damit besteht die Möglichkeit,
Tröpfchen einer bestimmten Tröpfchengröße im Sinne einer Tröpfchengrößen
verminderung selektiv zu entfernen. Die Verminderung der Tröpfchengröße vor
der Einleitung des Nebels in das Fasermaterial stellt sicher, daß nur Tröpfchen
der gewünschten Teilchengröße in das Fasermaterial eingebracht werden,
damit diese möglichst tief und homogen in das Fasermaterial eindringen bzw.
dieses durchdringen können und sich durch Filtration und/oder Kondensation
an den Fasern anlagern können.
Erzeugt der Zerstäuber gemäß Anspruch 17 Tröpfchen unterschiedlicher
Größe, so kann zunächst vorteilhaft eine große Bandbreite von durchschnitt
lichen Tröpfchengrößen verwendet werden. Die jeweilige Selektion der
gewünschten Tröpfchengrößen erfolgt vorteilhaft durch eine Ausfilterung bzw.
vorzugsweise durch Zentrifugieren der unerwünschten groben Tröpfchen. Die
Auszentrifugierung birgt den Vorteil, daß die auszentrifugierten groben Tröpf
chen an der Leitungswand in Form einer Rückströmung zurückfließen können
und damit eine Rückgewinnung der auszentrifugierten flüssigen Substanz
möglich ist. Beim Auszentrifugieren kann vorteilhaft der Zusammenhang
genutzt werden, daß in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit der Tröpf
chen und in Abhängigkeit ihrer jeweiligen Größe unterschiedliche Radien des
Leitungsbogens, gemäß Anspruch 18, noch von Tröpfchen unterhalb einer
bestimmten Tröpfchengröße durchströmt werden bzw. überhalb einer bestimm
ten Tröpfchengröße diese auszentrifugiert werden. Auf diese Weise kann eine
sehr genaue Differenzierung der gewünschten Tröpfchengrößen erfolgen. Eine
weitere Möglichkeit der Verminderung der Tröpfchengröße ist das Ausfiltern
unter Verwendung eines Filters. Dabei werden oberhalb einer bestimmten
Grenztröpfchengröße alle Tröpfchen durch das Filter aus der Nebelströmung
ausgefiltert. Um aus einer durch den Zerstäuber erzeugten inhomogenen
durchschnittlichen Tröpfchengrößenverteilung die gewünschten Tröpfchengrö
ßen unter Berücksichtigung der jeweiligen strömungstechnischen Randbedin
gungen gezielt auswählen zu können, ist es gegebenenfalls erforderlich, eine
Kombination von Einrichtungen zum Auszentrifugieren bzw. Ausfiltern einzu
setzen.
Ist zur Einbringung in das Fasermaterial nur eine sehr schmale Band
breite von durchschnittlichen Tröpfchengrößen erforderlich oder gewünscht, so
kann gemäß Anspruch 19 ein Zerstäuber Tröpfchen weitgehend gleicher
Größe erzeugen. Hierbei dient eine Verminderung der erzeugten Tröpfchen
größen dazu, die gegebenenfalls noch nicht herstellbare, aber gewünschte
Tröpfchengröße von mikrofeinen Tröpfchen zunächst durch Erzeugung von
gröberen, weitgehend gleich großen Tröpfchen zu ermöglichen, indem diese
dann auf den gewünschten Durchmesser von mikrofeinen Tröpfchen reduziert
werden. Die Verminderung der Tröpfchengröße kann hierbei vorteilhaft durch
Verdampfung der überschüssigen Masse des jeweiligen groben Tröpfchens
erfolgen, bis das verdampfende grobe Tröpfchen auf die gewünschte Tröpf
chengröße reduziert ist. Die Verdampfung der groben Tröpfchen kann bei-
spielsweise unter Zuhilfenahme einer Wärmezuführeinrichtung erfolgen. Als
Wärmezuführeinrichtung können hierbei beispielsweise eine Heizspirale, ein
Infrarotstrahler oder andere geeignete Wärmequellen dienen. Die vom Zer
stäuber erzeugte durchschnittliche Tröpfchengrößenverteilung, die bereits eine
sehr schmale Bandbreite aufweist, kann in ihrer Bandbreite noch weiter redu
ziert werden, indem zunächst ein Auszentrifugieren oder Ausfiltern der Tröpf
chen oberhalb oder unterhalb des gewünschten Grenzdurchmessers erfolgt.
Das dann anschließende Verdampfen der in der Strömung verbliebenen Tröpf
chen kann somit sehr präzise ausgeführt werden, da nur noch Tröpfchen einer
eng begrenzten und recht genau definierten Tröpfchengrößenverteilung zu
verdampfen sind, wodurch eine durchschnittliche Tröpfchengrößenverteilung
erzielbar ist, die weitestgehend den Erfordernissen zur Einbringung der flüssi
gen Substanz in das Fasermaterial gerecht werden kann.
Gemäß Anspruch 20 weist der Zumischer eine Leitung zur Zuführung des
Transportgases auf, in der der Zerstäuber angeordnet ist, wodurch vorteilhaft
erreicht wird, daß die erzeugten Tröpfchen direkt in die Strömung des Trans
portgases eingebracht werden können, ohne unnötig viele zusätzliche Einrich
tungen verwenden zu müssen. Dabei ergibt sich ein weiterer Vorteil dadurch
daß die erzeugten Tröpfchen von der Strömung direkt nach ihrer Erzeugung
umschlossen sind und von der Transportgasströmung mitgerissen werden kön
nen. Damit ist gewährleistet, daß die Verzögerungszeit, bis die Tröpfchen die
Geschwindigkeit der Transportgasströmung angenommen haben, möglichst
klein gehalten werden kann. Bei der Ausgestaltung des Zerstäubers kann
dadurch der Entwicklungsschwerpunkt auf die Erzeugung von mikrofeinen
Tröpfchen gelegt werden, ohne die Probleme der Beschleunigung und des
Transports solcher Teilchen berücksichtigen zu müssen.
