DE4410020A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Polymerisieren von Substanzen in Fasermaterialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Polymerisation von Substanzen in Fasermaterialen, wie insbesondere von einem Bindemittel in Mineralfasermaterial für Dämmzwecke und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Bei der Herstellung von Fasermaterial wie etwa Mineralfa­ sermaterial kann es erforderlich sein, einander kreuzende Mineralfasern miteinander zu verbinden, um diese in ihrer relativen Lage zueinander zu fixieren. Dies geschieht bei­ spielsweise durch Verkleben der Fasern an ihren gegenseitigen Berührungspunkten mit Hilfe eines geeigneten Bindemittels. Dabei wird in der Regel das eingebrachte Bindemittel unter Einwirkung von Wärme durch Polymerisation vernetzt. Auch andere Substanzen als Bindemittel werden in diesem Zusammen­ hang eingesetzt, beispielsweise als Avivagen, Nadelhilfsmit­ tel oder dergleichen, die gegebenenfalls einer Aushärtung (Polymerisation) zu unterziehen sind.

Auszugehen ist gemäß der US-A 5 275 874 von einem gat­ tungsbildenden Stand der Technik, nach dem eine Polymerisati­ on eines Bindemittels in Mineralfasermaterial mit UV-Strahlen erfolgt. Dabei besteht das Problem, daß das Eindringverhalten der UV-Strahlen in das Mineralfasermaterial schlecht ist: Die freigesetzte Energie fällt mit der Entfernung von der Ober­ fläche des Mineralfaserproduktes stark ab. Eine Erhöhung der Eindringtiefe mit einer ausreichenden Energie durch Erhöhung der Energie der Gesamtbestrahlung ist nicht möglich, da dann oberflächenseitig zu viel Wärme freigesetzt wird, sei es durch die von der UV-Quelle mit abgestrahlte Wärmestrahlung, sei es durch Energieverluste der UV-Strahlung und damit deren Transformation zu IR-Strahlung, was zu einem Verbrennen der Oberfläche des zu behandelnden Mineralfasermaterials führt.

Das Eindringverhalten der UV-Strahlen ist weiterhin stark von der Wellenlänge der UV-Strahlung abhängig. Infolge Streu­ ung bzw. Brechung der in das Fasermaterial einfallenden UV- Strahlung an einzelnen Fasern und Absorption der UV-Strahlung in die Fasern nimmt die Intensität der UV-Strahlung über die Eindringtiefe sehr rasch ab. Da diese Effekte stoffspezifisch sind, ist je nach Mineralfasermaterial nur ein ganz bestimm­ ter, eng begrenzter Wellenlängenbereich einer UV-Strahlung geeignet, um eine Substanz wie Bindemittel durch Polymerisa­ tion zu vernetzen.

Dabei ist zudem zu berücksichtigen, daß die UV-Strahlung nicht direkt die Substanz polymerisiert, sondern zuerst eine photoaktive Substanz durch die Energie der eindringenden UV- Strahlung aktiviert bzw. angeregt werden muß. Diese photoak­ tive Substanz bewirkt ihrerseits wiederum eine Erzeugung von Radikalen in der zu polymerisierenden Substanz, welche anschließend durch die freien Radikale ihrerseits polymeri­ siert. Die Aktivierungsenergie der photoaktiven Substanz ist ebenfalls wellenlängenabhängig, wodurch der anwendbare Wel­ lenlängenbereich der UV-Strahlung weiter eingeschränkt wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, mit dem eine Polymerisation von Sub­ stanzen in Fasermaterialien wesentlich gleichmäßiger über die Dicke des Fasermaterials erzielt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß Elektronenstrahlen abhängig von der Energie (in Elektronenvolt) eine gewisse Strecke weit in Fasermaterial wie Mineralfasermaterial ein­ dringen, ohne dabei nennenswert Energie zu verlieren, und dann relativ abrupt gestoppt werden (also steiler Abfall der Energie nach einer bestimmten Eindringtiefe), wobei ihre gesamte Restenergie abgegeben wird. Bis zu dem steilen Abfall ist aber eine relativ große Eindringtiefe nutzbar. Es wird vermutet, daß dieses Eindringverhalten seinen Grund u. a. auch darin hat, daß Elektronenstrahlen nicht wesentlich durch die Fasern abgelenkt werden. Da ein Elektron um Potenzen kleiner ist als die Moleküle, welche die Fasern aufbauen, können die energiereichen Elektronen die Fasern durchdringen, ohne von ihrer Flugbahn abzuweichen. In einer Strahlungsquelle erzeug­ te energiereiche Elektronen können so mit Hilfe von elektro­ magnetischen Feldern zu einem gerichteten Elektronenstrahl fokussiert werden und können in das Fasermaterial, z. B. Mine­ ralfasermaterial, eindringen.

