DE60215847T2

DE60215847T2 - Geschichtetes mineralfaserelement und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE60215847T2
Application number: DE60215847T
Authority: DE
Inventors: Ian Cridland; Hindsgaul Per HANSEN
Original assignee: Rockwool International AS
Current assignee: Rockwool AS
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2022-11-13
Also published as: DK1444408T3; PL370438A1; DK1444408T4; EP1444408A1; DE60215847T3; EP1444408B1; DE60215847D1; PL209777B1; EP1444408B2; ATE344357T1; WO2003042468A1

Description

Diese Erfindung betrifft Isolierelemente, die ein Mineralfaservlies umfassen und die geformt werden können, um sich an gekrümmte Oberflächen anzupassen, z.B. als Rohr- oder Boiler-Isolierung.
Es ist üblich, Isolierelemente durch Sammeln von Mineralfasern zusammen mit einem Bindemittel auf einer Fördereinrichtung als Bahn einer gewünschten Dicke, Konsolidieren der Bahn auf die gewünschte Dichte und dann Härten des Bindemittels zur Herstellung eines Vlieses, das ein gebundenes Mineralfasernetzwerk gebunden durch das Bindemittel umfasst, herzustellen. Das Vlies wird im allgemeinen als Endlosprodukt typischerweise mit einer Breite von 1 oder 2 m hergestellt und auf die gewünschte Breite und Länge geschnitten, um ein Element bereitzustellen, das erste und zweite Hauptoberflächen aufweist, die durch die Dicke des Vlieses getrennt sind.
Die sich ergebenden Elemente sind als Isolierelemente, die bei flachen Oberflächen angewendet werden sollen, zufriedenstellend, aber das Vlies ist relativ steif und kann daher nicht leicht an geformte Oberflächen angepasst werden.
Wenn parallele Schlitze in die erste Oberfläche geschnitten werden, dann kann das Vlies mit der zweiten Oberfläche, die an ein Rohr angrenzt, in Übereinstimmung gebracht werden, aber die Isolierung ist dann um das Rohr herum variabel, und dies ist nicht zufriedenstellend. Wenn parallele Rillen in die zweite Oberfläche geschnitten werden, dann kann das Vlies um ein Rohr herum mit der zweiten Oberfläche, die an das Rohr angrenzt, in Einklang gebracht werden, um eine gleichmäßige Isolierung zu erhalten (wenn die Rillen die richtigen Abmessungen aufweisen), es ist aber ungünstig, derartige Produkte herzustellen. Ein Beispiel für ein solches Produkt ist in 3 von EP-A-672803 gezeigt.
Die Situation wird nicht verbessert, wenn das Vlies, wie in dieser Veröffentlichung, zwei Schichten umfasst. In EP 672803 enthält die erste Schicht (welche die erste Oberfläche bereitstellt) Verstärkungsfilamente und zusätzliches Bindemittel. Häufiger ist die erste Schicht die Schicht mit hoher Dichte von einem Produkt mit "dualer Dichte", z.B. wie in WO 88/00265 beschrieben. Ein solches Produkt wird durch Abschälen der oberen Schicht von der Bahn enthaltend ungehärtetes Bindemittel, Unterwerfen dieser oberen Schicht einer vertikalen Kompression, damit sich ihre Dichte erhöht, Wiedervereinen der konsolidierten oberen Schicht auf dem Rest der Bahn, so dass sie darin eingreift, und dann Härten des Zusammenbaus hergestellt. In einem solchen Produkt ist die Menge an Bindemittel (auf Basis des Gewichts der Fasern) gewöhnlich im wesentlichen gleichmäßig in der ganzen Dicke des Produkts von dualer Dichte.
Da flache Vliese nicht ohne weiteres mit Röhren oder anderen gekrümmten Oberflächen in Einklang gebracht werden können und wegen der Schwierigkeiten des Schneidens von Rillen, um eine Übereinstimmung zu ermöglichen, wird die Isolierung, die auf gekrümmte oder andere komplexe Formen aufgebracht wird, gewöhnlich mit der gewünschten Gestalt in Übereinstimmung gebracht, bevor das Bindemittel gehärtet wird, und das Bindemittel wird dann gehärtet, so dass das Vlies permanent die erforderliche Form aufweist.
Dies liefert ein gutes Isolierelement für das betreffende Rohr oder die andere komplexe Form, es gibt aber zwei hauptsächliche Nachteile. Ein Nachteil besteht darin, dass jedes geformte Vlies nur für eine entsprechend geformte Oberfläche verwendet werden kann. Der andere Nachteil besteht darin, dass die Lagerung und der Transport der geformten Vliese sehr ungünstig ist.
Es wäre daher zweckmäßig, Isolierelemente bereitstellen zu können, bei denen es sich um ebene Vliese handelt, die keine tiefen Rillen aufweisen müssen, die in eine Seite geschnitten werden, die aber ohne weiteres in Übereinstimmung gebracht werden können, um sich einer gekrümmten Oberfläche, wie einem Rohr oder einem Boiler, anzupassen.
US 4917750 beschreibt ein Verfahren, bei dem eine nicht gehärtete primäre Mineralfaser-Vliesbahn in mindestens zwei sekundäre Mineralfaser-Vliesbahnen geteilt wird und mindestens eine der sekundären Mineralfaser-Vliesbahnen komprimiert wird und die beiden sekundären Mineralfaser-Vliesbahnen erneut in benachbarter Beziehung positioniert werden und das Bindemittel in den Mineralfaserbahnen gehärtet wird, um eine mehrlagige Mineralfaserbahn oder ein mehrlagiges Mineralfaserband zu bilden.
WO 97/36034 beschreibt auch ein Verfahren, bei dem ein Vlies in Schichten geteilt wird und Schichten von unterschiedlichen Dichten gebildet werden, bevor die Schichten wieder zusammen fixiert und in einem Härtungsofen gehärtet werden.