Die Erzeugungseinrichtung gemäß Anspruch 21 weist eine Einrichtung
zur Erzeugung des Dampfes der einzubringenden Substanz, und eine Einrich
tung zur Abkühlung des Dampfes zur Erzeugung des Aerosols in Form eines
Nebels durch Kondensation eines Teils des Dampfes auf. Hierbei wird das
Konzept der Erzeugung und Verwendung eines Dampfes der Substanz, wie
dies in der älteren Patentanmeldung PCT/EP93/03653 vorgeschlagen ist, auf
die wegen weiterer Einzelheiten insoweit ausdrücklich vollinhaltlich Bezug
genommen wird, vorteilhaft weitergestaltet. Der erzeugte Dampf bzw. ein Teil
des Dampfes kann durch Kondensation in die Tröpfchenform überführt werden,
wobei der restliche, nicht kondensierte Dampf gleichzeitig als Transportgas für
durch die Kondensation entstandene Tröpfchen dient. Die Herstellung von
Tröpfchen aus dem Dampf der Substanz durch dessen Kondensation birgt den
weiteren Vorteil, daß somit eine durchschnittliche Tröpfchengrößenverteilung
von besonders kleinen mikrofeinen Tröpfchen erzielt werden kann. Dies
ermöglicht eine weitestgehend homogene Einbringung bzw. anschließende
Ablagerung durch Filtration und Kondensation der einzubringenden Substanz
in das Fasermaterial.
Weist die Erzeugungseinrichtung gemäß Anspruch 22 einen Zerstäuber
zur Erzeugung von mikroskopisch feinen, festen Partikeln aus der Substanz
und einen Zumischer zur Zuführung des Transportgases zur Erzeugung eines
Staubes, bestehend aus dem Transportgas und den mikroskopisch feinen fe
sten Partikeln der Substanz, auf, ist es vorteilhaft möglich, die einzubringende
Substanz in Form eines Staubes oder Rauches in das Fasermaterial durch Fil
tration einzubringen. Der Zumischer kann beispielsweise über eine weitere
Zuführeinrichtung verfügen, mit der es möglich ist, dem erzeugten
Luft/Substanz-Staub eine zusätzliche Transportgasströmung, beispielsweise
zur weiteren Beschleunigung der festen Partikel, beizumischen. Dem erzeug
ten Luft/Substanz-Staub kann auf diese Weise weiterhin zusätzlich Dampf der
verwendeten Substanz oder einer weiteren Substanz zugeführt werden, um
somit ein möglicherweise gewünschtes Luft/Staub/Dampf-Gemisch in das
Fasermaterial einbringen zu können.
Gemäß Anspruch 23 weist die Einleitungseinrichtung Mittel zur Erzeu
gung eines Druckabfalls über das Fasermaterial auf. Dadurch kann das Aero
sol mit einer vorbestimmten Durchlaßmenge in das Fasermaterial eingeleitet
werden. Weiterhin ist eine sichere Aufrechterhaltung einer vordefinierten Strö
mungsgeschwindigkeit des Aerosols gewährleistet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispieles anhand der
Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Anlage zur Veran
schaulichung des Verfahrensablaufs beim Herstellen eines mikrofeinen Nebels
und bei dessen Einbringung von einer Seite in das Fasermaterial, sowie bei
der Rückgewinnung der Substanz stromab des Fasermaterials;
Fig. 2 in einer Darstellung ähnlich Fig. 1 die Einbringung eines mikrofei
nen Nebels von beiden Seiten in das Fasermaterial, sowie die beidseitige
Rückgewinnung der Substanz stromab des Fasermaterials;
Fig. 3 in einer Darstellung ähnlich Fig. 1 und Fig. 2 eine Anlage mit einer
zusätzlichen Behandlungseinrichtung zwischen zwei Behandlungsstationen;
Fig. 4 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform
des Anlagenteiles zum Herstellen eines mikrofeinen Nebels und zu dessen
Einbringung von einer Seite in das Fasermaterial, sowie die Rückgewinnung
der Substanz stromab des Fasermaterials;
Fig. 5 in einer schematisch vereinfachten Darstellung ähnlich Fig. 4 eine
zweite Ausführungsform des Anlagenteiles zum Herstellen eines mikrofeinen
Nebels
Fig. 6 in einer schematisch vereinfachten Darstellung ähnlich Fig. 4 und
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform des Anlagenteiles zum Herstellen eines mi
krofeinen Nebels;
Fig. 7 in einer schematisch vereinfachten Darstellung ähnlich Fig. 4 bis
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Anlagenteiles zum Herstellen eines
mikrofeinen Staubes oder Rauches.
Im in Fig. 1 bis Fig. 3 veranschaulichten Beispielsfalle soll ein Bindemittel
in Form eines Monomers als Vorläufermaterial oder ein Vorpolymer in Lösung
wie ein Phenolharz in ein Mineralfasermaterial eingebracht und dessen Filtrati
on und/oder Kondensation an den Fasern im Fasermaterial ermöglicht werden.
Ein Behälter 1 weist einen unteren Abschnitt 1a auf, in dem sich ein flüs
siges Monomer oder Vorpolymer 2 befindet, welches mit Hilfe einer dem Behäl
ter 1 nachgeordneten Pumpe 3 einen sich anschließenden Zerstäuber 4
durchströmt. Der Zerstäuber 4 erzeugt aus dem flüssigen Monomer oder Vor
polymer 2 durch Tropfenbildung einen Grobpartikelstrom 7a.
In Durchflußrichtung des Monomers oder Vorpolymers 2 stromab des
Zerstäubers 4 ist ein Erhitzer 5 vorgesehen, dessen Auslaß in eine Leitung 7
zu einem Zumischer 8 in eine Leitung 15 mündet. Weiterhin ist im Erhitzer 5
eine Wärmequelle 6 vorgesehen, um Wärmeenergie in den durch den Zer
stäuber 4 erzeugten Grobpartikelstrom 7a einzukoppeln und einen Feinparti
kelstrom 7b zu bilden.
Der Behälter 1, die Pumpe 3, der Zerstäuber 4, der Erhitzer 5, die Leitung
7 und der Zumischer 8 bilden einen ersten Teilkreislauf A für das Monomer 2.
Eine Filtereinrichtung 12 ist in einem oberen Ausgang 13 des Behälters 1
angebracht. Durch diesen verläßt ein Gasgemisch 14 den Behälter 1. Das
Gasgemisch 14 ist Luft 11 mit einem geringen Anteil an Dampf des Monomers.
An dem oberen Ausgang 13 des Behälters 1 schließt sich nach der Fil
tereinrichtung 12 eine Leitung 15 an, die das Gasgemisch 14 einer Behand
lungsstation 16 für ein Fasermaterial 17 zuführt. Vor der Behandlungsstation
16 mündet in die Leitung 15 der Zumischer 8, der den Feinpartikelstrom 7b
dem Gasgemisch 14 zuführt und dadurch den Nebel 14a erzeugt, dessen dis
pergierter Anteil die fein dispers verteilten Tröpfchen bzw. Partikel des Mono
mers 2 aus dem Feinpartikelstrom 7b sind.