Trifft ein Elektron mit einer bestimmten Energie auf eine C-C-Doppelbindung einer ungesättigten Gruppe der Substanz, so bricht es diese durch Abgabe seiner Energie auf und erzeugt damit ein Radikal. Benachbarte Molekülgruppen mit erzeugten freien Radikalen vernetzen sich durch Verbinden der Radikale. Damit kann die Substanz einfach und wesentlich gleichmäßiger über die Dicke des Fasermaterials polymerisiert werden.

Die erzielbare Gleichmäßigkeit der Bildung von Radikalen über der Dicke z. B. des Mineralfasermaterials und die daraus resultierende Gleichmäßigkeit der Polymerisation der Substanz kann durch eine geeignete Ablenkung der Elektronenstrahlen infolge geeigneter Ablenkungsvorrichtungen vor dem Eindringen in das Fasermaterial weiter verbessert werden.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß der Gesamtenergiebedarf bei der Vernetzung mit Hilfe von Elektro­ nenstrahlen ca. 1/20 bis 1/100 des Gesamtenergiebedarfs bei der Vernetzung bzw. beim Aushärten von Bindemittel mit Hilfe von Wärme beträgt.

Vorteilhaft ist zudem die hohe Geschwindigkeit, mit der die Polymerisation bzw. das Aushärten erfolgen kann und die geringe Wärmebelastung des Mineralfasermaterials. Damit kön­ nen auch thermisch empfindliche Substanzen in thermisch emp­ findlichen Fasermaterialien problemlos vernetzt werden.

Der geringe Platzbedarf einer Anlage zur Polymerisation von Substanzen in Fasermaterialien bzw. zum Aushärten von Bindemittel in Mineralfasermaterialien mit Hilfe von Elektro­ nenstrahlen im Vergleich zum Platzbedarf von Aushärteöfen ist ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens.

Wird das Fasermaterial gemäß Anspruch 2 von beiden Seiten der Elektronenstrahlung ausgesetzt, kann die Eindringtiefe mehr als verdoppelt werden, wobei die Energie der Elektronen so eingestellt werden kann, daß die beiden Eindringtiefen sich in der Mitte des Materials treffen bzw. überlagern. Wei­ ter kann die Eindringtiefe erhöht werden durch Erhöhung der Energie der Elektronenstrahlen.

Beträgt die Energie des Elektronenstrahls gemäß Anspruch 3 zwischen 250 keV und 1,5 MeV, so können Mineralfasermate­ rialien handelsüblicher Dicke und Dichte unter Verwendung handelsüblicher Strahlungsquellen zufriedenstellend behandelt werden.

Wird gemäß Anspruch 4 der Anteil an Sauerstoff im Faser­ material bei der Behandlung vorzugsweise auf unter 10% bzw. besser noch auf unter 5% bzw. am besten noch auf unter 1% reduziert, so kann praktisch vollständig vermieden werden, daß die durch die Elektronen erzeugten freien Radikale der zu vernetzenden Substanz durch Sauerstoff belegt werden und ein Vernetzen an dieser Stelle damit verhindert ist.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Polymerisation einer Substanz in einem Fasermaterial, insbesondere eines Bindemittels im Inneren eines Mineralfasermaterials weist eine Strahlungsquelle auf, die gemäß Anspruch 5 eine Elektro­ nenstrahlquelle ist.