Gemäß der Erfindung wird ein Isolierelement bereitgestellt, das umfasst ein Mineralfaservlies, das erste und zweite Hauptoberflächen aufweist und umfasst
eine erste Schicht, die ein durch ein Bindemittel gebundenes gebundenes Mineralfasernetzwerk umfasst und sich von der ersten Oberfläche weg nach innen erstreckt,
entweder eine Zwischenschicht, die ein durch ein Bindemittel gebundenes gebundenes Mineralfasernetzwerk umfasst und in die erste und in die zweite Schicht eingreift,
oder, wenn die Zwischenschicht nicht vorhanden ist, die zweite Schicht und die erste Schicht ineinandergreifen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Schicht eine Dicke aufweist, die mindestens 5 mm beträgt und die weniger als 30% der Gesamtdicke des Vlieses ausmacht,
die zweite Schicht eine Dicke aufweist, die mindestens 20 mm beträgt und die mindestens 30% der Dicke des Vlieses ausmacht, und
die Dichte der ersten Schicht mindestens das 1,5-fache der Dichte der zweiten Schicht und der Zwischenschicht (falls vorhanden) ist, und
die Bindung der ersten Schicht auf normalisierter Basis größer ist als die Bindung der zweiten Schicht und die Bindung der Zwischenschicht (falls vorhanden) auf normalisierter Basis eine Zwischenstufe zwischen der Bindung in der ersten und der zweiten Schicht ist.
In der Praxis wird wie nachstehend erläutert gewöhnlich im ganzen Vlies das gleiche Bindemittel verwendet oder es werden Bindemittel mit im wesentlichen der gleichen Bindungswirkung verwendet, aber in unterschiedlichen Mengen in den unterschiedlichen Schichten. Wenn dies auftritt, meint die Bezugnahme auf die Bindung auf normalisierter Basis nur, dass die Bindung in jeder Schicht im wesentlichen proportional zur Menge des Bindemittels in jeder Schicht ist. Dementsprechend ist die Menge an Bindemittel in der ersten Schicht größer als die Menge in der zweiten Schicht und, wenn es eine Zwischenschicht gibt, ist die Menge in der Zwischenschicht zwischen den Mengen in der ersten und der zweiten Schicht. Gewöhnlich beträgt die Menge in der ersten Schicht mindestens das doppelte der Menge in der zweiten Schicht, bevorzugt mindestens das dreifache und häufig mindestens das fünffache und sie kann bis zu dem 10-, 15- oder sogar 20-fachen der Menge in der zweiten Schicht betragen, wobei die Mengen in der Zwischenschicht gewöhnlich einen allmählichen Übergang von der Menge in der ersten Schicht zu der Menge in der zweiten Schicht darstellen.
Es ist aber möglich, ein Bindemittel in der ersten Schicht zu verwenden, von dem ein Teil oder alles sich von dem Bindemittel in der zweiten Schicht genügend unterscheidet, so dass die Bindung in jeder Schicht nicht im wesentlichen proportional zur Menge an Bindemittel in jeder Schicht ist. Während der anfänglichen Herstellung können z.B. beide Schichten mit einer gleichmäßigen Menge eines Bindemittels versetzt werden, aber die erste Schicht kann dann auch mit einem anderen Bindemittel versehen werden. Wenn unterschiedliche Bindemittel eingesetzt werden, wird die Bindung auf normalisierter Basis durch Vergleich des Elastizitätsmoduls der zweiten Schicht nach Vervollständigung der normalen Härtung (d.h. ohne irgendeine folgende physikalische oder andere Behandlung, um die Bindung zu ändern) mit dem Elastizitätsmodul, der in dieser Schicht bei Vervollständigung der normalen Härtung erhalten worden wäre, wenn die Menge des Bindemittels (bezogen auf das Gewicht der Fasern) in der ersten Schicht auf die zweite Schicht aufgebracht worden wäre, bestimmt. Wenn der Elastizitätsmodul der zweiten Schicht, wie anfänglich gehärtet, daher einen Wert von x aufweist und wenn diese zweite Schicht stattdessen unter Verwendung der Menge und des Typs an Bindemittel in der ersten Schicht hergestellt worden wäre, dann würde die zweite Schicht einen Elastizitätsmodul von kx aufweisen, wobei k ein Wert über 1, typischerweise mindestens 2 oder 3 und häufig mindestens 5, z.B. bis zu 10, 15 oder sogar 20, ist.
Die Kombination von erhöhter Dichte und verstärkter Bindung (auf normalisierter Basis) in der ersten Schicht führt dazu, dass in der ersten Schicht eine sehr viel höhere Steifigkeit vorliegt, als man unter Berücksichtigung ihrer Dichte allein oder ihrer Bindung allein oder aus der bloßen Addition dieser beiden erwarten würde. Dies bedeutet, dass es möglich ist, dem Produkt in den Längs- und Breitenrichtungen und auch in der vertikalen Richtung gegen die erste Oberfläche eine sehr hohe Steifigkeit und Festigkeit zu verleihen, und damit ist man nicht notwendigerweise darauf angewiesen, dass die Festigkeit der zweiten Schicht signifikant zur Gesamtfestigkeit des Produkts beiträgt.
Es ist notwendig, dass die zweite Schicht etwas Bindemittel aufweist, da ansonsten die zweite Schicht während der Handhabung zerfällt, aber die Menge an Bindemittel in der zweiten Schicht braucht häufig nur auszureichen, um die physikalische Integrität der Schicht während der Handhabung bereitzustellen.
Das Element der Erfindung weist daher eine erste Schicht, die relativ dünn ist und eine hohe Steifigkeit pro Dickeneinheit aufweist, und eine zweite Schicht, die relativ dick ist, eine gute Isolierung liefert und eine sehr geringe Steifigkeit pro Dickeneinheit hat, auf, und kann so ohne weiteres in Längs- oder Breitenrichtung komprimiert werden. Wenn eine Zwischenschicht vorliegt, weist sie eine dazwischenliegende Steifigkeit auf. Wegen dieses Aufbaus kann das Element um gekrümmte oder andere komplexe Formen mit der ersten Schicht nach außen gewickelt werden, da die dünne äußere Schicht in geeigneter Weise gebogen werden kann und die zweite Schicht und in gewissem Grad die Zwischenschicht, falls vorhanden, längsweise oder lateral in ausreichender Weise kollabieren kann, um die Anpassung des Elements an die geformte Oberfläche zu ermöglichen.