Die Behandlungsstation 16 besteht im wesentlichen aus einer Zuführung
18 für den in der Leitung 15 herangeführten Nebel 14a, einer Auflage 19 für
das Fasermaterial 17 und einem Abzug 20, der mit einer äußeren Wärmedäm
mung 21 versehen ist. Die Auflage 19 weist eine Auflagefläche 19a auf, auf der
das Fasermaterial 17 aufliegt und durch die hindurch der Nebel 14a strömen
kann, und eine gasundurchlässige Fläche 19b, welche die Auflagefläche 19a
umgibt, um eine Kurzschlußströmung des Nebels unter Umgehung des Faser
materials auszuschließen.
Der Nebel 14a durchquert das Fasermaterial 17 infolge der erzwungenen
Strömung, und die mikroskopisch feinen Tröpfchen bzw. Partikel des Mono
mers 2 werden während des Durchgangs an den Fasern durch Filtration abge
lagert und/oder beim Kontakt mit den Fasern infolge des Temperaturgefälles
vom Nebel 14a zum Fasermaterial 17 an den Fasern herauskondensiert.
Beim Austritt aus dem Fasermaterial 17 wird der an mikroskopisch feinen
Partikeln des Monomers 2 und/oder Dampf des Monomers verarmte Nebel im
Abzug 20 wiedergewonnen und durch eine Leitung 22 zum Behälter 1 geleitet.
Dabei gewährleistet die Wärmedämmung 21, daß mögliche Wärmeverluste im
Abzug 20 so gering wie möglich gehalten werden, um ein Kondensieren des
restlichen Monomers 2 an der Innenseite des Abzugs 20 und damit ein Herab
tropfen von flüssigem Monomer 2 auf das Fasermaterial 17 zu verhindern.
Zweckmäßig ist die Leitung 22 in Strömungsrichtung nach unten geneigt und
verbindet den Abzug 20 mit der Saugleitung 10.
Stromauf der Einmündung der Leitung 22 in die Saugleitung 10 ist in der
Saugleitung 10 eine Drosselvorrichtung 23 angeordnet. Die Drosselvorrichtung
23 begrenzt den Zustrom von Luft 11 zum Behälter 1 und dient so zur Aufrecht
erhaltung eines gewünscht hohen Unterdruckes in der Saugleitung 10.
Der Behälter 1, die Filtereinrichtung 12, die Leitung 15, der Zumischer 8
die Behandlungsstation 16 mit dem Fasermaterial 17 auf der Auflage 19, der
Abzug 20, die Leitung 22 und die Saugleitung 10 bilden einen zweiten Kreislauf
B für das Gasgemisch 14 und/oder den Nebel 14a.
Um den Effekt der Pumpe 3 auf das Gasgemisch 14 zu verstärken, kann
bei Bedarf zusätzlich ein Ventilator innerhalb der Leitung 15 oder der Leitung
22 vorgesehen werden, wie dies in der Zeichnung für die Leitung 22 dargestellt
ist.
In Fig. 1 ist, wie oben beschrieben, im Kreislauf B die Einbringung in ein
ruhendes Fasermaterial dargestellt. Fig. 2 und Fig. 3 entsprechen bezüglich
Kreislauf A der Darstellung in Fig. 1, bezüglich Kreislauf B wird jedoch die Ein
bringung in ein bewegliches Fasermaterial dargestellt, wobei Fig. 3 noch eine
zusätzliche Behandlungseinrichtung 24 aufweist. Mit Hilfe der Behandlungssta
tion 24 kann eine notwendige Zwischenkühlung des Fasermaterials erfolgen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient im Betrieb einerseits zur Herstel
lung des Nebels 14a, nämlich von mit mikroskopisch feinen Partikeln und/oder
dem Dampf eines Monomers gesättigter Luft, und andererseits zum Transport
dieses Nebels zu dem Fasermaterial 17 und zur Einbringung in das Faserma
terial 17 und zur Filtration und/oder Kondensation des Monomers 2 an den Fa
sern des Fasermaterials 17, sowie zur Rückgewinnung der Komponenten des
Nebels, welche nicht auf den Fasern des Fasermaterials 17 abgelagert wurden.
Dem Behälter 1 wird im unteren Bereich 1a flüssiges Monomer 2 ent
nommen und mit Hilfe der Pumpe 3 dem Zerstäuber 4 zugeführt. Im Zerstäuber
4 wird mechanisch oder akustisch ein erster Grobpartikelstrom 7a erzeugt. Die
Größe der Partikel des Grobpartikelstroms 7a kann im Erhitzer 5 infolge Wär
mezufuhr durch die Wärmequelle 6 reduziert werden. Dies geschieht durch
Verdampfung eines Teiles der Partikelmasse. Auf diese Weise kann der Fein
partikelstrom 7b hergestellt werden. Dieser strömt durch die Leitung 7 zum
Zumischer 8, der den Feinpartikelstrom 7b dem Gasstrom 14 zumischt und da
durch den gewünschten Nebel 14a erzeugt.
Im Bereich der Einmündung des Zumischers 8 in die Leitung 15 kann ein
zusätzlicher Zumischer für mikrofeine feste Partikel des Monomers vorgesehen
werden. Damit ist es möglich, die Gasströmung 14 mit den mikrofeinen festen
Partikeln des Monomers zu vermischen, um einen Nebel 14a herzustellen,
dessen dispergierte Bestandteile die mikrofeinen festen Partikel sind. Dieser
Nebel 14a kann gemäß der Thermodynamik auch als Rauch oder Staub be
zeichnet werden. Weiterhin ist eine Mischung der Gasströmung 14 mit den mi
krofeinen festen Partikeln eines Stoffes und/oder den mikrofeinen Tröpfchen
eines im Bedarfsfalle anderen Stoffes auf diese Art und Weise möglich. Ein so
erzeugter Nebel 14a enthält dann als dispergierte Bestandteile die mikrofeinen
festen Partikel des einen Stoffes und/oder die mikrofeinen Tröpfchen des ge
gebenenfalls anderen Stoffes. Solch ein disperses System, das demnach aus
mehreren Komponenten in unterschiedlichen Phasen besteht und dessen Dis
persionsmittel weiterhin gasförmig ist, kann unter dem allgemeinen Begriff der
Aerosole zusammengefaßt werden.
