DE4420057C2 - Fasermatte - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Fasermatte. Derartige Faser
matten werden zum Beispiel als Dämmstoffe im Hoch- und Tief
bau eingesetzt. Als Fasern finden unterschiedlichste Ma
terialien Anwendung. So sind Dämmstoffe auf Basis von Stein
wolle, Glaswolle, Schlackenwolle ebenso bekannt wie Faser
matten aus Kokosfasern, Sisal, Stroh oder Flachsfasern.
Im Rahmen zunehmenden Umweltbewußtseins finden vor allem
natürliche Fasern pflanzlichen oder tierischen Ursprungs
zunehmende Bedeutung.
Soweit Flachsfasern im Stand der Technik verwendet wurden,
erfolgte dies zusammen mit einem Kunstharz-Bindemittel
(Piltz-Härig-Schulz: Technologie der Baustoffe, 8. Auflage,
550). Für die Festigkeit und Stabilität einer so hergestell
ten Flachsfaser-Matte ist dabei vor allem das Kunstharz ver
antwortlich.
Eine Fasermatte zur Anwendung für Möbel (Sitzkissen)
oder Matratzen am 5-15 cm langen Flachsfasern, die
teilweise durch Bindeform ersetzt sein können, beschreibt
die WO 91/08332.A1.
Auch sind Dämmstoffmatten aus Flachsfasern bekannt, die kein
oder nur sehr wenig Bindemittel aufweisen. Hierbei handelt
es sich um voluminöse, leichte Vliese mit einem Raumgewicht
von weniger als 20 kg/m³, die zur mechanischen Stabilisie
rung ober- und unterseitig kaschiert werden. Nachteilig bei
diesen Flachsfaser-Matten ist das schlechte Relaxationsver
halten der Flachsfasern. Unter Druckbeanspruchung knicken
die Fasern, so daß die Dämmstoffmatte dünner und dichter
wird und damit ihre Dämmeigenschaften zum Teil verliert.
Versuche haben gezeigt, daß die Sprödigkeit der Flachsfasern
so ungünstig ist, daß ihr ursprüngliches Raumgewicht von
beispielsweise 20 kg/m³ nach mehrmaligem Zusammenpressen der
Matte auf Werte von über 50 kg/m³ steigt.
Die vorstehend beschriebenen Eigenschaften der Flachsfasern,
insbesondere Flachskurzfasern, gelten analog auch für andere
spröde Naturfasern, beispielsweise aus der Gruppe der
Cellulosefasern. Hierzu gehören Bastfasern wie Hanf-, Sisal-
und Jutefasern.
Während die Grobfaserlängen zwischen 10 bis 20 cm liegen,
betragen die Längen der Flachs-Einzelfasern üblicherweise
zwischen 1 und 5 cm, wobei die gegeneinander zugespitzten
Enden ineinander verkeilt sind und die Grobfaserlänge er
geben. Charakteristisch für das Werkstoffverhalten ist in
jedem Fall aber die weitgehend defibrillierte Flachskurz
faser.
Die US 4,678,822 beschreibt ein Verfahren zur Ver
stellung einer Fasermatte aus Wolle (0-95%) sowie (Rest)
Bindefasern und Naturfasern mit einer Brandschutz
beschichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit
aufzuzeigen, wie Dämmatten (Dämmvliese) aus spröden und elastischen
Fasern unter Einsatz möglichst geringer Mengen an Zusatzmitteln
der Brandschutzklasse B2 genügen.
In ihrer allgemeinsten Ausführungsform schlägt die Erfindung
eine Fasermatte gemäß Anspruch 1 vor.
Eine Fasermatte (-platte) aus der beschriebenen Faserkombi
nation kann auch höheren Anforderungen an das Brandschutz
verhalten (DIN 4102) genügen.
Beim Einwirken einer Flamme auf ein reines Schafwollevlies
werden die Fasern versengt. Wird die Flamme weggenommen,
brennen die Fasern nicht.