Mit dieser Elektronenstrahlquelle können die Elektronen­ strahlen erzeugt werden, die beispielsweise das Mineralfaser­ material durchdringen können, an ungesättigten Gruppen der Substanz C-C-Doppelbindungen aufbrechen und freie Radikale erzeugen können, damit sich abschließend die Substanzgruppen über die freien Radikale miteinander verbinden können und die Substanz insgesamt aushärten kann. Hierzu sind vorteilhaft handelsübliche Elektronenstrahlquellen einsetzbar. Diese bie­ ten im Vergleich mit herkömmlichen Aushärteöfen die Vorteile des geringeren Platzbedarfs, des geringeren Energiebedarfs und der geringeren Erhitzung des Mineralfasermaterials oder eines anderen Fasermaterials.

Gemäß Anspruch 6 weist die Polymerisationsvorrichtung eine Ablenkungseinheit bzw. einen Scanner zur Ablenkung der Elektronenstrahlen auf. Dies bietet im wesentlichen zwei An­ wendungsalternativen. Wird das Fasermaterial auf einer För­ dereinrichtung, beispielsweise auf einem Förderband, in ebe­ ner Form abgelagert und darauf zur Weiterbearbeitung trans­ portiert, so kann mit Hilfe der Ablenkungseinheit der Elek­ tronenstrahl im Behandlungsbereich der Aushärtevorrichtung, welche an der bzw. um die Fördereinrichtung herum angeordnet sein kann, über die gesamte Breite der Mineralfaserbahn ge­ führt werden.

Wird die Substanz in Fasermaterial ausgehärtet, welches eine nicht ebene Oberfläche aufweist, beispielsweise Hohl­ zylinderform besitzt, so kann der Elektronenstrahl mit Hilfe der Ablenkungseinheit in einer nichtlinearen Flugbahn zu den gewünschten Auftreffstellen auf diese Oberfläche des Faser­ materials geführt werden. Durch geeignete Bahnführung des Elektronenstrahls kann an jeder Auftreffstelle ein gewünsch­ ter Auftreffwinkel, in der Regel annähernd 90°, eingehalten werden.

Fasermaterial, welches auf einem mit konstanter Geschwin­ digkeit laufenden Förderband zur Weiterbehandlung transpor­ tiert wird, kann vorteilhaft mit einem Elektronenstrahl be­ aufschlagt werden, der über die gesamte Breite der Faserbahn streicht. Alternativ kann die Ablenkungseinheit gemäß Anspruch 7 einen kontinuierlichen Breitstrahl erzeugen. Dies hat den Vorteil, daß eine einmal optimal eingestellte Polyme­ risationsvorrichtung im Normalfall nicht mehr nachgeregelt werden muß, was den Regelaufwand erheblich reduzieren kann.

Erzeugt die Ablenkungseinheit gemäß Anspruch 8 einen fokussierten Strahl, der mit einer bestimmten Frequenz über die Breite des Fasermaterials hin und her bewegt sowie bevor­ zugt zudem mit einer bestimmten Frequenz quer zur Breite des Fasermaterials über eine bestimmte Strecke hin und her bewegt wird, so kann durch die Verwendung eines gebündelten Strahles vorteilhaft eine erheblich größere Energiedichte in das Fasermaterial pro Fläche bzw. Volumen eingebracht werden. Die Möglichkeit, den Elektronenstrahl in beiden Richtungen tra­ versierend über die Oberfläche des Fasermaterials zu führen, hat den Vorteil, daß das Fasermaterial mehrfach über die gesamte Breite des gleichen Längenelementes der Faserbahn und zudem auch bei Bedarf mehrfach in Längsrichtung über eine definierte Strecke in Förderrichtung mit dem Elektronenstrahl bestrichen werden kann. Dadurch kann ein gleichmäßiges Bestreichen der gesamten Oberfläche des Mineralfasermaterials mit dem fokussierten Elektronenstrahl erfolgen, so daß sich eine über die gesamte Oberfläche gleichmäßige Energiedichte eines gewünschten Betrages ergibt.