Ein Sondervorteil dieser Elemente besteht darin, dass der Teil des Elements, der beim Einsatz am heißesten wird (weil er dem Rohr oder dem Boiler am nächsten ist), die zweite Schicht ist, in der die Menge an Bindemittel sehr viel geringer ist als in der üblichen Rohr- oder Boilerisolierung. Als Folge der Verringerung der Menge an Bindemittel, das den höchsten Temperaturen ausgesetzt wird, wird die Menge an flüchtigen Komponenten, die aus dem Bindemittel beim Einsatz ausgetrieben werden können, verringert.
Die Dicke der ersten Schicht beträgt gewöhnlich mindestens 3 oder 5% der Gesamtdicke des Elements (obwohl sie noch eben ist) und sie kann sogar so viel wie 10% betragen. Gewöhnlich ist sie nicht größer als 25% und gewöhnlich unter 20% der Gesamtdicke. Zur Erreichung einer ausreichenden Steifigkeit ist die erste Schicht gewöhnlich mindestens 10 mm dick und häufig mindestens 15 mm. Sie kann so viel wie 20 mm betragen, ist aber gewöhnlich nicht mehr als etwa 25 oder 30 mm dick (in dem flachen Produkt, wie zuerst hergestellt).
Die Dichte der ersten Schicht beträgt gewöhnlich mindestens das Doppelte und häufig soviel wie das drei- oder manchmal sogar das fünffache der Dichte der zweiten Schicht.
Die Dichte der ersten Schicht beträgt gewöhnlich mindestens 40 kg/m³, häufig mindestens 80 kg/m³ und bevorzugt mindestens 100 kg/m³, z.B. bis zu 150 oder 200 kg/m³ oder bis zu 280 kg/m³.
Wenn (wie es bevorzugt ist) das ganze Bindemittel ein übliches Bindemittel für Mineralfaservliese (wie ein Phenol-Bindemittel) ist, ist die Menge an Bindemittel in der ersten Schicht typischerweise 1,5 bis 6% und gewöhnlich mindestens 2%, häufig 3 bis 5%, auf Basis des Gewichts der Fasern.
Die Dichte in der zweiten Schicht ist gewöhnlich mindestens 20 kg/m³ und häufig mindestens 30 oder 40 kg/m³. Sie ist gewöhnlich unter 100 kg/m³ und im allgemeinen unter 90 kg/m³.
Die Menge an Bindemittel (wenn es sich um ein herkömmliches Bindemittel für Mineralfaservliese handelt) in der zweiten Schicht ist typischerweise mindestens 0,1% und gewöhnlich mindestens 0,3%. Sie kann soviel wie 2% betragen, ist aber gewöhnlich nicht mehr als 1,5%.
Die Dicke der zweiten Schicht beträgt gewöhnlich mindestens 40% und bevorzugt mindestens 50% der Dicke des Vlieses. Selbst wenn es eine Zwischenschicht gibt, ist die Dicke der zweiten Schicht häufig so viel wie 60 oder 70% des Vlieses. Die zweite Schicht weist gewöhnlich eine Dicke von mindestens 30 mm und häufig mindestens 50 mm auf und sie kann soviel wie 100 mm oder sogar 150 mm betragen.
Es kann einen relativ abrupten Übergang soviel bezüglich der Dichte als auch der Bindung von der ersten Schicht zur zweiten Schicht geben, wobei es in diesem Fall nicht notwendig ist, die Eigenschaften der Zwischenschicht zu berücksichtigen, und das Produkt kann stattdessen so angesehen werden, als ob es bloß zwei Schichten hat, mit einem kurzen Übergang dazwischen. Häufig ist es aber im Hinblick auf das Verhalten zweckmäßig und/oder im Hinblick auf die Herstellung günstig, eine beabsichtigte Zwischenschicht zu haben.
Die Menge an Bindung in der Zwischenschicht ist gewöhnlich höher als die Menge in der zweiten Schicht, häufig mindestens das 1,5- oder 2-fache der Menge in der zweiten Schicht, aber nicht mehr als das ½ oder bis zu ¾ der Bindung in der ersten Schicht. Die Menge der Bindung kann allmählich über der Dicke der Zwischenschicht kleiner werden, von einem Wert, der im wesentlichen der Wert in der ersten Schicht ist, zu einem Wert, der im wesentlichen der Wert in der zweiten Schicht ist, und so betreffen die angegebenen Werte (z.B. bis zu ¾ der ersten Schicht) den durchschnittlichen Wert.
Die Dichte der Zwischenschicht muss immer wesentlich geringer (gewöhnlich nicht mehr als ½ oder bis zu 2/3) der Dichte in der ersten Schicht sein. Sie kann soviel wie das 2-fache der Dichte in der zweiten Schicht sein, hat aber gewöhnlich eine Dichte in der Nähe der Dichte der zweiten Schicht, z.B. das 1- bis 1,5-fache und bevorzugt das 1- bis 1,3-fache der Dichte der zweiten Schicht. Es gibt gewöhnlich eine schrittweise Verringerung in der Dichte über einen kleinen Abstand (z.B. 10 bis 30 mm) an der Grenzfläche zwischen der ersten Schicht und der Zwischenschicht. Die Dichte verringert sich z.B. gewöhnlich in einem Schritt von mindestens 20 oder 30 kg/m³. Die Dichte in der Zwischenschicht ist gewöhnlich im wesentlichen gleichmäßig über der Dicke, aber sie kann sich auch allmählich verringern, wobei in diesem Fall die angegebenen Werte die mittlere Dichte sind.
Die Dicke der Zwischenschicht kann gewöhnlich so wenig wie 10% sein (alles was weniger ist, kann nur als Übergang zwischen der ersten und zweiten Schicht angesehen werden), sie beträgt aber gewöhnlich mindestens 15% und häufig mindestens 20 oder 25% bis zu etwa 30, 40 oder sogar 50% der Gesamtdicke des Vlieses. Sie kann z.B. mindestens 10 mm betragen und ist gewöhnlich mindestens 20 oder 30 mm bis zu 50 mm oder sogar 100 mm.
