EP2625012A1 - Faserplatten mit funktionsorientiertem rohdichteprofil und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Faserplatten mit funktionsorientiertem rohdichteprofil und verfahren zu deren herstellung

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Publication number
EP2625012A1
EP2625012A1 EP11758433.4A EP11758433A EP2625012A1 EP 2625012 A1 EP2625012 A1 EP 2625012A1 EP 11758433 A EP11758433 A EP 11758433A EP 2625012 A1 EP2625012 A1 EP 2625012A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mat
fiberboard
density
density profile
pressing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11758433.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Kramer
Detlef Krug
Marco MÄBERT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHD Institut fuer Holztechnologie Dresden gGmbH
Original Assignee
Kramer Juergen
IHD Institut fuer Holztechnologie Dresden gGmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kramer Juergen, IHD Institut fuer Holztechnologie Dresden gGmbH filed Critical Kramer Juergen
Publication of EP2625012A1 publication Critical patent/EP2625012A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/08—Moulding or pressing
    • B27N3/18—Auxiliary operations, e.g. preheating, humidifying, cutting-off
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/08—Moulding or pressing

Definitions

  • the invention relates to fibreboards with homogeneous or function-oriented density profiles and methods for their preparation.
  • wood-based panels such as medium-density fiberboard, also referred to as MDF panels, chipboard or chipboard from oriented chips, also referred to as OSB
  • OSB oriented chips
  • the drying, the gluing and the spreading of the fibers or shavings follows the process of pressing under high pressure and given temperature.
  • the glued fibers or chips into mats or particle nonwovens and cold precompact in continuously operating prepresses.
  • the cold-formed mat has temperatures between 10 ° C and 40 ° C when leaving the pre-press.
  • the heat transfer processes and the material transport operations are time-dependent and location-dependent. In each space point of the mat, the temperatures required for softening the particles and for crosslinking the binder are achieved at different times. The heating of the mat is uneven, resulting in uneven deformation behavior and binder crosslinking.
  • the dielectric processes are based on the benefit of residual moisture of the mat, that is, the water uniformly distributed on and in the fibers. Special binders used for gluing can be heated directly in the dielectric alternating field. Dielectric mat preheating uses microwave and high frequency techniques. In microwave ovens, however, it is technically impossible to provide a homogeneous field. In contrast, between capacitor plates of a high-frequency heating device, a substantially homogeneous field is comparatively easy to produce. High frequency is hereinafter abbreviated to HF.
  • the particle mats are heated in the unpressed state. Air gaps are often left between the capacitor plates and the mat surface. Since the heating power depends on the field strength of the effective alternating field and is directly proportional to the square of the field strength and inversely proportional to the square of the capacitor plate spacing at the same voltage, only very limited, effective field strengths are generated.
  • a cold, pre-pressed fiber mat reverts to three times to four times the minimum pre-press thickness after prepressing, so that the heating power in non-integrated RF heaters is only 1/9 to 1/16 with respect to the pre-pressed state of the plate.
  • DE 196 04 574 A1 discloses a process for producing sheets of lignocellulose-containing particles.
  • binders are continuously applied to the particles by means of a gluing machine before they are subsequently formed into a mat continuously in a mat former.
  • the mat is pre-compressed continuously with a pre-press and simultaneously heated by the action of a high-frequency alternating field with an HF heating device continuously.
  • the HF heating device is arranged inside the pre-press.
  • the high-frequency alternating field acts there on the mat, where it has its smallest thickness during pre-compression.
  • the mat After pre-compression with simultaneous heating, the mat, which is guided in one plane between two press plates, is pressed into a plate within a hot press under further heat.
  • the pressing conditions selected during the so-called hot pressing process decisively determine the properties of the finished plate.
  • the maximum pressures are in a range of 3 N / mm 2 to 5 N / mm 2 .
  • the residence time of the mat within the press is, depending on Matt thickness, stock and technology used between 30 seconds and several minutes.
  • the thickness of the plate corresponds in the following also the name of the height.