Weist die Aushärtevorrichtung gemäß Anspruch 9 eine Vor­ richtung zur Verringerung des Sauerstoffgehalts in der Atmo­ sphäre des Fasermaterials auf, so kann der Sauerstoff bei­ spielsweise durch das Einbringen eines Inertgases aus dem Fasermaterial verdrängt werden. Damit kann vorteilhaft ver­ mieden werden, daß freie Radikale ungesättigter Substanzgrup­ pen mit dem reaktionsfreudigeren Sauerstoff eine Reaktion ausführen, anstatt mit anderen Radikalen benachbarter Sub­ stanzgruppen zu reagieren und somit eine Vernetzung durch Polymerisation herbeizuführen. Somit kann eine Behinderung der vollständigen Polymerisation vermieden werden. Bei aus­ reichender Reduzierung des Sauerstoffanteils in der Atmo­ sphäre im Fasermaterial kann somit eine vollständigere Poly­ merisation der Substanz erzielt werden. Weiterhin wird vor­ teilhaft die mögliche Bildung von Ozon reduziert, da in einer weitestgehend inerten Atmosphäre keine Sauerstoffmoleküle mehr zur Verfügung stehen, um durch die Energie der Elektro­ nenstrahlen teilweise zu Sauerstoffradikalen aufgespalten zu werden und anschließend Ozon bilden zu können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung eines Ausfüh­ rungsbeispieles anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungs­ gemäßen Anlage zum Polymerisieren von Substanzen in Mineral­ fasermaterialien mit Hilfe von Elektronenstrahlen;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Anlage nach Fig. 1 quer zur Mineralfasermaterialförderrichtung;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Anlage nach Fig. 1 entlang der Mineralfasermaterialförderrichtung;

Fig. 4 ein schematisches Diagramm des Verlaufes der Ener­ giedichte in Prozent über der Eindringtiefe bei einer Bestrahlung von beiden Seiten des Mineralfasermaterials;

Fig. 5 eine Spur eines Breitstrahls auf der Mineralfaser­ materialoberfläche; und

Fig. 6 eine Spur eines fokussierten Elektronenstrahls auf der Mineralfasermaterialoberfläche.

In Fig. 1 bis 3 ist in einer beispielhaften Ausführungs­ form eine Vorrichtung 1 zur Polymerisation einer Substanz, in dieser Ausführungsform eines Bindemittels, anhand eines Bei­ spiels dargestellt. Ein Mineralfasermaterial 2 ist auf einer Fördereinrichtung 4, beispielsweise auf einem perforierten Produktionsband, welches den Durchgang von Elektronenstrahlen nicht behindert, abgelegt. Eine Fördereinrichtung 4a, bei­ spielsweise ein Produktionsband, führt das Mineralfasermate­ rial 2 der Polymerisationsvorrichtung 1 zur Weiterbehandlung zu. Eine Fördereinrichtung 4b, beispielsweise ein Produkti­ onsband, transportiert das Mineralfasermaterial 2 von der Polymerisationsvorrichtung 1 weg. Über der Fördereinrichtung 4 und unter der Fördereinrichtung 4 sind Bestrahlungseinrich­ tungen 6 angeordnet.

Die Bestrahlungseinrichtung 6 ist ein Bestandteil der Polymerisationsvorrichtung 1, die des weiteren ein Gehäuse 8 aufweist, in dem eine Vorrichtung 10 zum Verringern des Sau­ erstoffgehalts in der Atmosphäre im Mineralfasermaterial 2 angeordnet ist. Das Gehäuse 8 hat in Förderrichtung des Mine­ ralfasermaterials 2 eine erste Öffnung 12 und eine zweite Öffnung 14 in dieser Reihenfolge. Durch die Öffnung 12 wird das Mineralfasermaterial 2, von der Fördereinrichtung 4a kom­ mend, auf der Fördereinrichtung 4 in das Gehäuse 8 der Poly­ merisationsvorrichtung 1 gefördert, die es durch die Öffnung 14 nach der Einwirkung durch die Bestrahlungseinrichtungen 6 wieder verläßt.