Die Gesamtdicke des Vlieses ist gewöhnlich mindestens 30 mm und im allgemeinen mindestens 50 mm. Sie kann soviel wie 250 mm betragen, ist aber gewöhnlich nicht mehr als 150 oder 200 mm.
Die Fasern in dem Vlies sind im allgemeinen Glas-, Stein-, Gesteins- oder Schlackenfasern, die durch Schleuderfaserbildung von einer Schmelze gebildet werden, bevorzugt durch eine oder mehrere Kaskadenschleudervorrichtungen oder andere Zentrifugalschleudervorrichtungen, wie einem oder mehreren Schleuderbechern.
Das Vlies kann durch Zusammenbau von gesondert hergestellten ersten und zweiten Schichten (gegebenenfalls mit einer Zwischenschicht dazwischen) und Zusammenpressen in ausreichender Weise so, dass sie genügend ineinander greifen, um Produktintegrität während der Handhabung zu ergeben, gebildet werden. Das Vlies ist aber bevorzugt ein Vlies von dualer Dichte und daher sind die Mineralfasern vom gleichen Typ (z.B. bezüglich mittlerer Abmessungen und chemischem Typ) im ganzen Vlies und die allgemeine Ablage der Fasern in den Schichten ist gleichmäßig. Daher kann das Vlies durch Sammeln von Mineralfasern mit einem Bindemittel als Bahn, Trennen der oberen Schicht, Konsolidieren der oberen Schicht auf die erforderliche Dichte für die erste Schicht und erneutes Verbinden der sich ergebenden ersten Schicht mit dem Rest der Bahn, Bereitstellen einer erhöhten Bindung in der ersten Schicht, entweder bei der anfänglichen Sammlung der Fasern als Bahn oder im Anschluss daran, und dann Härten des Bindemittels hergestellt werden.
Ein bevorzugter Weg zur Erzielung der erhöhten Konzentration an Bindemittel ist durch Bildung der Bahn, die von einem primären Vlies zu trennen ist, durch kreuzweises Aufeinanderlegen des Vlieses in üblicher Weise, wobei das Vlies mit einer größeren Konzentration an Bindemittel entlang eines Rands als an dem anderen gebildet wird, wobei das kreuzweise Aufeinanderlegen dazu führt, dass der Rand mit der höheren Konzentration die erste Oberfläche bildet, z.B. wie in EP-A-374112 beschrieben, oder durch Aufbringen von mehr Bindemittel auf die Fasern, welche die erste Schicht bilden sollen, als auf die anderen Fasern, wenn ein Verfahren durchgeführt wird, wie es in WO 99/51535 allgemein beschrieben wird.
Statt sich auf die unterschiedliche Verteilung des Bindemittels zu verlassen oder zusätzlich dazu, ist es auch möglich, eine unterschiedliche Verteilung der Faserqualität zu erreichen, z.B. mit Fasern in der zweiten Schicht, die weicher und flexibler und schwächer sind als die Fasern in der ersten Schicht, die bevorzugter stärker und länger und dicker sein sollten.
Die Bahn, die das Vlies bilden soll (und/oder die obere Schicht, während sie von dem Rest getrennt ist), kann einer Längskompression vor der Endhärtung unterworfen werden, z.B. in einem Ausmaß von 5 zu 1, aber häufiger nicht mehr als 2 zu 1 und im allgemeinen 1,2 bis 1,8 zu 1.
Obwohl die zweite Schicht und, falls vorhanden, die Zwischenschicht in Querrichtung oder Längsrichtung komprimierbarer sind als die erste Schicht aufgrund des Unterschieds in der Dichte und der Bindung, kann es vorteilhaft sein, sie nach der Härtung einer Nachbehandlung zu unterwerfen, um sie noch weicher zu machen, wobei die Integrität, die das Bindemittel liefert, weiter aufrechterhalten bleibt.
Das Mineralfasernetzwerk, das sich nach innen von der zweiten Oberfläche erstreckt (und bei dem es sich um die ganze zweite Schicht und einen Teil der Zwischenschicht, falls vorhanden, oder nur die ganze zweite Schicht oder einen Teil davon, handeln kann), weist bevorzugt einen inneren Teil und einen äußeren Teil auf, wobei die zweite Hauptseite des Vlieses durch die Außenseite des äußeren Teils bereitgestellt wird und wobei der äußere Teil eine Tiefe von mindestens 5 mm aufweist und weicher ist als der innere Teil und mit dem inneren Teil über einen Übergangsteil von mindestens 5 mm, über den sich die Steifigkeit allmählich erhöht, verschmilzt. So gibt es einen weicheren oder weniger steifen äußeren Teil, der allmählich mit einem steiferen inneren Teil zusammenläuft.
In einer Ausführungsform weisen die Fasern des äußeren Teils Abmessungen und eine Struktur auf, so dass das Netzwerk weicher ist, z.B. indem in geeigneter Weise Zerfaserungsbedingungen für diese Fasern gewählt werden, z.B. wie in WO 99/51535 beschrieben.
In einer anderen Ausführungsform kann die Verringerung der Steifigkeit des äußeren Teils und sein Verschmelzen mit dem inneren Teil von höherer Steifigkeit erreicht werden durch Härten des Bindemittels, so dass das Bindemittel ein weicher gebundenes Fasernetzwerk im äußeren Teil als im inneren Teil ergibt, z.B. durch Überhärten des äußeren Teils durch dessen Überhitzung während der Härtung.
Bevorzugt wird dies jedoch erreicht durch Anwendung einer Erweichungsbehandlung von der zweiten Seite nach innen nach der Härtung des Bindemittels, so dass die Behandlung eine geringere Wirkung zeigt, wenn sich die Tiefe von der zweiten Oberfläche erhöht. Das Bindemittel ist gewöhnlich ein herkömmliches Bindemittel für Mineralfaservliese, z.B. ein Phenolharz oder ein anderes wärmehärtbares Harz. Diese Erweichung kann durch Anwenden irgendeiner Erweichungsbehandlung von der Außenseite nach innen erreicht werden, z.B. durch Erwärmen, wird aber vorzugsweise durch mechanische Komprimierung nach der Härtung des Bindemittels erreicht. Dies macht die Oberfläche weicher, wahrscheinlich aufgrund des Zerbrechens des Mineralfasernetzwerkes.