Am oberen Ausgang 13 des Behälters 1 ist die Filtereinrichtung 12 ange
bracht und erlaubt es, Tröpfchen in den Behälter 1 abzuscheiden. Auf diese
Weise erhält man ein Gasgemisch 14 ohne flüssigen Anteil. Dieses Gasge
misch 14 ist im Beispielsfalle mit dem Dampf des Monomers vermischte Luft
11.
Das Gasgemisch 14 wird anschließend durch die Leitung 15 zu der Be
handlungsstation 16 gefördert. Dies kann mit einer durch die Pumpe 3 für die
Umwälzung des Monomers 2 vorgegebenen Geschwindigkeit infolge des Ven
turi-Effektes des Zumischers 8 geschehen, der vor der Behandlungsstation 16
in die Leitung 15 mündet. Zur Umwälzung des Gasgemisches 14 kann jedoch
auch ein Ventilator in der Leitung 14 vorgesehen werden.
Bei der Behandlungsstation 16 strömt der Nebel 14a über die Zuführung
18 durch die Auflagefläche 19a der Auflage 19 zum Fasermaterial 17, und
dringt sodann infolge der erzwungenen Strömung in das Fasermaterial 17 ein.
Die mikroskopisch feinen Partikel des Monomers 2 werden während des
Durchgangs durch das Fasermaterial 17 beim Kontakt mit den Fasern an die
sen durch Filtration und/oder Kondensation abgelagert.
Nach dem Austritt aus dem Fasermaterial 17 wird der an mikroskopisch
feinen Partikeln und/oder Dampf des Monomers verarmte Nebel 14a in den
Abzug 20 abgesaugt und der Rückgewinnung zugeführt, indem er durch die
Leitung 22 der durch die Saugleitung 10 angesaugten Luft 11 zugemischt wird.
Eine entsprechende Ausgestaltung der Leitung 22 stellt sicher, daß dort aus
gefiltertes und/oder kondensiertes Monomer nicht zum Fasermaterial 17 zu
rückfließen kann, sondern zum Behälter 1 strömt.
Beim Zumischen des verarmten Nebels 14a zur kalten Luft 11 kann der
entstehende abgekühlte Nebel mit dem Dampf des Monomers 2 bei so niedri
ger Temperatur übersättigt sein. Infolgedessen kommt es zur Kondensation
eines Teils des Monomers 2, welcher wie Kondensat aus der Leitung 22 im
Behälter 1 aufgefangen wird.
Die Vorrichtung erlaubt es folglich, die Einbringung des Monomers 2 in
das Fasermaterial 17 auszuführen ohne jeglichen Verlust der eingesetzten
Komponenten, da nicht im Fasermaterial 17 ausgefilterte Partikel und/oder
kondensierter Dampf des Monomers 2 vollständig rückgewonnen werden. Fein
dispers zerstäubtes flüssiges Monomer 2, das aus dem Teilkreislauf A über
den Zumischer 8 dem Kreislauf B zur Bildung des Nebels 14a zugeführt wurde,
sowie Monomer 2, das stromab des Fasermaterials 17 kondensiert wurde, wird
mittels der Filtereinrichtung 12 in dem Behälter 1 wiedergewonnen und einer
erneuten Verwendung zugeführt.
Der ausgefilterte und/oder kondensierte Teil des Monomers entzieht dem
Kreislauf B ständig Partikel bzw. Gas bzw. Volumen, welches durch das Volu
men der angesaugten Luft 11 ausgeglichen werden kann, die mit frischem Mo
nomer 2 wieder frischen Nebel 14a bildet.
Sofern im Einzelfall erforderlich, kann in nicht näher dargestellter, jedoch
konventioneller Weise z. B. durch einen Wärmetauscher im oberen Abschnitt
1b des Behälters 1 oder im Bereich der Leitung 15 eine zusätzliche Tempera
tureinstellung erfolgen. Auf diese Weise ist es in jedem Einzelfall möglich, die
Temperatur des Gasgemisches 14 so einzustellen, daß es im Bereich der Zu
führung 18 eine gewünschte Temperatur, insbesondere etwa eine Temperatur
entsprechend seiner Taupunktstemperatur aufweist.
Die Auflage 19 des Fasermaterials 17 kann ein Produktionsband der Pro
duktionsanlage für das Fasermaterial 17 sein, das dann senkrecht zur Zeichen
ebene in gleichförmiger, ununterbrochener Bewegung ist. Die Auflage 19 kann
aber auch stationär sein, etwa um Rohmaterialstücke für Formteile zu behan
deln.
Wie vorstehend erklärt wurde, stellt Fig. 1 die Einbringung in ein ruhen
des Fasermaterial in Kreislauf B dar. Hinsichtlich Kreislauf A entsprechen Fig.
2 und 3 der Darstellung in Fig. 1, während hinsichtlich Kreislauf B verschie
dene Ausführungsformen gezeigt sind. Um das Verständnis zu erleichtern,
werden in Fig. 2 und 3 gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 für identische oder
entsprechende Gegenstände verwendet.
In Fig. 2 durchläuft das Fasermaterial 17 in Form einer endlosen Bahn ein
Behandlungsgehäuse 30, welches zwei perforierte Fördereinrichtungen 31
enthält, die die Bahn aus Fasermaterial 17 auf ihrem Weg im Gehäuse 30 tra
gen. Zwischen den Strecken der Fördereinrichtungen 31 ist ein Behandlungs
gehäuse 32 angeordnet, welches die zwei aufeinanderfolgenden Behand
lungskammern 33 und 34 enthält. Die Behandlungskammern 33 und 34 neh
men die sich fortbewegende Bahn aus Fasermaterial 17 im wesentlichen gas
dicht auf, um einen übermäßigen Gasaustausch zwischen Innerem und Äuße
rem der Behandlungskammer 33 und 34 zu vermeiden; diese im wesentlichen
gasundurchlässige Dichtung wird unterstützt durch eine entsprechende Dich
tungsanordnung auch der Seitenwände des Behandlungsgehäuses 30, wie aus
der Zeichnung ersichtlich ist.
