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Verfahren zur Trocknung von Faserstoff-Formkörpern Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Trocknung bindemittelhaltiger Faserstoffplatten und Formkörper
vorwiegend holzartigen Charakters, die ohne gleichzeitige Anwendung von Druck ausgeheizt
werden. Solche Faserstoffkörper werden in bekannter Weise hergestellt durch Aufschlämmen
von verfilzbaren Fasern in Wasser, Gießen und Verformen des Faserbreies in Formmaschinen
und Ausheizen der feuchten Faserstoffkuchen in geeigneten Trockenvorrichtungen.
Die Bindemittel werden dem Faserbrei in Form von Lösungen, Emulsionen oder Suspensionen
zugegeben, sie können auch durch nachträgliches Durchsaugen durch den feuchten Faserstoffkuchen
oder auf andere Weise in diesen eingebracht werden. Bei dem der Formung folgenden
Ausheizungsvorgang findet eine Verdampfung des Wassers und eine Aushärtung der Bindemittel
statt. Als Bindemittel werden solche Stoffe verwendet, die unter dem Einfluß erhöhter
Temperatur aushärten, z. B. Kunstharze, wie Phenol-Aldehyd- oder Harnstoff Formaldehyd-Harze.
Außerdem können den Faserstoffkörpern wasserabweisende Stoffe, wie Montanwachs u.
dgl., Farbstoffe, feuerhemmende Mittel, Termitenschutzmittel u. dgl. zugesetzt werden.
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Das Raumgewicht solcher Formkörper nach der Trocknung liegt im allgemeinen
zwischen o,z5 bis 0,4 g/cms. Das Raumgewicht ist unter anderem abhängig von dem
Grad der Vorentwässerung auf der Formmaschine, von der Art und dem Schmierigkeitsgrad
des
Faserstoffes, vom Bindemittelgehalt und den Trockenvorgängen. Zweckmäßig liegt der
Gehalt an Bindemittel zwischen io und 6o '/o, bezogen auf das Gesamttrockengewicht
des fertigen Stoffes.
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Es wurde gefunden, daß die Eigenschaften des Endproduktes entscheidend
von der Steuerung des Trocknungsvorganges abhängen. Der Trocknungsvorgang unterscheidet
sich bei diesen bindemittelhaltigen Faserstoff-Formkörpern, die meist auch eine
holzartige Beschaffenheit haben sollen, entscheidend von den bekannten Trocknungsvorgängen
der Faserstoffdämmplatten, wie sie aus der Faserplattenindustrie bekannt sind. Bei
der Holzfaserplattenindustrie werden Faserstoffplatten ohne Bindemittel oder mit
nur sehr geringen Bindemittelgehalten, gegebenenfalls mit Zusätzen aus wasserabweisenden
Stoffen oder auch Bitumen, getrocknet. Der Ausheizvorgang bewirkt dabei lediglich
eine Entfernung des Wassers, welches zwischen den Fasern enthalten sowie auch in
Form von Quellungswasser in den Fasern gebunden ist.
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Im Unterschied zu diesen bekannten Vorgängen vollzieht sich bei den
bindemittelhaltigen Platten nicht nur der physikalische Vorgang der Wasserverdampfung,
sondern der chemische Prozeß der Erhärtung, z. B. der Kondensation, und bzw. oder
der Polymerisation der Bindemittel. Es wurde nun gefunden, daß es erforderlich ist,
während des Trocknungsv organges die Temperatur nach bestimmten Kurven zu steuern,
damit die Bindemittel zur optimalen Wirkung gelangen. Nur bei richtiger Steuerung
der Temperatur wird diejenige Verleimung der Faser erreicht, durch welche die Faserstoffkörper
eine holzartige Struktur erhalten. Diese ist unter anderem erkennbar an einer wesentlich
erhöhten Biege-, Zug- und Druckfestigkeit gegenüber dem bindemittelfreien Faserstoffkörper
oder dem Faserstoffkörper, bei dem die Bindemittel ihre Verleimungswirkung nicht
richtig betätigt haben. Weiterhin ist die holzartige Struktur erkennbar an dem holzartigen
Klang der Formkörper und ihrer holzartigen Bearbeitbarkeit. Bei Bearbeitungsvorgängen,
wie Sägen, Bohren, Schnitzen, Stemmen, Hobeln usw., reißen die Fasern der nach dem
vorliegenden Verfahren getrockneten Werkstücke wesentlich weniger aus als solche
von Werkstücken, bei deren Trocknung der Verleimungsvorgang nicht richtig gesteuert
wurde. Dies läßt darauf schließen, daß die Fasern untereinander stärker durch die
Verleimung mit dem Bindemittel verbunden sind, als dies durch reine Verfilzungsvorgänge
erreicht werden kann.