Die Komprimierung kann über die ganze Dicke des Vlieses nach dem Binden angewendet werden, z.B. durch Hindurchleiten des Vlieses zwischen dem Walzenspalt eines Paares von Walzen oder einer Abfolge von Walzen, häufig mit abnehmender Spalthöhe, oder durch Hindurchleiten des Vlieses durch die Fördereinrichtungen mit abnehmender Trennung. Der Walzenspalt kann z.B. eine Tiefe von 20 bis 90%, gewöhnlich 30 bis 70% der Dicke des gehärteten Vlieses aufweisen.
Vorzugsweise wird aber die Höhenkomprimierung überwiegend von der zweiten Seite durch Hindurchleiten des gebundenen und gehärteten Vlieses durch einen Walzenspalt zwischen einer Oberfläche, welche die erste Seite trägt, und einer Komprimiereinrichtung zum zeitweisen Komprimieren des Vlieses an der zweiten Seite angewendet. Dies führt zum Brechen des gebundenen Netzwerkes in dem gebundenen äußeren Teil der zweiten Seite, was das gebundene Netzwerk näher an der ersten Schicht im wesentlichen unverändert lässt.
Die bevorzugte Komprimierungseinrichtung umfasst mindestens eine komprimierende Walze mit einem Durchmesser von weniger als der Gesamtdicke des Vlieses, die einen Spalt definiert, der eine Tiefe von 20 bis 90% der Dicke des Vlieses nach dem Härten aufweist (was eine temporäre Höhenkomprimierung von 10 bis 80% ergibt). Gewöhnlich weist der Spalt eine Tiefe von mindestens 30 oder 40% der Dicke des Vlieses und im allgemeinen nicht mehr als 70 oder 80% der Höhe des Vlieses auf. Er kann z.B. eine Tiefe von etwa 55% der Höhe des Vlieses aufweisen, was eine temporäre Höhenkomprimierung von 45% ergibt.
Der Durchmesser der oder jeder komprimierenden Walze muss relativ klein sein, um die Kompressionskräfte in dem gewünschten Bereich zu konzentrieren. Der Durchmesser ist gewöhnlich weniger als 75% und häufig weniger als 50% der Dicke des Vlieses. Er beträgt gewöhnlich mindestens 30 mm und ist gewöhnlich unter 75 mm, häufig unter 40 oder 50 mm.
Die Trägeroberfläche ist bevorzugt im wesentlichen planar, aber sie kann eine Oberfläche mit einem großen Krümmungsradius darstellen, die so im wesentlichen die gleiche Stützwirkung wie eine planare Oberfläche ergibt. Der Träger kann z.B. eine planare Platte oder Fördereinrichtung oder eine Trommel von großem Durchmesser sein, z.B. mindestens das 5-fache der Dicke des Vlieses.
Vorzugsweise umfasst die Komprimiereinrichtung eine Mehrzahl von parallelen komprimierenden Walzen, die jeweils einen Durchmesser aufweisen, der wesentlich kleiner ist als die Dicke des Vlieses (wie vorstehend erläutert), und mit dem im wesentlichen planaren Träger einen Spalt definieren, dessen Abstand sich verringert, wenn das Vlies in den Spalt eintritt, und der letzte, engste Spalt ist vorzugsweise im vorstehend beschriebenen Bereich. Der Abstand des Spalts erhöht sich bevorzugt, wenn das Vlies den Spalt verlässt. Jede Walze überlappt in Draufsicht bevorzugt jede benachbarte Walze und jede definiert bevorzugt einen Schritt von 3 bis 15, häufig 5 bis 10 mm, nach oben (oder unten) von der nächsten.
Die äußere Seite der zweiten Schicht ist gewöhnlich die zweite Oberfläche des Mineralvlieses, obwohl nach Bedarf eine weiche Abdeckung aufgebracht werden kann.
Die äußere Seite der ersten Schicht ist gewöhnlich die erste Oberfläche des Mineralvlieses, obwohl das Isolierelement eine zusammenhängende Bahn oder Schicht von geeignetem Material aufweisen kann, das an der ersten Oberfläche des Vlieses haftet. Das Element kann z.B. das Vlies und ein gewebtes oder ungewebtes Gewebe oder eine Metallfolie oder eine Kunststofffolie, die an der ersten Oberfläche des Vlieses gebunden sind, umfassen.
Die ist besonders zweckmäßig, wenn, wie es manchmal gewünscht ist, die erste Schicht auf ihrer Außenseite in einer oder mehreren im wesentlichen parallelen Richtungen gekerbt ist, um das konvexe Biegen der ersten Schicht zu erleichtern (d.h., das Biegen des Elements um die zweite Schicht). Daher kann die erste Schicht mit parallelen Kerblinien versehen werden, um eine bevorzugte Biegung entlang dieser Linien zu ermöglichen. Die Kerbung der ersten Schicht, um das Biegen zu erleichtern, ist besonders geeignet, wenn die erste Schicht eine sehr hohe Dichte aufweist, z.B. über 150 kg/m³ und insbesondere über 200 kg/m³. Die Kerblinien erstrecken sich bevorzugt nur teilweise durch die Dicke der ersten Schicht, um das Biegen zu erleichtern, aber ohne eine signifikante Schwächung des Elements.
Statt dass die erste Oberfläche des Vlieses durch die Außenseite der ersten Schicht (gegebenenfalls mit einer zusammenhängenden Bahn darüber) bereitgestellt wird, kann die erste Oberfläche des Vlieses durch eine obere Schicht von gebundenem Mineralfasernetzwerk bereitgestellt werden, die gewöhnlich sogar dichter und/oder stärker gebunden ist als die erste Schicht und die bevorzugt entlang im wesentlichen parallelen Linien gekerbt ist, um eine zweckmäßige Flexibilität zu liefern. Diese obere Schicht ist gewöhnlich dünn und wird gewöhnlich durch Aufbringen von Fasern und Bindemittel auf ein Produkt von dualer Dichte, gewöhnlich vor der Härtung, gebildet. Ein geeignetes Produkt und Verfahren sind in WO 00/73600 beschrieben.