Ganz anders ist das Brandverhalten von Cellulosefasern, wie
Flachsfasern. Die Fasern entzünden sich sehr leicht und
brennen auch nach Entfernung der Flamme weiter.
Ähnlich kritisch ist das Brandverhalten von Gemischen aus
Schafwollefasern und synthetischen Bindefasern (wie Poly
propylen-Fasern). Unter Einwirkung einer Flamme schmelzen
die synthetischen Fasern schnell auf. Der Sauerstoffbedarf
für die Flamme wird gleichzeitig reduziert, so daß das
Fasergemisch auch nach Beendigung der direkten Flammbeauf
schlagung weiterbrennt.
Es ist bekannt, das Brandschutzverhalten der vorgenannten
Faserprodukte, also beispielsweise reiner Schafwollevliese
oder reiner Flachsfaserprodukte durch Zugabe bestimmter
Imprägnierungsmittel zu verbessern. Die Fasern werden in der
Regel mit dem Imprägnierungsmittel oberflächlich benetzt,
nach Art einer "Hydrophobierung", was beispielsweise durch
Besprühen, Tauchen oder dergleichen erfolgen kann.
Die Wirkungsweise der Imprägnierungsmittel ist unterschied
lich. Das Prinzip der meisten Imprägnierungsmittel beruht
darauf, daß sie unter Wärme zum Beispiel Wasser oder Schutz
gase abspalten und so das eigentliche Produkt vor dem direk
ten Flammenangriff und einem Entzünden schützen.
Die benötigte Menge an Imprägnierungsmittel hängt einerseits
von dem zu imprägnierenden Material, andererseits von dem
jeweiligen Imprägnierungsmittel ab. Für einen effektiven
Brandschutz der Klasse B2 (nach DIN 4102) benötigt man bei
spielsweise von einem Imprägnierungsmittel auf der Basis
[(NH₄)₂HPO₄ (NH₄)₂SO₄] folgende Mengen (in M.-%), jeweils
bezogen auf die Fasermenge (Masse):
- - für ein Vlies aus reiner Schafwolle (Fasern des Typs B): 8,5%
- - für ein Vlies auf Flachsbasis (Fasern A): 7,5%.
Völlig überraschend wurde nun festgestellt, daß die Brand
schutzklasse B2 bei erfindungsgemäßen Fasermatten aus einem
Gemisch der Fasern A und B sehr viel geringer gewählt werden
kann, als dies zu erwarten gewesen wäre.
Die für erfindungsgemäße Fasermatten (-platten) benötigte
Menge an Imprägnierungsmittel kann nämlich gemäß folgender
Formel begrenzt werden:
IG = [(1 - x) · IA] + [x · IB · f]
mit f < 1, bevorzugt 0,3 f 0,7.
Dabei bedeuten:
IG die benötigte Gesamtmenge an Imprägnierungsmittel (in M.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Faserproduktes),
IA die theoretische Menge an Imprägnierungsmittel (in M.- %), damit der Faseranteil A für sich genommen der Brandschutzklasse B2 genügen würde,
IB die theoretische Menge an Imprägnierungsmittel (in M.-%), damit der Faseranteil B für sich genommen der Brandschutzklasse B2 genügen würde,
x = Anteil der Faserkomponente B, bezogen auf die Gesamt- Fasermasse,
f = Korrekturfaktor.
IG die benötigte Gesamtmenge an Imprägnierungsmittel (in M.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Faserproduktes),
IA die theoretische Menge an Imprägnierungsmittel (in M.- %), damit der Faseranteil A für sich genommen der Brandschutzklasse B2 genügen würde,
IB die theoretische Menge an Imprägnierungsmittel (in M.-%), damit der Faseranteil B für sich genommen der Brandschutzklasse B2 genügen würde,
x = Anteil der Faserkomponente B, bezogen auf die Gesamt- Fasermasse,
f = Korrekturfaktor.
Der Korrekturfaktor hängt ab von der Art der verwendeten
Fasern, deren Länge und Dichte, also deren Oberfläche, und
vor allem vom Raumgewicht der hergestellten Fasermatte.