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Die Verfahrensvorschrift für die erfindungsgemäße Temperatursteuerung
besteht in folgenden Verfahrensabschnitten i. Die Anfangsphase der Trocknung muß
so allmählich durchgeführt werden, daß keine Oberflächenverkrustung der Formkörper
durch zu schnelle Aushärtung des Bindemittels an den Außenseiten und Übertrocknung
der Faser mit anschließend damit verbundener Faserschrumpfung an der Oberfläche
erfolgt. Die Verdampfungsgeschwindigkeit darf also die Nachlieferung des Wassers
aus dem Innern des Trocknungsgutes nicht oder nicht wesentlich überschreiten.
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2. In der zweiten Phase der Trocknung muß der Hauptteil des Wassers
entfernt werden, ohne daß jedoch die Bindemittel schon zur Abbindung gelangen. Eine
zu frühe Abbindung dieser verhindert eine innige Bindung zwischen Harz und Faser,
da das meist hydrophobe Harz gegenüber der noch nassen Faser keine Klebkraft besitzt
und demzufolge in kleinen Kügelchen oder Klümpchen aushärtet. Bei richtiger Trocknung
hingegen fließt das noch nicht ausgehärtete Harz an oder um die schon beinahe trockene
Faser, und die starke Klebkraft des Harzes gegenüber der Faser kommt dann zur Auswirkung
und führt damit zum Verleimungsvorgang.
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3. Die dritte Phase der Trocknung bewirkt die Entfernung der Restfeuchtigkeit
und völlige Aushärtung der Harze.
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.4. Bei einer vierten Phase der Temperaturbehandlung bei mindestens
iao° kann noch eine zusätzliche Hydrophobierung des Fasergutes erreicht werden.
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Eine zahlenmäßig allgemein gültige Verfahrensvorschrift über die Dauer
der einzelnen Behandlungsabschnitte und der gesamten Behandlungsdauer sowie über
die jeweilige Höhe der Temperatur der relativen Luftfeuchtigkeit in den einzelnen
Abschnitten läßt sich nicht geben, da Höhe und Einwirkungszeit der Temperatur und
sonstige Behandlungsfaktoren von folgenden Bedingungen abhängig sind: Trocknungsart
(Dampf-, Heißluft-, elektrische Widerstands-, Wechselfeld- bzw. Hochfrequenztrocknung),
Gestalt und Größe der Heizkammern, Umluftverhältnisse, Wassergehalt des Trockengutes,
Höhe des Bindemittelgehaltes, Art der Bindemittel, Aufschluß und Schmierigkeitsgrad
der Faserstoffe sowie Stärke und Abmessungen des Trockengutes.
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Eine besonders wichtige Beziehung besteht zwischen der Trocknungsgeschwindigkeit
und der Art bzw. dem Verhalten der Bindemittel. Die Erhärtungskurven der Bindemittel
können durch Herstellungsweise, Katalysatorzusätze und die Beschaffenheit der verwendeten
Ausgangsstoffe, z. B. verschiedenartiger Phenole, in weiten Grenzen geändert werden.
Die Verdampfungsgeschwindigkeit des Wassers und die Erhärtungszeit der Bindemittel
müssen also einerseits aufeinander derart abgestimmt werden, daß die Bindemittel
erst nach der Entfernung der Hauptmenge des Wassers zur Abbindung und Erhärtung
kommen, während andererseits die Übertrocknung, Verkrustung und Verschrumpfung der
Oberfläche der Formlinge zu vermeiden ist.