Das Vlies und damit das Element sind gewöhnlich flach. Es kann durch die Dicke von der zweiten Seite zumindest zur ersten Schicht und gegebenenfalls teilweise durch die erste Schicht geschnitten werden, um die Annahme einer gefalteten flachen Form zu ermöglichen. Es kann z.B. ein einzelner Schnitt sein, der sich über die Breite (oder Länge) erstreckt, so dass das Element entlang des Schnitts in zwei Teile (im allgemeinen zwei gleiche Hälften) gefaltet werden kann, wobei die erste Seite des einen Teils über der ersten Seite des anderen Teils liegt. Alternativ kann es zwei im wesentlichen parallele Schnitte geben, so dass die erste Seite des sich ergebenden Endteils gefaltet werden kann, um über der ersten Seite des mittleren Teils zwischen den Schnitten zu liegen. Es kann z.B. im wesentlichen parallele Schnitte an Stellen von einem Viertel und drei Viertel des Abstands von einem Ende des Elements geben. Obwohl sich der Schnitt oder die Schnitte gewöhnlich nicht durch die erste Schicht des Vlieses erstrecken, können sie sich durch die Schicht erstrecken, wenn es ein Gewebe oder ein anderes Bahnmaterial auf der ersten Oberfläche gibt, um die geschnittenen Stücke als einzelnes Element zusammenzuhalten.
Die bedeutet, dass ein einzelnes Isolierelement bereitgestellt werden kann, das doppelt so lang ist wie was auch immer die zweckmäßige maximale Länge für den Transport der Mineralfaservliese ist. Wenn z.B. ein normaler Transport den Transport von Vliesen mit einer Länge von sagen wir 2 m ermöglicht, bedeutet dies, dass ein Isolierelement mit einer Länge von 4 m bereitgestellt werden kann. Typischerweise bedeutet dies, dass die Vliese zweckmäßigerweise mit Längen von soviel wie 5 oder 6 m, häufig bis zu 4,8 m, bereitgestellt werden können, aber sie flach auf eine Länge von 3 m, z.B. 2,4 m, gefaltet werden können. Wenn das Vlies eine Länge von 4,8 m aufweist, kann es allein eingesetzt werden, um eine zylindrische Hülle um ein Rohr, einen Ofen oder einen anderen Gegenstand bereit zustellen, wobei die Außenumfangsabmessung des Vlieses in Position bis zu 4,8 m beträgt.
Dementsprechend ist es nun zum ersten Mal möglich, eine zylindrische Hülle mit einer Umfangslänge von z.B. 3 m oder mehr in einer flachen Packung mit einer maximalen Länge von weniger als dieser, typischerweise nicht mehr als 2 bis 2,5 m, bereitzustellen. Dieses flache gepackte Element oder mehrere derartige Elemente können auf eine Palette üblicher Größe gepackt werden und können aus Mineralwolle gebildet sein, z.B. durch folgende allgemeine Lehre der Mineralwollverpackung, die in EP-A-0946394 offenbart ist.
Zur Erleichterung der Fixierung des Vlieses in der Position auf dem Rohr oder einer anderen Oberfläche können Zugschnüre auf oder in der ersten Schicht, z.B. zwischen der ersten Schicht und irgendeiner zusammenhängenden, daran haftenden Bahn befestigt werden, wodurch die Zugschnüre von jedem Ende des Vlieses zueinander gezogen und miteinander verbunden werden können, damit eine umfängliche Bindung um das Vlies auf dem Rohr oder der anderen Oberfläche bereitgestellt wird. Jede Zugschnur kann z.B. ein Draht sein, der in einer Zickzack-Anordnung fixiert ist.
Für eine vereinfachte Zusammenstellung des Vlieses mit einer gewählten gekrümmten Oberfläche, wird das gehärtete Vlies, häufig nach Höhenkomprimierung oder einer anderen Nachbehandlung, vorzugsweise um eine gekrümmte Führung gebogen, wobei die erste Oberfläche die äußerste ist. Die Elastizität im Vlies sollte so sein, dass das Vlies seine im wesentlichen flache Konfiguration nach dieser Prozedur wieder aufnimmt, aber die Prozedur erleichtert das nachfolgende Biegen des Vlieses.
Die Erfindung beinhaltet das im wesentlichen flache Vlies und auch das Vlies, wenn es um eine gekrümmte Oberfläche, wie ein Rohr oder einen Boiler, angepasst ist. Somit wird das Vlies beim Gebrauch mit einer konvexen gekrümmten Oberfläche in Übereinstimmung gebracht, wobei die zweite Seite konkav an die gekrümmte Oberfläche angrenzt und die erste Seite konvex gekrümmt ist.
Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Isolierung einer gekrümmten Oberfläche, umfassend das Legen der zweiten Seite des Vlieses gegen die Oberfläche und die Anpassung des Vlieses gegen die Oberfläche und die Befestigung des Vlieses in der angepassten Position, z.B. durch Spannen und Befestigen von Zugschnüren in oder auf dem Vlies.
Der Grad, mit dem irgendein bestimmtes Element in zufriedenstellender Weise um ein Rohr, einen Boiler oder eine andere gekrümmte Oberfläche gekrümmt werden kann, hängt von der Dicke und der Längskomprimierbarkeit der zweiten Schicht und irgendeiner Zwischenschicht und von der Krümmung der Oberfläche ab. Die Innenoberfläche kann bevorzugt mindestens 20% und im allgemeinen etwa 25 oder 30% und vielleicht bis zu etwa 35 oder 40% gekrümmt werden, ohne dass eine Knickung oder ein anderer Defekt verursacht werden. In der Praxis können Vliese gemäß der Erfindung mit einer Dicke von bis zu 200 mm allgemein um ein Rohr mit einem Durchmesser über 1 m angepasst werden, während das Vlies im allgemeinen eine Dicke von weniger als etwa 100 mm benötigt, wenn es zufriedenstellend um ein Rohr von 0,5 m angepasst werden soll. Zur Optimierung der Abstufungen in der Steifigkeit ist es aber möglich, engere Kurven als diese zu erhalten.