Er wird um so höher sein, je geringer das Raumgewicht be
ziehungsweise je geringer die Faseroberfläche ist. Typische
Werte liegen bei Fasermatten mit einem Raumgewicht von 15
kg/m³, die zu je 50 M.-% aus Schafwolle- und Flachskurz
fasern bestehen, bei 0,3 bis 0,7.
Mit anderen Worten: bei einem erfindungsgemäßen Fasergemisch
wird nur ein Anteil an Imprägnierungsmittel benötigt, die
sich aus der Summe berechnet, falls die Faseranteile A und B
jeweils für sich bis zur Brandschutzklasse B2 imprägniert
würden. Der Anteil kann, falls f = 0 ist, dem Anteil für die
Faser A entsprechen.
Dabei hat sich gezeigt, daß die benötigte Impräg
nierungsmenge IG
- - entweder dem Fasergemisch insgesamt, oder
- - lediglich der Faser A
zugegeben werden kann. Es können also entweder alle Fasern
oder nur die Fasern des Typs A imprägniert werden, wobei die
Menge in beiden Fällen gleich ist, woraus folgt, daß die
Menge an Imprägnierungsmitteln auf den imprägnierten Fasern
im zweiten Fall sehr viel höher ist als im ersten Fall; in
jedem Fall liegt die Menge aber - wie ausgeführt - deutlich
unter der theoretisch zu erwartenden.
Die vorstehend genannte Formel gilt analog auch für die
Fälle, bei denen der Fasermatte (-platte) neben den Fasern
der Typen A und B zusätzlich synthetische Fasern (Typ C)
zugemischt werden, und zwar mit der Maßgabe, daß der Faser
anteil C dem Faseranteil A zugerechnet wird.
Durch die innige Vermischung der beiden Fasern (A, B) werden
die spröden Fasern von den elastischen Fasern umgeben oder
anders ausgedrückt: die elastischen Fasern "betten" die
spröden Fasern ein, so daß bei einer Druckbeanspruchung die
Druckkräfte von den elastischen Fasern aufgenommen werden,
ohne daß die spröden (mechanisch instabilen) Fasern knicken.
Die elastischen Fasern umgeben die spröden Fasern also quasi
wie ein "Puffer".
Unter Verwendung einer Flachskurzfaser (A) und Schafwolle
(B) führt dabei bereits die Zugabe von 10 M.-% Massen-Prozent Schafwolle
zu 90 M.-% Flachsfasern zu einer deutlichen Verbesserung
der Relaxationsfähigkeit der so gebildeten Dämmstoffmatte,
die selbstverständlich mit zunehmendem Gehalt an elastischen
Fasern (B) weiter ansteigt.
Die Fasern können in einer Länge von 0,5 bis 10 cm eingesetzt
werden; bevorzugt sind Faserlängen, sowohl der spröden wie
der elastischen Faser, zwischen 3 und 6 cm.
Im Ergebnis steht ein voluminöses, leichtes Vlies mit einem
Raumgewicht zwischen 10 bis 40 kg/m³ zur Verfügung, das
reversible Verformungseigenschaften aufweist.
Zur Herstellung eines solchen Vlieses schlägt die Erfindung
vor, eine Mischung aus den spröden und elastischen Fasern
(A, B) vor einer Karde (einem Krempel) auf ein Auflageband
zu geben und die Mischung entlang der Karde zu einem Primär
vlies aufzubereiten welches anschließend weiterverarbeitet
wird. Die Formgebung mittels einer Karde optimiert die
innige Vermischung der spröden und elastischen Fasern.
Die Weiterverarbeitung des Primärvlieses erfolgt in Abhän
gigkeit von den gewünschten Eigenschaften der Dämmatte (des
Vlieses). So kann das Primärvlies beispielsweise über einen
bekannten Kreuzleger zu einem Sekundärvlies weiterverarbei
tet werden, wobei das Primärvlies alternierend mit einem
bestimmten Versetzungswinkel übereinandergelegt wird, so daß
die Dicke des Sekundärvlieses höher ist als die Dicke des
Primärvlieses.