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Bei Dampf- und Heißlufttrocknung sind verhältnismäßig lange Trocknungszeiten
und daher lange Erhärtungszeiten der Harze erforderlich. Bei elektrischer Widerstands-
oder Hochfrequenztrocknung geht die Entfernung des Wassers schneller und gleichmäßiger
vor sich, da die ganzen Körper schneller durch und durch erwärmt werden. Deshalb
sind hier auch Harze mit kürzeren Erhärtungszeiten verwendbar. Um eine zu frühe
Erhärtung der Harze
zu vermeiden, ist es ferner möglich, die Anfangstrocknung
im Vakuum bzw. unter Unterdruck durchzuführen, wodurch ebenfalls eine erhebliche
Abkürzung der Trockenzeit erzielbar ist, oder sie bei Temperaturen unter ioo° in
einem Warmluftstrom vorzunehmen. Ausführungsbeispiel Zur Trocknung gelangen feuchte
Faserstoffkörper, die, bezogen auf den Gesamttrockengehalt = 100%, etwa 70% Faserstoffe
(trocken) und etwa 300/0 langsam erhärtende Bindemittel (trocken) enthalten. Die
Länge der q.o bis 50 mm starken Formlinge ist 2 bis 3 m und ihre Breite etwa
2 m. Im Feuchtzustand vor der Trocknung enthalten die Formlinge etwa 8o Teile Wasser
auf 2o Gewichtsteile Trockensubstanz. Die Trocknung erfolgt durch Heißluft in einer
Umluftkammer mit regelbarer Heißluft- und Frischluftzuführung sowie Regulierung
und Umschaltung der Umluft, wobei alle bekannten Maßnahmen angewandt werden können,
die eine gleichmäßige Trocknung des Trockengutes an allen Stellen begünstigen. Die
Gesamttrockendauer beträgt 40 Stunden.
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In der ersten Trockenphase, die 8 bis 12 Stunden beansprucht, kann
in den ersten 2 Stunden das den sehr feuchten Formlingen anhaftende Wasser durch
Anwendung einer Temperatur von 13o bis 14o° und durch Luft geringer relativer Feuchtigkeit
entfernt werden, worauf die Temperatur der Umluft auf i io bis 12o° gesenkt und
ihr Feuchtigkeitsgehalt z. B. durch entsprechende Drosselung der Frischluftzufuhr
so weit erhöht wird, daß dem Trockengut nur so viel Flüssigkeit entzogen wird, daß
seine Oberfläche sich feucht anfühlt.
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Die zweite Trockenphase erstreckt sich über die nächsten 15 bis 20
Stunden. Ihre Dauer und ihre Steuerung wird vom Quellungs-bzw. Mahlungsgrad des
Fasergutes, seiner Entquellung und den Bindemitteleigenschaften bestimmt. Der Trocknungsvorgang
wird in der zweiten Phase anfangs weitergeführt, wie er zum Schluß der ersten Phase
eingestellt war, indem man die Oberflächenfeuchtigkeit des Trockengutes beobachtet,
wobei man die Temperatur stufenweise um io° steigert bzw. den Sättigungsgrad der
Luft entsprechend erniedrigt, solange die Kuchenoberfläche noch feucht ist, während
man umgekehrt verfährt, wenn die Oberfläche austrocknet. Wenn zum Schluß der zweiten
Phase infolge der fortgeschrittenen Durchtrocknung des Gutes nicht mehr die Möglichkeit
besteht, den Prozeß nach der Oberflächenfeuchtigkeit zu regulieren, senkt man die
Temperatur um io bis 2o° und führt die Trocknung so lange weiter, bis das Gut zur
Verleimung und Aushärtung genügend getrocknet ist bzw. nur noch 15 bis 25% Feuchtigkeit
enthält, was durch eine Gewichtskontrolle ermittelt werden kann.
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In der dritten Phase wird nun die Temperatur zeitweilig so weit gesteigert,
wie das Trockengut es verträgt, wobei durch Verflüssigung der Bindemittel der Verleimungsvorgang
vervollständigt und die Bindemittel ausgehärtet werden. Es können stoßweise Temperaturspitzen
bis zu i5o° und gegebenenfalls bis i8o° gegeben werden, womit der Vorgang nach Entfernung
der Restfeuchtigkeit in die vierte Phase eingetreten ist, in der die Hydrophobierung
des Fasergutes bewirkt wird.