Die von der Leitung 15 abgezweigte Leitung 15a und die von der Leitung
22 abgezweigte Leitung 22a stehen mit der ersten Behandlungskammer 33 in
Verbindung, um den frischen Nebel 14a aus der Leitung 15 in die Unterseite
der Bahn aus Fasermaterial 17 einzuleiten, bzw. den aus der Oberseite des
Fasermaterials austretenden Restnebel in Leitung 22 abzuleiten. Die von der
Leitung 15 abgezweigte Leitung 15b und die von der Leitung 22 abgezweigte
Leitung 22b stehen mit der zweiten Behandlungskammer 34 in Verbindung, um
den frischen Nebel 14a aus der Leitung 15 in die Oberseite der Bahn aus Fa
sermaterial 17 einzuleiten, bzw. den aus der Unterseite des Fasermaterials 17
austretenden Restnebel in Leitung 22 abzuleiten. Die Richtung der Nebelströ
mung durch das Fasermaterial 17 in den Behandlungskammern 33 und 34 ist
durch die Pfeile 35 bzw. 36 dargestellt.
Die Anordnung nach Fig. 2 erlaubt es, einen abwechselnden Fluß durch
das Fasermaterial 17 in beide Richtungen zu erzielen, so daß die hiermit ver
bundenen Vorteile, wie etwa bessere Homogenisierung, damit erreicht werden.
In Fig. 3 sind die beiden Behandlungsgehäuse 30 nacheinanderfolgend
auf dem Weg der Bahn aus Fasermaterial 17 angeordnet, wobei sich ein zu
sätzliches Sonderbehandlungsgehäuse 24 zwischen ihnen befindet. Im Son
derbehandlungsgehäuse 24 kann jegliche erwünschte Sonderbehandlung er
zielt werden, unter anderem eine Zwischenkühlung zwischen den Behand
lungsgehäusen 30, so daß eine kontinuierliche Erwärmung des Fasermaterials
bei seinem Durchgang durch aufeinanderfolgende Behandlungsgehäuse ver
mieden wird. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Anordnung im
Sonderbehandlungsgehäuse 24 ähnlich derjenigen in den Behandlungsgehäu
sen 30. Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, befinden sich Öffnungen der
Kühlgasleitungen 37 oberhalb und unterhalb der Bahn aus Fasermaterial 17,
um eine abwechselnde Durchströmung des Fasermaterials 17 mit Kühlgas im
Sinne der Pfeile 38 und 39 zu bewirken.
Wie vorstehend erläutert ist, stellen die Fig. 1 bis Fig. 3 die Einbringung
in ein Fasermaterial im Kreislauf B dar. Bezüglich Kreislauf A entsprechen Fig.
2 und Fig. 3 der Darstellung in Fig. 1, während bezüglich Kreislauf B verschie
dene Ausführungsformen gezeigt sind. Nachfolgend sind in den Fig. 4 bis Fig.
7 weitere Ausführungsformen für das Herstellen eines Nebels, Rauches oder
Staubes sowie die Einbringung dieser Aerosole in das Fasermaterial darge
stellt. Um das Verständnis zu erleichtern, werden in Fig. 4 bis Fig. 7 gleiche
Bezugszeichen wie in Fig. 1 bis Fig. 3 für identische Gegenstände verwendet.
Im in Fig. 4 veranschaulichten Beispielsfall wird das Transportgas, bei
spielsweise Luft 40, in einer Leitung 44 herangeführt. In der Leitung 44 ist ein
Zerstäuber 42, der beispielsweise mechanisch/akustisch arbeitet, angeordnet.
An die Leitung 44 schließt sich ein Leitungsbogen 48 an, der in eine weitere,
senkrecht stehende Leitung 50 übergeht. Die Leitung 50 mündet in die Be
handlungsstation 16.
Mit Hilfe des Zerstäubers 42 wird die flüssige Substanz 46 zu einem
Tröpfchenstrom 52 zerstäubt. Die Tröpfchen im Tröpfchenstrom 52 sind von
unterschiedlichem Durchmesser und umfassen mikrofeine Tröpfchen bis hin zu
groben Tröpfchen. Der Tröpfchenstrom 52 wird vom Transportgas 40 mitgeris
sen und strömt durch den Leitungsbogen 48. Infolge der Zentrifugal- bzw.
Trägheitskräfte werden im Leitungsbogen 48 die groben Tröpfchen
herauszentrifugiert und fließen an der Wand des Leitungsbogens 48 als
Flüssigkeitsrückströmung 54 in die Leitung 44 zurück, wobei die
Flüssigkeitsrückströmung 54 durch einen Auslaß 56 die Leitung 44 im
untersten Punkt verlassen kann. In einem nicht näher dargestellten
Auffangbehälter wird die flüssige Substanz, die aus dem Leitungsbogen 48
zurückströmt, aufgefangen und wieder dem Zerstäuber 42 zugeführt.
Der auf diese Weise von groben Tröpfchen befreite Luft/Substanz-Nebel
58 strömt durch die senkrechte Leitung 50 in Richtung Behandlungsstation 16.
In der Leitung 50 ist ein Filter 60 angeordnet, mit dessen Hilfe die Partikel mit
einem Durchmesser größer als 3 µm herausgefiltert werden. Die ausgefilterten
Tröpfchen strömen ebenfalls an der Leitungswandung zurück und werden
durch den Auslaß 56 rückgeführt. Nach dem Filter 60 steht ein Luft/Substanz-
Nebel 62 zur Verfügung, der nur noch mikrofeine Tröpfchen der Substanz und
Luft enthält. Dieser Luft/Substanz-Nebel 62 wird in das Fasermaterial 17 in der
Behandlungsstation 16 eingebracht.
Der Zerstäuber 42 erzeugt aus der flüssigen Substanz 46 einen bezüglich
der Tröpfchenverteilung über dem Durchmesser inhomogenen Tröpfchenstrom
52, der eine sehr große Bandbreite von Tröpfchendurchmessern in seiner
Tröpfchendurchmesserverteilung aufweist. Die Tröpfchendurchmesser variie
ren dabei von ca. 0,5 µm bis 15 µm. Da für die Einbringung in das Fasermate
rial 17 aber nur Tröpfchen unterhalb 3 µm Durchmesser gewünscht sind, müs
sen mit Hilfe des Zentrifugierens im Bereich des Leitungsbogens 48 die groben
Tröpfchen entfernt und mit dem Filter 60 alle restlichen Tröpfchen mit einem
Durchmesser über 3 µm ausgefiltert werden. Dies bedeutet, daß von 100%
eingesetzter flüssiger Substanz 46 ca. 15% in Form von mikrofeinen Tröpfchen
im Luft/Substanz-Nebel 62 verbleibt und zur Einbringung in das Fasermaterial
17 zur Verfügung stehen.