Die Bestrahlungseinrichtung 6 weist ein Gehäuse 6a, eine Austrittsfläche 6b für Elektronenstrahlen, eine Elektronen­ strahlquelle 16 und eine Ablenkeinheit 18 auf. In der Elek­ tronenstrahlquelle 16 werden Elektronen erzeugt und mit Hilfe der Ablenkeinheit 18 beschleunigt und in ihrer Bahn abge­ lenkt, so daß die Elektronen mit der gewünschten Energie in das Mineralfasermaterial 2 eindringen können. Die Vorrichtung 10 zum Verringern des Sauerstoffanteils weist eine Leitung 20 auf, in der ein Inertgas 22 zugeführt werden kann. Das Inert­ gas 22 strömt aus Öffnungen 24 aus der Leitung 20 aus und in das Mineralfasermaterial 2 hinein. Dort verdrängt das Inert­ gas 22 den zwischen den Mineralfasern vorhandenen Sauerstoff.

Eine Leitung 26 verbindet die Elektronenstrahlquelle 16 mit einer Energieerzeugungseinrichtung 28, die die notwendige Energie zur Erzeugung und Beschleunigung der Elektronen lie­ fert.

Die Öffnung 12 weist Abdichtungselemente 30 und Zuführe­ lemente 32 auf, damit das Mineralfasermaterial 2, von der Fördereinrichtung 4a kommend, auf der Fördereinrichtung 4 mit dem Abdichtungselement 30 die Öffnung 12 nahezu dicht ver­ schließend durch diese hindurch in die Polymerisationsvor­ richtung 1 transportiert werden kann. Durch die Öffnung 14 strömt der verdrängte Sauerstoff aus der Polymerisationsvor­ richtung 1 ab. Das Gehäuse 6a der Bestrahlungseinrichtung steht unter Vakuum, und zwischen dem Mineralfasermaterial 2 und der Austrittsfläche 6b für die Elektronenstrahlen besteht ein möglichst schmaler Spalt, um Verluste an Strahlungsener­ gie gering zu halten.

Die Polymerisationsvorrichtung 1 ist in einem Raum ange­ ordnet, der von Betonwänden 34 gebildet wird. Die ausreichend dicken Betonwände, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 1 nicht dargestellt sind, 34 dienen als Schutz vor der Elektronenstrahlung.

Das in Fig. 4 dargestellte Diagramm zeigt den Verlauf der Elektronenenergie in Prozent über der Eindringtiefe. Die Y- Achse ist von 0 bis 100% skaliert, wobei E für die Energie bzw. Dosis der Elektronen steht. Die Energie bzw. die Dosis der an der Mineralfasermaterialoberfläche eintretenden Elek­ tronen ist durch 100% E repräsentiert, unabhängig vom jewei­ ligen spezifischen Wert in keV. An der X-Achse ist die Dicke des Mineralfasermaterials 2 abgetragen, wobei die eingetrage­ nen Skalenwerte noch mit der Dicke D des Mineralfasermateri­ als 2 zu multiplizieren sind, um auf die Eindringtiefe in mm schließen zu können. Die Kurven 41 und 44 zeigen den Verlauf von unterschiedlichen Beträgen an Elektronenenergie bei ein­ seitiger Einbringung von links (bzw. von oben in Fig. 3), und die Kurven 42 und 45 zeigen den Verlauf entsprechender Beträge von Elektronenenergie bei einseitiger Einbringung von rechts (bzw. von unten in Fig. 3). Die Kurven 43 und 46 stel­ len die Überlagerung der Kurven 41 und 42 bzw. 44 und 45 dar. Es ist ersichtlich, daß die Elektronen zunächst über eine gewisse Eindringtiefe kaum an Energie verlieren. Dann sinkt die Energie der Elektronen steil ab. Elektronen mit einer höheren Energie, die durch die Kurven 44 und 45 repräsentiert sind, erreichen eine größere Eindringtiefe, bis der Abfall der Energie eintritt, als Elektronen mit einer geringeren Energie, die durch die Kurven 41 und 42 repräsentiert sind. Die Überlagerung der Energieverteilungen bei einer Einbrin­ gung der Elektronen von zwei Seiten in das Mineralfasermate­ rial 2 zeigt, daß damit in der Mitte des Mineralfasermateri­ als 2 eine befriedigende Energiedichte erzielt werden kann. Bei geeigneter Wahl der Anfangsenergie der Elektronen kann somit eine weitestgehend gleichmäßige Energiedichteverteilung über der Mineralfasermaterialdicke erzielt werden.