Die Weiterverarbeitung kann auch darin bestehen, daß das
Primär- oder Sekundärvlies kaschiert wird. Hierzu kann zum
Beispiel auf der einen oder auf beiden Oberflächen eine
Beschichtung, zum Beispiel ein Papier oder Karton, aufge
bracht werden, wobei die Schichten anschließend miteinander
versteppt werden. Die Dicke des fertigen Produkts liegt
üblicherweise zwischen 2 und 20 cm.
Um die Eigenstabilität der Dämmstoffmatte zu erhöhen, ist es
ebenfalls möglich, dem Fasergemisch Bindefasern oder Binde
mittel (bis zu 20 M.-%, bezogen auf das fertige Produkt)
zuzumischen. So können Kunststoffasern zugegeben werden, die
unter Wärme aufschmelzen und über die anschließend wieder
erstarrende Schmelzphase ein Bindegerüst bilden. Es ist
selbstverständlich, daß das Vlies dazu einer Wärmebehandlung
unterworfen werden muß. Auch können Bindemittel,
beispielsweise Acrylatdispersionen, auf das Fasergemisch
aufgesprüht werden. Ebenso ist die Zugabe von Polymeren in
Pulverform in das Fasergemisch möglich. In jedem Fall er
folgt eine anschließende Temperaturbehandlung, damit die
Bindemittel aufschmelzen, die Fasern untereinander vernetzen
und nach Abkühlung und Erstarrung stabilisieren. Im Gegen
satz zum Stand der Technik übernimmt das Bindemittel hier
eine Vernetzungsfunktion.
Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Aus
führungsbeispiele näher erläutert.
15 M.-% Schafwolle-Fasern mit einer Länge zwischen 2 und 5
cm werden mit 85 M.-% Flachs-Kurzfasern, ebenfalls mit
einer Faserlänge zwischen 2 und 5 cm, vermischt und als
Mischung einem Auflageband aufgegeben. Der Faserstrom durch
läuft anschließend eine Karde, so daß ein Primärvlies ge
bildet wird, welches entlang eines Kreuzlegers in mehreren
Lagen zu einem Sekundärvlies mit folgenden Merkmalen weiter
verarbeitet wird:
Dicke: 10 cm
Raumgewicht: 15 kg/m³.
Raumgewicht: 15 kg/m³.
Das so hergestellte Sekundärvlies kann als Dämmstoffmatte
mit günstigen Relaxationseigenschaften Verwendung finden.
Es wird ein Sekundärvlies analog Beispiel 1 hergestellt,
jedoch unter Vermischung von 90 M.-% Fasern des Typs A und
10 M.-% der Fasern des Typs B.
Das Sekundärvlies wird anschließend mit einer wäßrigen
Lösung eines Imprägnierungsmittels auf Basis
[(NH₄)₂HPO₄ (NH₄)₂SO₄] imprägniert, und zwar durch Tränkung.
Gemäß der vorstehend genannten Formel berechnet sich die
benötigte Menge an Imprägnierungsmittel IG wie folgt (mit
f = 0,5)
IG = [(1 - 0,1) · 7,5] + [0,1 · 8,5 · 0,5]
= 6,75 + 0,43 = 7,18 M.-%.
= 6,75 + 0,43 = 7,18 M.-%.
Anstelle der theoretisch benötigten Imprägnierungsmittel
menge von 7,6 M.-% (bezogen auf den Gesamt-Faseranteil)
werden insgesamt nur 7,18 M.-% Imprägnierungsmittel
benötigt.
Dieses Beispiel entspricht Beispiel II, jedoch mit folgenden
Faseranteilen:
20 M.-% Faser A
80 M.-% Faser B
80 M.-% Faser B
und einem Raumgewicht des Sekundärvlieses von 22 kg/m³.