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem beispielsweise
ein mechanisch/akustisch arbeitender Zerstäuber 68 in einer Leitung 70 ange
ordnet ist. Ein Transportgas, beispielsweise Luft 40, wird durch die Leitung 70
zugeführt. Der Zerstäuber 68 erzeugt aus der flüssigen Substanz 46 einen ho
mogenen Tröpfchenstrom 72 mit einer Tröpfchenverteilung, die Tröpfchen von
nahezu gleichem Durchmesser aufweist. Die Tröpfchendurchmesser liegen da
bei alle um 1,5 µm bis 2,0 µm. Der Tröpfchenstrom 72 mit groben Tröpfchen
wird vom Luftstrom 40 mitgerissen und strömt durch die sich an die Leitung 70
anschließende Leitung 74. Eine Wärmezuführeinrichtung 76, beispielsweise
eine Heizspirale, ist an der Leitung 74 angeordnet, um damit Wärme dem
Tröpfchenstrom 72 zuführen zu können. Durch die Wärmezufuhr verdampft ein
Teil der Masse der Tröpfchen, und deren Durchmesser reduziert sich, so daß
ein Luft/Substanz-Nebel 78 mit homogenen, mikrofeinen Tröpfchen der
Substanz erzeugt werden kann. Der Tröpfchendurchmesser der mikrofeinen
Tröpfchen liegt dann bei 0,5 µm bis 1,0 µm. Dieser Luft/Substanz-Nebel 78
wird in der Behandlungsstation 16 in das Fasermaterial 17 eingebracht. Da der
Dampf der Substanz, welcher beim Verdampfen der mikrofeinen Tröpfchen
entstanden ist, in der Strömung verbleibt, stehen von 100% eingesetzter
flüssiger Substanz 46 nahezu 100% in Form von mikrofeinen Tröpfchen in
einem Luft/Substanz-Nebel 78 und in Form des Dampfes der Substanz zur
Filtration und/oder Kondensation am Fasermaterial bei der Einbringung in das
Fasermaterial zur Verfügung.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform zum Herstellen eines Dampf/Substanz-
Nebels dargestellt. Eine dampfförmige Substanz 80 wird durch eine Leitung 82
zugeführt. Die Strömung mit der dampfförmigen Substanz 80 passiert den Lei
tungsabschnitt 84. Der Leitungsabschnitt 84 ist beispielsweise von einer Kühl
einrichtung 86 ummantelt, die beispielsweise eine Kühlspirale 88 enthält. Der
Kühlspirale kann durch eine Zuführung 92 und eine Rückführung 94 Kühlmittel
96 zu- und wieder abgeführt werden. Durch den Wärmeentzug mit Hilfe der
Kühleinrichtung 86 kann ein Teil der dampfförmigen Substanz der Strömung 80
kondensieren, und es kann somit ein Dampf/Substanz-Nebel 90 erzeugt wer
den mit mikrofeinen Tröpfchen der Substanz. Dieser Dampf/Substanz-Nebel 90
wird ebenfalls der Behandlungsstation 16 zugeführt und dort in das Faserma
terial 17 eingebracht. Da der Dampf der Substanz, welcher nicht zu mikrofeinen
Tröpfchen kondensiert wird, in der Strömung verbleibt, stehen von 100% ein
gesetzter dampfförmiger Substanz 46 nahezu 100% in Form von mikrofeinen
Tröpfchen im Dampf/Substanz-Nebel 90 und in Form des Dampfes der Sub
stanz zur Filtration und/oder Kondensation am Fasermaterial bei der Einbrin
gung in das Fasermaterial zur Verfügung.
In Fig. 7 ist eine Ausführungsform zum Herstellen eines Rauches oder
Staubes dargestellt. Das Transportgas bzw. die Luft 40 wird einem Zerstäuber
100 durch einen Einlaß 102 zugeführt. Aus einem am Zerstäuber 100 angeord
neten Staubvorratsbehälter 104 wird staubförmige Substanz 106 entnommen
und mit Hilfe einer Fördereinrichtung 108 in einen Zumischer 110 gefördert.
Die durch ein Lochgitter 112 einströmende Luft 40 verwirbelt in dem Zumischer
110 die staubförmige Substanz 106 und grobe Perlen 114. Die groben Perlen
114 dienen dabei als Rückhaltemittel für die staubförmige Substanz 106 und
damit als Dosiermittel für einen entstehenden Luft/Substanz-Rauch 116. Der
erzeugte Luft/Substanz-Rauch oder -Staub 116 kann durch einen Auslaß 118
abströmen. Das stromabseitige Ende des Auslasses 118 ist von einer Zufüh
rung 120 umgeben, die in eine Leitung 122 übergeht, welche an ihrem strom
abseitigen Ende in die Behandlungsstation 16 mündet. Der Auslaß 118 und die
Zuführung 120 sind zusammen beispielsweise ähnlich einer Venturi-Düse
ausgebildet. Der Luft/Substanz-Rauch 116 kann hier in dem Bereich der Zufüh
rung 120 zusätzlich mit einem weiteren Luftstrom 40 und/oder einem Dampf
strom der Substanz 80 vermischt werden. Auf diese Weise kann ein
Luft/Substanz/Dampf-Gemisch 124 erzeugt werden, das in der Behandlungs
station 16 in das Fasermaterial 17 eingebracht wird.
Nachfolgend werden Versuche erläutert, die mit ruhendem Mineralwolle-
Fasermaterial 17 durchgeführt wurden, um die Interpretation der Ergebnisse zu
erleichtern.
Das ausgeführte Beispiel beschreibt die Einbringung des Vorpolymers ei
nes Phenolharzes in wäßriger Lösung (gängiges Bindemittel bei der Faserma
terialherstellung) in Aerosolform ins Innere eines Fasermaterials. Die Vernet
zung erfolgt anschließend durch das Aufbringen von Wärme.
Das Primärfasermaterial wurde auf einer Versuchspilotstation hergestellt.
Das Fasermaterial wurde danach auf Probengröße (500 × 500 mm) zuge
schnitten und auf der statisch arbeitenden Pilotanlage vom Zweikomponenten
nebel Luft/Vorpolymer durchströmt, wobei das nebelförmige Vorpolymer erfin
dungsgemäß an den Fasern durch Filtration und/oder Kondensation, das Fa
sermaterial imprägnierend, abgelagert wurde.