Die in Fig. 5 gezeigte Spur 50 der Elektronen eines ein­ zigen Breitstrahls veranschaulicht, daß das Mineralfasermate­ rial 2 mit einer konstanten Geschwindigkeit V₁ unter der Bestrahlungseinrichtung 6, die nicht näher dargestellt ist, vorbeibewegt wird. Der Breitstrahl trifft in einem sich quer erstreckenden Streifen mit einer Breite B₁, die der Breite des Mineralfasermaterials 2 entspricht, und einer Dicke X₁, die von der gewünschten Fokussierung des Elektronen­ breitstrahls quer zur Breite B₁ des Mineralfasermaterials 2 und der Geschwindigkeit V₁ abhängt, auf die Oberfläche des Mineralfasermaterials 2 auf. Durch eine geeignete Abstimmung der Elektronenenergie der Elektronen im Breitstrahl mit der Geschwindigkeit V₁ des Mineralfasermaterials 2 kann eine gewünschte gleichmäßige Verteilung der Energie über die Brei­ te B₁ des Mineralfasermaterials 2 und die Eindringtiefe erzielt werden.

Der andererseits mit einer bestimmten Frequenz f₁ über die Breite B₂ des Mineralfasermaterials 2 hin und her bewegte sowie vorzugsweise zudem mit einer bestimmten Frequenz f₂ quer zur Breite B₂ des Mineralfasermaterials 2 über eine bestimmte Strecke hin und her bewegte fokussierte Elektronen­ strahl erzeugt auf der Oberfläche des Mineralfasermaterials 2 eine spezifische Spur 60, die in Fig. 6 beispielhaft darge­ stellt ist. Das Mineralfasermaterial 2 bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit V₂ unter der Bestrahlungseinrich­ tung 6, die nicht näher dargestellt ist, hindurch. Der fokus­ sierte Elektronenstrahl schwingt über die Breite B₂ des Mine­ ralfasermaterials 2 mit einer Frequenz f₁, die dem Kehrwert der Periode T₁ für eine volle Hin- und Herbewegung ent­ spricht, und einer Amplitude A₁, die wenigstens der halben Breite B₂ des Mineralfasermaterials 2 entspricht. Weiter kann der fokussierte Elektronenstrahl mit einer Frequenz f₂, die dem Kehrwert der Periode T₂ für eine volle Hin- und Herbewe­ gung entspricht, und einer Amplitude A₂ quer zur Breite B₂ des Mineralfasermaterials 2 über dessen Oberfläche schwingen.

Wegen des besseren Verständnisses und aus Gründen der besseren Darstellung ist die in Fig. 6 dargestellte Spur eines fokussierten Elektronenstrahls durch die Wahl einer sehr großen Periode T₁ und einer sehr hohen Geschwindigkeit V₂ extrem verzerrt dargestellt. Die Spur des fokussierten Elektronenstrahls ist damit extrem aufgefächert abgebildet.

In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Fre­ quenz f₁ ca. 200 Hz, die Frequenz f₂ ca. 280 kHz, die Breite B₂ ca. 2400 mm, die Amplitude A₁ ca. 1200 mm, die Amplitude A₂ ca. 50 mm und die Geschwindigkeit V₂ ca. 1 m/s. Der durch­ schnittliche Durchmesser des fokussierten Elektronenstrahls beträgt beim Eintritt in die Oberfläche des Mineralfasermate­ rials 2 ca. 2,0 mm. Da der Elektronenstrahl die beiden Pen­ delbewegungen gleichzeitig ausführt, bedeutet dies, daß der Elektronenstrahl während einer vollen Hin- und Herbewegung über die Breite B₂ des Mineralfasermaterials 2 gleichzeitig f₂/f₁ = 1400 volle Pendelbewegungen quer zur Breite B₂ des Mineralfasermaterials 2 ausführt.