Entsprechend berechnet sich die benötigte Imprägnierungs
mittelmenge wie folgt (mit f = 0,2)
IG = [(1 - 0,8) · 7,5] + [0,8 · 8,5 · 0,2]
= 1,5 + 1,36 = 2,86 M.-%.
= 1,5 + 1,36 = 2,86 M.-%.
Wiederum wird analog Beispiel 2 vorgegangen,
jedoch unter Verwendung folgender Faseranteile:
50 M.-% Faser A
50 M.-% Faser B
50 M.-% Faser B
IG = [(1 - 0,5) · 7,5] + [0,5 · 8,5 · 0,5]
= 3,75 + 2,13 = 5,88 M.-%
Claims (18)
1. Fasermatte, bestehend aus einem Gemisch aus 20 bis 90
M.-% einer natürlichen spröden Faser A und 80 bis 10
M.-% einer elastischen Faser B, bei der die Fasern
zumindest teilweise mit einem Imprägniermittel
imprägniert sind und die Menge an Imprägniermittel
IG = [(1 - x) · IA] + [x · IB · f]beträgt wobei IA, und IB jeweils die theoretische Menge
an Imprägnierungsmittel (in M.-%) bezeichnen, damit die
jeweiligen Faseranteile A und B - jeweils für sich
betrachtet - der Brandschutzklasse B2 genügen, x den
Massenanteil der Faser B an der Gesamtmischung und f
einen Faktor < 1 beschreiben.
2. Fasermatte nach Anspruch 1, bei der die natürlichen spröden Fasern A
Cellulosefasern sind.
3. Fasermatte nach Anspruch 2, bei der die Cellulosefasern
aus Hanf, Sisal oder Jute bestehen.
4. Fasermatte nach Anspruch 2, bei der die Cellulosefasern
Flachskurzfasern sind.
5. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die
elastischen Fasern B tierische Fasern sind.
6. Fasermatte nach Anspruch 5, bei der die tierischen
Fasern aus Schafwolle sind.
7. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die
Fasern jeweils eine Länge von 0,5 bis 10 cm aufweisen.
8. Fasermatte nach Anspruch 7, bei der die Fasern jeweils
eine Länge von 3 bis 6 cm aufweisen.
9. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer
ein- oder zweiseitigen Kaschierung, die mit der mittigen
Faserschicht versteppt ist (sind).
10. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die neben
den Fasern A und B zusätzlich synthetische Bindefasern C
bis zu einer Menge von 30 M.-%, unter entsprechender
Verringerung der Massenanteile der Fasern A und B, ent
hält, wobei zur Bestimmung der Menge an Imprägnierungs
mittel der Anteil der Fasern C den Fasern A
hinzugerechnet wird.
11. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der
die Menge am Imprägniermittel
IG = [(1 - x) · IA] + [x · IB · f]beträgt, mit 0,3 < f < 0,7.
12. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der
ausschließlich die Fasern A oder C oder die Fasern A und
C imprägniert sind.
13. Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte nach einem
der Ansprüche 1 bis 12, bei der eine Mischung aus den
Fasern A, B vor einer Karde auf ein Auflageband gegeben
und die Mischung entlang der Karde zu einem Primärvlies
aufbereitet und anschließend weiterverarbeitet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Primärvlies über
einen Kreuzleger zu einem mehrlagigen Sekundärvlies
weiterverarbeitet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem der Faser
mischung (A, B) vor der Karde ein Bindemittel und/oder
Bindefasern (C) zugemischt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem dem Fasergemisch
(A, B) Kunststoff-Bindefasern (C) zugemischt und das
Primär- und/oder Sekundärvlies anschließend einer
Temperaturbehandlung unterworfen wird, bei der die
Kunststoff-Bindefasern (C) aufschmelzen.
17. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem eine Bindemittel
dispersion vor der Karde auf die Fasermischung (A, B)
aufgesprüht und das Primär- und/oder Sekundärvlies an
schließend einer Temperaturbehandlung unterworfen wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem
das Primär- und/oder Sekundärvlies einer Imprägnierungs
behandlung unterworfen wird.
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