Das Flächengewicht des Fasermaterials lag je nach Versuchsreihe durch
schnittlich bei 250 bis 550 g/m².
Das Vorpolymer wurde mit Hilfe eines handelsüblichen mecha
nisch/akustisch arbeitenden Zerstäubers zu Partikeln mit einer durchschnittli
chen Teilchengröße zwischen 0,5 µm und 15 µm versprüht, wie beispielsweise
dem unter der Handelsbezeichnung "SONICORE" von SONIC DEVELOPMENT
CORPORATON, PARSIPPANY, N.J., USA hergestellten und vertriebenen. An
schließend wurden die groben Partikel durch Auszentrifugieren im nachfolgen
den Krümmer entfernt, wie dies anschaulich in Fig. 4 beschrieben ist, wodurch
eine durchschnittliche Tröpfchengröße von 0,5 µm bis 5 µm erzielt wurde. Zu
letzt passiert der Luft/Vorpolymer-Nebel ein Trägheitsfilter, mit dessen Hilfe alle
Partikel über 3,0 µm herausgefiltert wurden. Der so erzeugte mikrofeine
Luft/Vorpolymer-Nebel wurde danach in das Fasermaterial eingeleitet. Ein
stündlicher Vorpolymerdurchsatz von ca. 30 Liter war dabei möglich.
Die Menge des nach Einbringung polymerisierten Aerosols wird wie folgt
ermittelt: das imprägnierte Fasermaterial wurde 4 Minuten lang bei 250°C im
Ofen behalten, um das Vorpolymer vernetzen zu lassen. Danach wurde am fer
tigen Produkt auf übliche Weise der Glühverlust bei 550°C ermittelt. Die Er
gebnisse hiervon sind in der folgenden Tabelle dargestellt.
Es ist erkennbar, daß die durchschnittliche Teilchengröße einen Einfluß
auf die eingebrachte Menge und auf die Eindringtiefe in das Fasermaterial
besitzt. Weiterhin wird deutlich, daß sich eine Umkehrung der Strömungsrich
tung beim Einbringen des Nebels vorteilhaft auf die Homogenität der Verteilung
des durch Filtration und/oder Kondensation abgelagerten Vorpolymers aus
wirkt.
Das ausgeführte Beispiel beschreibt die Einbringung des Vorpolymers ei
nes Phenolharzes in wäßriger Lösung (gängiges Bindemittel bei der Faserma
terialherstellung) in Aerosolform ins Innere eines Fasermaterials. Die Vernet
zung erfolgt anschließend durch das Aufbringen von Wärme.
Das verwendete Primärfasermaterial wurde auf einer Versuchspilotstation
hergestellt, danach auf Probengröße (500 × 500 mm) zugeschnitten und auf
der statisch arbeitenden Pilotanlage vom Zweikomponentennebel
Luft/Vorpolymer durchströmt, wobei das nebelförmige Vorpolymer erfindungs
gemäß an den Fasern durch Filtration und/oder Kondensation abgelagert
wurde.
Das Flächengewicht des Fasermaterials lag hierbei ebenfalls je nach Ver
suchsreihe durchschnittlich bei 250 bis 550 g/m².
Das Vorpolymer wurde mit Hilfe eines mechanisch/akustisch arbeitenden
Zerstäubers zu Partikeln mit einer durchschnittlichen Teilchengröße zwischen
1,5 µm und 2,0 µm versprüht. Anschließend wurden diese Partikel durch das
Einbringen von Wärme in den Luft/Vorpolymer-Nebel erhitzt, wobei ein Teil der
Partikelmasse verdampfte und somit Partikel mit einer durchschnittlichen Teil
chengröße zwischen 0,5 µm und 1,0 µm erzeugt werden konnten, wie dies
ebenfalls in Fig. 5 anschaulich beschrieben ist. Der so erzeugte mikrofeine
Luft/Vorpolymer-Nebel wurde danach in das Fasermaterial eingeleitet. Ein
stündlicher Vorpolymerdurchsatz von ca. 25 Liter war dabei möglich. Bei ent
sprechender Konfiguration des Zerstäubers sind Durchsätze bis 400 l/h denk
bar.
Die Menge des nach Einbringung polymerisierten Aerosols wird wie folgt
ermittelt: das imprägnierte Fasermaterial wurde 4 Minuten lang bei 250°C im
Ofen behalten, um das Vorpolymer vernetzen zu lassen. Danach wurde am fer
tigen Produkt auf übliche Weise der Glühverlust bei 550°C ermittelt. Die Er
gebnisse hiervon sind in der folgenden Tabelle dargestellt.
Hierbei wird abermals deutlich, daß die durchschnittliche Teilchengröße
einen Einfluß auf die eingebrachte Menge und auf die Eindringtiefe in das Fa
sermaterial besitzt. So konnte beispielsweise eine größere Menge an Vorpoly
mer auch in tiefere Fasermaterialschichten eingebracht werden.
In beiden ausgeführten Beispielen wurde die Verteilung der Teilchengrö
ßen mit Hilfe eines Kaskaden Impactors bzw. Mehrstufenabscheiders, wie z. B.
in "Aerosol technology, properties, behavior, and measurement of airborne
particles, William C. Hinds" auf den Seiten 119 bis 124 im Kapitel 5.6 be
schrieben, bestimmt. Dabei sind mehrere Impactoren in Reihe hintereinander
geschaltet und mit Vakuum beaufschlagt. Die erste Stufe bestimmt den größten
Grenzdurchmesser der Teilchen. In jeder weiteren Stufe wird der Düsendurch
messer reduziert, um die Verteilung der Teilchengrößen in Teilchengrößen
klassen aufteilen zu können. Hinter der letzten Stufe folgt ein Filter, um ein
Eindringen der Partikel in die Vakuumpumpe zu verhindern.