Mit 2 × A₂/f₂ = B₂/f₂ = 1,714 mm ergibt sich der Abstand zweier benachbarter Umkehrpunkte der Pendelbewegung des Elek­ tronenstrahls quer zur Breite B₂ des Mineralfasermaterials 2. Somit beträgt die Überlappung zweier benachbarter Pendelbewe­ gungen ca. 15%.

Betrachtet man ein beliebiges Flächenelement mit 1 mm² Fläche auf der Oberfläche des Mineralfasermaterials 2, wel­ ches sich mit der Relativgeschwindigkeit V₂ durch den fokus­ sierten Elektronenstrahl hindurch bewegt, so benötigt dieses eine Zeit von ca. 0,1 Sekunden, um sich in Förderrichtung durch den Einflußbereich des Elektronenstrahls zu bewegen, der durch die doppelte Amplitude A₂ mit 100 mm in Förderrich­ tung bzw. quer zur Breite des Mineralfasermaterials 2 vorge­ geben ist und dessen Breite 2 × A₁ = 2400 mm der Breite B₂ des Mineralfasermaterials entspricht. In dieser Zeit von ca. 0,1 Sekunden führt der Elektronenstrahl 20 volle Hin- und Herbewegungen über der Breite B₂ des Mineralfasermaterials 2 aus. Demzufolge wird das betrachtete Flächenelement vom fokussierten Elektronenstrahl wenigstens 20 mal durchdrungen. Berücksichtigt man die Querschnittsfläche des Elektronen­ strahls mit ca. 3,14 mm² als auch die Überlappung zweier benachbarter voller Hin- und Herbewegungen quer zur Breite B₂ des Mineralfasermaterials 2, so erhöht sich die Häufigkeit der Durchdringungen entsprechend auf ein Vielfaches der oben angenommenen Zahl.

Durch die Verwendung eines fokussierten Elektronenstrahls kann gegenüber einem Breitstrahl eine wesentlich größere Energiedichte, d. h. Energiemenge pro jeweiliger Auftreff­ fläche in das Mineralfasermaterial 2 eingebracht werden.

Durch geeignete Überlagerung zweier quer zueinander verlau­ fender Pendelbewegungen des Elektronenstrahls bzw. entspre­ chende Regelung der Pendelbewegungen kann die Verteilung der Energie über die Eindringtiefe und die Mineralfasermaterial­ breite B₂ weiter vergleichmäßigt werden.

Versuche

Im folgenden werden Versuche erläutert, die mit Mineral­ fasermaterial 2 durchgeführt wurden, in das zuvor ein Binde­ mittel in Form von Dampf eingebracht und durch Kondensation an den Fasern niedergeschlagen worden ist, wie dies in der älteren Patentanmeldung PCT/EP93/03653 im einzelnen beschrie­ ben ist und auf die wegen weiterer Einzelheiten insoweit mit­ hin vollinhaltlich verwiesen werden kann.

Das auf diese Weise mit Bindemittel versehene Mineralfa­ sermaterial 2 sei im folgenden als Testprodukt bezeichnet und wurde auf der Fördereinrichtung 4 zwischen zwei Bestrahlungs­ einrichtungen 6 durch zwei das Mineralfasermaterial 2 von oben bzw. von unten her bestrahlende Elektronenstrahlen hin­ durch transportiert, um mit Hilfe der Energie der Elektronen­ strahlen das Bindemittel polymerisieren zu lassen.

Nachfolgend sind beispielhaft einige Substanzen bzw. Bin­ demittel aufgeführt, die geeignet sind in Form von Dampf in das Mineralfasermaterial 2 eingebracht zu werden, um an­ schließend mit Hilfe der Elektronenstrahlen durch Polymerisa­ tion vernetzt bzw. ausgehärtet zu werden:

• a) Hexan-1,6-dioldiacrylat
• b) Tripropylenglycoldiacrylat
• c) ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat
• d) hoch propoxyliertes Glyceryltriacrylat
• e) propoxyliertes Glyceryltriacrylat
• f) ethoxyliertes Pentaerythrittetraacrylat
• g) Ditrimethylolpropantetraacrylat
• h) Dipentaerythritpentaacrylat
• i) ethoxyliertes Bisphenoldiacrylat
• j) Tris(2-Hydroxyethyl)isocyanurattriacrylat.