Als Beispiel wird eine Bahn durch das in WO 99/51535 beschriebene allgemeine Verfahren und mit mehr Bindemittel auf einer Seite des primären Vlieses als auf der anderen Seite gebildet und dann kreuzweise aufeinander gelegt, einer Längskomprimierung von 1,4:1 unterworfen und dann einer Behandlung für duale Dichte unterworfen. Sie wird dann durch einen Härtungsofen geleitet, um eine gebundene Bahn mit einer Dicke von 100 mm und mit einer ersten Schicht mit einer Dicke von etwa 15 mm und mit einer Dichte von 100 bis 120 kg/m³ und einem Bindemittelgehalt von 2,5 bis 3% und einer zweiten Schicht mit einer Dicke von etwa 50 mm und mit einer Dichte von etwa 45 kg/m³ und einem Bindemittelgehalt von etwa 0,7% und einer Zwischenschicht mit einer Dicke von etwa 35 mm mit einer Dichte von etwa 50 kg/m³ und einem Bindemittelgehalt, der sich von etwa 2% auf etwa 0,7% verringert (Mittel etwa 1,2%), zu bilden.
Nach dem Härten wurde das Vlies zwischen einer flachen Platte, um die erste Seite zu tragen, und einer Reihe von engen parallelen Walzen geführt, die einen Spalt von abnehmender Höhe und dann zunehmender Höhe definieren, wobei die minimale Höhe etwa 55% der ursprünglichen Vliesdicke betrug, wodurch ein äußerer erweichter Teil erzeugt wurde.
Das sich ergebende Vlies konnte dann zufriedenstellend und ohne weiteres um Rohre mit Durchmessern mit 0,5 m oder mehr angepasst werden, ohne dass sich Knickungen oder andere Schwierigkeiten beim Anbringen ergaben.
Zur Demonstration einer typischen Verteilung von Dichte, Bindemittel und Steifigkeit in einem solchen Produkt ohne Nachhärtungskomprimierung kann auf die beigefügten graphischen Darstellungen verwiesen werden, bei denen die erste Seite bei 100 mm ist und die zweite Seite bei 0 mm ist.
1 zeigt die Dichteverteilung an verschiedenen Stellen über die Dicke. Es ist ersichtlich, dass die erste Schicht die obere Tiefe einnimmt, die sich von etwa der Stelle 80 oder 85 mm zu 100 mm erstreckt, wobei die Dichte darunter im wesentlichen konstant ist, obwohl sie über den Bereich von 50 bis 80 mm leicht höher ist.
2 zeigt die Bindemittelverteilung und zeigt, wie diese hinunter zu einer Stelle bei etwa 45 oder 50 mm sich allmählich verringert, so dass der Bereich von etwa 45 oder 50 mm bis etwa 80 oder 85 mm die Zwischenschicht darstellt. Die Bindemittelverteilung und die Dichte sind dann von etwa 45 oder 50 mm bis 0 gleichmäßig und dies bildet somit die zweite Schicht.
3 ist ein Diagramm der berechneten Festigkeit unter Berücksichtigung des Bindemittels und der Dichte, wobei der zweiten Schicht ein Einheitswert zugeordnet wird. Es ist ersichtlich, dass die Festigkeit und somit die Weichheit und der Elastizitätsmodul in der ganzen zweiten Schicht gleichmäßig sind, in der Zwischenschicht leicht ansteigen und dann in der ersten Schicht stark ansteigen. In der Praxis verringert die Nachhärtungskomprimierung den Steifigkeitswert im Bereich in der Nähe von 0 mm auf unter den Einheitswert.

Claims

Isolierelement, umfassend ein Mineralfaservlies, das erste und zweite Hauptoberflächen aufweist und umfasst eine erste Schicht, die ein durch ein Bindemittel gebundenes gebundenes Mineralfasernetzwerk umfasst und sich von der ersten Oberfläche weg nach innen erstreckt, eine zweite Schicht, die ein durch ein Bindemittel gebundenes gebundenes Mineralfasernetzwerk umfasst und sich von der zweiten Oberfläche weg nach innen erstreckt, und entweder eine Zwischenschicht, die ein durch ein Bindemittel gebundenes gebundenes Mineralfasernetzwerk umfasst und in die erste und in die zweite Schicht eingreift, oder, wenn die Zwischenschicht nicht vorhanden ist, die zweite Schicht und die erste Schicht ineinandergreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht eine Dicke aufweist, die mindestens 5 mm beträgt und die weniger als 30% der Gesamtdicke des Vlieses ausmacht, die zweite Schicht eine Dicke aufweist, die mindestens 20 mm beträgt und die mindestens 30% der Dicke des Vlieses ausmacht, und die Dichte der ersten Schicht mindestens das 1,5-fache der Dichte der zweiten Schicht und der Zwischenschicht (falls vorhanden) ist, und die Bindung der ersten Schicht auf normalisierter Basis größer ist als die Bindung der zweiten Schicht und die Bindung der Zwischenschicht (falls vorhanden) auf normalisierter Basis eine Zwischenstufe zwischen der Bindung in der ersten und der zweiten Schicht ist.
Element nach Anspruch 1, in dem (a) ein Bindemittel im ganzen Vlies verwendet wird oder verschiedene Bindemittel mit im wesentlichen der gleichen Bindungswirkung verwendet werden und (b) die Menge an Bindemittel in der ersten Schicht größer ist als die Menge in der zweiten Schicht und (c), wenn es eine Zwischenschicht gibt, die Menge in der Zwischenschicht zwischen den Mengen in der ersten und der zweiten Schicht liegt, wobei alle Mengen Gewichtsprozent Bindemittel auf Basis des Gewichts der Fasern sind.