Claims (23)
1. Verfahren zur Einbringung einer Substanz oder einer Mischung von Sub
stanzen auf Fasern eines Fasermaterials, insbesondere eines Mineralfa
sermaterials, bei dem die Substanz oder ein Vorläufermaterial hiervon als
Aerosol in Form eines Transportgases, in dem die Substanz als
mikrofeine, feste und/oder flüssige Partikel und/oder Dampf fein dispers
verteilt ist, mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als
10 µm, vorzugsweise von weniger als 1 µm in das Fasermaterial
eingeleitet und an den Fasern des Fasermaterials durch Filtration
und/oder Kondensation zumindest zu einem Teil niedergeschlagen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die durchschnittliche Teilchengröße
der festen und/oder flüssigen Partikel größer als 0,1 µm ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Transportgas für den
Nebel den Dampf der Substanz bzw. ihres Vorläufermaterials umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Nebel beim Inkontaktbringen mit
den Fasern des Fasermaterials bei einer Temperatur gehalten wird, wel
che die Siedepunktstemperatur der Substanz nicht überschreitet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Transportgas des Nebels
ein Inertgas ist, welches eine wesentlich niedrigere Taupunktstemperatur
als die Substanz bzw. deren Vorläufermaterial hat.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Nebel beim Inkontaktbringen mit
den Fasern des Fasermaterials bei einer Temperatur gehalten wird, wel
che die Taupunktstemperatur einer aus der Substanz bzw. deren Vorläu
fermaterial und dem Transportgas gebildeten polynären Gasmischung
nicht überschreitet.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem Luft als Transportgas ver
wendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die mikrofeinen
Tröpfchen durch Wärmebeaufschlagung gröberer Tröpfchen zu deren
teilweiser Verdampfung erzeugt werden, und daß das Transportgas somit
ein Gemisch aus dem Inertgas und dem Dampf der Substanz bzw. von
deren Vorläufermaterial ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Strömung des
Aerosols eine erzwungene Strömung ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein Vorläufermate
rial oder ein monomerer Vorläufer oder ein Vorpolymer der Substanz
während oder nach seinem Niederschlag durch Filtration und/oder
Kondensation im Fasermaterial unter dem Einfluß eines Faktors wie
Wärme, einer katalytischen Substanz, einer Strahlung, einer anderen
monomeren Substanz oder eines Gases polymerisiert wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Einbringung
des Aerosols durchgeführt wird, nachdem die Fasern, welche das
Fasermaterial bilden, auf einem Produktionsband abgelegt sind und
während das Fasermaterial noch auf dem Produktionsband liegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem im Falle der Her
stellung von Formteilen wie Rohrschalen die Einbringung des Aerosols
durchgeführt wird, nachdem das Fasermaterial vom Produktionsband
abgenommen wurde.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Richtung der
Aerosolströmung durch das Fasermaterial nach einer vorbestimmten Zeit
spanne der Aerosolströmung in einer bestimmten Richtung,
möglicherweise wiederholt, umgekehrt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem zwischen wenigstens einzelnen der
Umkehrungen der Strömungsrichtung eine zusätzliche Behandlung wie
z. B. Kühlungsbehandlung vorgesehen ist.
15. Vorrichtung zum Einbringen einer Substanz (2, 46, 80) auf Fasern eines
Mineralfasermaterials (17), mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines
Aerosols (14a, 62, 78, 90,116) bestehend aus der einzubringenden, fein
dispers verteilten Substanz (2, 46, 80) oder einem Vorläufermaterial
hiervon in Form von festen und/oder flüssigen Partikeln und Dampf
und/oder Luft als Transportgas, und mit einer Einrichtung (16) zur
Einleitung des Aerosols in das Fasermaterial (17).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeu
gungseinrichtung aufweist:
- - einen Zerstäuber (4, 42, 68) zur Erzeugung von Tröpfchen aus der flüssigen Substanz,
- - einen Zumischer (8) zur Zuführung von Transportgas (14) zur Erzeugung des Aerosols (14a, 62, 78) in Nebelform, bestehend aus dem Transportgas (14) und den Tröpfchen der Substanz (2, 46), und
- - eine Einrichtung (5, 48, 60, 76) zur Verminderung der Tröpfchengrö ße vor der Einleitung des Nebels (62) in das Fasermaterial (17).
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Zer
stäuber (4, 42) Tröpfchen unterschiedlicher Größe erzeugt, und daß zur
Verminderung der Tröpfchengröße vor der Einleitung des Nebels (14a,
62) in das Fasermaterial (17) eine Ausfilterung, vorzugsweise Auszentri
fugierung unerwünscht grober Tröpfchen erfolgt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die die
Nebelströmung führende Leitung (48) zum Auszentrifugieren unerwünscht
grober Tröpfchen in einem Bogen eines der auszuzentrifugierenden
Tröpfchengröße entsprechenden Radius geführt ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Zer
stäuber (4, 68) Tröpfchen weitgehend gleicher Größe erzeugt, und daß
zur Verminderung der Tröpfchengröße vor der Einleitung des Nebels
(14a, 78) in das Fasermaterial (17) eine teilweise Verdampfung
unerwünscht grober Tröpfchen beispielsweise mit Hilfe einer
Wärmezuführeinrichtung (5, 76) zur Erzeugung von mikrofeinen
Tröpfchen der Substanz (2, 46) erfolgt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeich
net, daß der Zumischer (8) eine Leitung (15, 44, 70) zur Zuführung des
Transportgases (14, 40) aufweist, in der der Zerstäuber (42, 68) angeord
net ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeu
gungseinrichtung aufweist:
- - eine Einrichtung zur Erzeugung des Dampfes (80) der einzubringen den Substanz (2), und
- - eine Einrichtung (86) zur Abkühlung des Dampfes (80) zur Erzeu gung des Aerosols (90) in Nebelform durch Kondensation eines Teils des Dampfes (80).
22. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeu
gungseinrichtung aufweist:
- - einen Zerstäuber (100) zur Erzeugung von mikroskopisch feinen festen Partikeln aus der Substanz (106), und
- - einen Zumischer (110) zur Zuführung des Transportgases (40) zur Erzeugung eines Rauches bzw. Staubes (116) bestehend aus dem Transportgas (40) und den mikroskopisch feinen festen Partikeln der Substanz (106).
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeich
net, daß die Einleitungseinrichtung Mittel zur Erzeugung eines Druckab
falls über das Fasermaterial aufweist, um das Aerosol (14a, 62, 78, 90,
116) mit vorbestimmter Durchsatzmenge in das Fasermaterial (17)
einzuleiten.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4406863A DE4406863A1 (de) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen einer Substanz in ein Fasermaterial, insbesondere in ein Mineralfasermaterial |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4406863A DE4406863A1 (de) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen einer Substanz in ein Fasermaterial, insbesondere in ein Mineralfasermaterial |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4406863A1 true DE4406863A1 (de) | 1995-09-07 |
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ID=6511642
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4406863A Withdrawn DE4406863A1 (de) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen einer Substanz in ein Fasermaterial, insbesondere in ein Mineralfasermaterial |
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