Für die Versuche wurden folgende fünf Testprodukte ver­ wendet:

Um die eingebrachte Energie über der Dicke des Testpro­ duktes bestimmen zu können, wurden radiochromatische Dosime­ ter in den Testprodukten an verschiedenen Stellen, welche zwischen über die Dicke verteilten Lagen und über den Quer­ schnitt verteilt sind, angebracht. Anhand des Farbumschlages konnte dann die eingetragene Energie der aufgetroffenen Elek­ tronenstrahlen sehr genau bestimmt werden. Die nachfolgende Tabelle gibt Auskunft, wie viele Dosimeter im jeweiligen Ver­ such verwendet worden sind. Die Anzahl der Lagen gibt an, in wieviele annähernd gleich dicke Abschnitte die Dicke des Testproduktes unterteilt wurde, wobei jeweils zwischen zwei Dickenabschnitten wenigstens ein Dosimeter plaziert wurde.

Die eingesetzte Elektronenstrahlquelle 16 konnte Energien bis zu 1 MeV erzeugen. In den Versuchen wurden die Testpro­ dukte mit Elektronenstrahlen bei 300 keV, 500 keV und 700 keV bestrahlt. Die Testprodukte wurden dabei, wie anfangs erläu­ tert, von beiden Seiten mit der Elektronenstrahlung beauf­ schlagt. Dabei hat sich folgendes gezeigt:
Die Bestrahlung mit 2 × 300 keV erlaubt eine gleichmäßige Energieverteilung über die Dicke des Testproduktes bis maxi­ mal 700 g/m² Flächengewicht.

Die Bestrahlung mit 2 × 500 keV erlaubt eine gleichmäßige Energieverteilung über die Dicke des Testproduktes bis maxi­ mal 1500 g/m² Flächengewicht.

Die Bestrahlung mit 2 × 700 keV erlaubt eine gleichmäßige Energieverteilung über die Dicke des Testproduktes bis maxi­ mal 3500 g/m² Flächengewicht.

Claims (9)

1. Verfahren zur Polymerisation von Substanzen in Faser­ materialien, wie insbesondere von Bindemittel in Mineralfasermaterial für Dämmzwecke, wobei das Fasermaterial (2) einer Strahlungsquelle ausgesetzt wird, um die Substanz durch Bestrahlen zu polymerisieren, dadurch gekennzeichnet, daß als Strah­ lung eine Elektronenstrahlung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (2) von beiden Seiten her der Strahlung ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Energie des Elektronenstrahls im Bereich zwischen 250 keV und 1,5 MeV liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre des Fasermaterials (2) auf vorzugsweise weniger als 10%, in bevorzugter Weise auf weniger als 5%, in be­ sonders bevorzugter Weise auf weniger als 1% reduziert ist.

5. Vorrichtung zur Polymerisation von Substanzen in Faser­ materialien, wie insbesondere Bindemittel in Mineralfa­ sermaterialien für Dämmzwecke, welche eine Strahlungs­ quelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strah­ lungsquelle eine Elektronenstrahlquelle (16) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Ablenkungseinheit (18) zur Ablenkung des Elektronenstrahls aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkungseinheit (18) einen kontinuierlichen Breitstrahl erzeugt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkungseinheit (18) einen fokussierten Strahl erzeugt, und daß der fokussierte Strahl mit einer bestimmten Frequenz über die Breite des Faserma­ terials (2) hin und her bewegt sowie vorzugsweise zudem mit einer bestimmten Frequenz quer zur Breite des Fasermaterials (2) über eine bestimmte Strecke hin und her bewegt wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung (10) zur Verringerung des Sauerstoffgehaltes in der Atmosphäre des Fasermaterials (2) aufweist.