Element nach Anspruch 2, in dem die Menge in der ersten Schicht das 2- bis 20-fache der Menge in der zweiten Schicht ist und die Menge in der Zwischenschicht, falls vorhanden, mindestens das 1,5-fache der Menge in der zweiten Schicht, aber nicht mehr als ¾ der Menge in der ersten Schicht ist, wobei alle Mengen Gewichtsprozent Bindemittel auf Basis des Gewichts der Fasern sind.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in dem die Dichte der ersten Schicht das 2- bis 5-fache der Dichte der zweiten Schicht ist und 80 bis 280 kg/m³ beträgt und die Dichte der zweiten Schicht 20 bis 90 kg/m³ beträgt und die Dichte der Zwischenschicht, falls vorhanden, das 1- bis 1,5-fache der Dichte der zweiten Schicht ist.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in dem die Menge an Bindemittel, als Gewichtsprozent Bindemittel auf Basis des Gewichts der Fasern, in der ersten Schicht 1,5 bis 6% beträgt.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in dem die Dicke der ersten Schicht mindestens 10 mm ist.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in dem die Dicke der ersten Schicht unter 20% der Gesamtdicke des Vlieses ist.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in dem die Gesamtdicke des Vlieses mindestens 50 mm ist.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in dem die Dicke der ersten Schicht 5 bis 25% der Gesamtdicke des Vlieses ist und 10 bis 25 mm beträgt, die Dicke der zweiten Schicht 40 bis 70% der Gesamtdicke ist und die Dicke der Zwischenschicht, falls vorhanden, 15 bis 40% der Gesamtdicke ist und die Gesamtdicke des Vlieses 50 bis 200 mm beträgt.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in dem das Mineralfasernetzwerk, das sich von der zweiten Oberfläche nach innen erstreckt, einen inneren Teil und einen äußeren Teil aufweist, wobei die zweite Hauptoberfläche des Vlieses durch die Außenseite des äußeren Teils bereitgestellt wird und wobei der äußere Teil eine Tiefe von mindestens 5 mm aufweist und weicher ist als der innere Teil und mit dem inneren Teil über einen Übergangsteil von mindestens 5 mm, über den sich die Steifigkeit allmählich erhöht, verschmilzt.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in dem das Mineralfasernetzwerk, das sich von der zweiten Oberfläche nach innen erstreckt, einen inneren Teil und einen äußeren Teil aufweist, wobei die zweite Hauptoberfläche des Vlieses durch die äußere Oberfläche des äußeren Teils bereitgestellt wird und wobei der äußere Teil eine Tiefe von mindestens 5 mm aufweist und weicher ist als der innere Teil aufgrund einer Komprimierung nach Härtung des gebundenen Netzwerkes in dem äußeren Teil.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, das eine zusammenhängende Bahn eines Gewebes, einer Folie oder eines Films aufweist, die an der ersten Oberfläche haftet.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in dem die erste Schicht auf der Außenseite in einer oder mehreren im wesentlichen parallelen Richtungen eingekerbt ist.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in dem das Vlies ein ebenes Vlies ist und durch die Dicke von der zweiten Oberfläche zur ersten Schicht und gegebenenfalls teilweise durch die erste Schicht geschnitten ist, damit das Vlies eine gefaltete ebene Konfiguration annehmen kann.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, enthaltend Zugschnüre, die an oder in der ersten Schicht befestigt sind.
Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in ebener oder gefalteter ebener Form gepackt.
Verfahren zur Isolierung einer gekrümmten Oberfläche, umfassend das Legen der zweiten Oberfläche des Vlieses von einem Element nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch gegen die gekrümmte Oberfläche und das Anpassen des Vlieses gegen die gekrümmte Oberfläche und das Befestigen des Vlieses in der angepassten Form um die gekrümmte Oberfläche.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die zweite Oberfläche des Vlieses in Nachbarschaft zur gekrümmten Oberfläche konkav und die erste Oberfläche des Vlieses konvex gekrümmt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Elements nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend: (1) Zerfasern einer mineralischen Schmelze durch mindestens eine Kaskadenschleudervorrichtung oder eine andere Zentrifugalzerfaserungsvorrichtung, (2) Sammeln der Fasern als Bahn enthaltend ungehärtetes Bindemittel, (3) Trennen der oberen Schicht, (4) Konsolidieren der oberen Schicht auf die für die erste Schicht erforderliche Dichte, so dass die Dichte der ersten Schicht mindestens das 1,5-fache der Dichte der zweiten Schicht ist und die erste Schicht eine Dicke aufweist, die mindestens 5 mm beträgt, (5) Wiedervereinigen der sich ergebenden ersten Schicht mit dem Rest der Bahn, so dass die zweite Schicht und die erste Schicht ineinander greifen oder, wenn eine Zwischenschicht vorhanden ist, die Zwischenschicht in die erste und in die zweite Schicht eingreift, (6) Bereitstellen einer verstärkten Bindung in der ersten Schicht, entweder wenn zu Beginn die Fasern als Bahn gesammelt werden oder im Anschluss, so dass die Bindung der ersten Schicht auf normalisierter Basis größer ist als die Bindung der zweiten Schicht, und dann (7) Härten des Bindemittels, wodurch als Ergebnis des Verfahrens die erste Schicht eine Dicke aufweist, die kleiner als 30% der Gesamtdicke des Vlieses ist, und die zweite Schicht eine Dicke aufweist, die mindestens 20 mm beträgt und mindestens 30% der Dicke des Vlieses ist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Bahn durch kreuzweises Aufeinanderlegen eines primären Vlieses mit einer größeren Konzentration des Bindemittels entlang eines Rands als entlang des anderen Rands gebildet wird, wodurch das kreuzweise Aufeinanderlegen dazu führt, dass der Rand mit der höheren Konzentration die erste Schicht liefert.
Verfahren nach Anspruch 19 oder Anspruch 20 zur Herstellung eines Produkts nach Anspruch 11, umfassend das Hindurchleiten des gebundenen und gehärteten Vlieses durch den Spalt zwischen einer Oberfläche, welche die erste Oberfläche trägt, und einer Komprimiereinrichtung zum zeitweisen Komprimieren des Vlieses an der zweiten Oberfläche.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Komprimiereinrichtung eine Mehrzahl von parallelen komprimierenden Walzen umfasst, die jeweils einen kleineren Durchmesser als die Dicke des Vlieses aufweisen und einen Spalt mit einer Mindestdicke von 20 bis 70% der Höhe des Vlieses definieren.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 19 bis 22, das ferner das Biegen des Elements um eine gekrümmte Führung, wobei die erste Oberfläche die äußerste ist, und dann das Zurückbringen des Elements in eine ebene Konfiguration umfasst.