  • the wood particles are subject during the hot pressing of an elastic and plastic deformation, the expression of which is determined by the heating state and the moisture state of the mat in the hot press. Temperature and humidity differences between the individual mat layers lead to a characteristic compaction behavior and a density profile perpendicular to the plate plane.
  • the density profile shows the respective degree of compaction of the mat in individual layers.
  • the direction perpendicular to the plane of the plate corresponds to the direction of the height or the thickness of the plate.
  • the physical processes of hot pressing can be summarized essentially with the heat transport and mass transport, the compression of the mat and the relaxation of the internal stresses and the curing process of the binder.
  • the fiber material or the spangle is plasticized, which facilitates the process of compaction.
  • the degree of plasticization of the fiber material or the Spangutes depends mainly on the humidity and the temperature of the fibers or chips.
  • the compression process can be selectively varied to achieve special technological properties of the plate.
  • the compression can be composed of different compression stages, relief phases and stages of constant pressure.
  • the properties of the finished wood material such as the surface quality, the edge workability, the bending strength and the transverse tensile strength, are determined by the vertical density profile of the plate and influenced during the plate production. Influencing factors on the density profile are, for example, the type of wood, the chip geometry or the fiber geometry, the moisture, the gluing, the bulk density or the pressing conditions.
  • the mat is first compacted within a double belt press in a short period of time. In this Warverdichtung it can sometimes come to a fall below the mat thickness below the target thickness at the end of the pressing process.
  • the rapid compression causes only the outer layers are highly plasticized at the time of maximum pressure, while the larger, inner layer of the mat has a high compression resistance. This results in sheets with thin, highly densified cover layers and a broad middle layer with a uniformly lower density.
  • the heat energy is introduced during the process of hot pressing by contact heating on heated steel sheets or steel strips on the particle fleece and thus from the outside into the fleece.
  • the heat is transported from outside to inside.
  • the particle fleece is a very poor conductor of heat, which has a coefficient of thermal conductivity in the order of insulating materials, the process of heating takes place very slowly.
  • a temperature gradient develops within the particle fleece, so that the curing temperature of the binder in the center of the board is later reached and thus offset to the outside, which in turn causes a different bond strength over the cross section of the plate.
  • the binder also has the lowest degree of crosslinking in the areas of lowest plate density, which limits the transverse tensile strength of the plate.
  • the flexibility in the design of the gross density profile of the plates is to increase and thus to allow the provision of new, previously not economically producible plates. Fibrous panels with function-oriented density profiles as well as a process for their production are to be made available.
  • the plates should be designed application-specific and have specific technological properties. Accordingly, the plates should be material-efficient, cost-effective and inexpensive to produce.
  • the object is achieved by methods for the production of fiberboard with a homogeneous density profile or deviating from the homogeneous density profile function-oriented density profile.
  • the procedures include the following common steps:
  • the operations of precompacting the mat to a mat by applying pressure and uniformly heating the mat are preferred simultaneously.
  • the uniform heating of the mat is understood to mean a uniform temperature distribution within the preheated mat.
  • the mat has a homogeneous temperature distribution in its volume.
  • the pressing pressure applied during pressing is controlled such that the pressing pressure and the counter-pressure generated inside the fiberboard are the same.
  • the baling pressure and the back pressure of the mat are balanced.
  • the pressing pressure applied during pressing is controlled in such a way that the pressing pressure is partially deliberately increased in relation to the counter-pressure generated within the fibreboard and otherwise the pressing pressure and the pressure generated within the fiberboard Counterpressure are the same size.
  • the pressing pressure and the back pressure of the mat are in equilibrium, whereby the pressing pressure is deliberately increased in relation to the mat pressure to produce partially defined increases in density.
  • the mat is continuously compressed in the process step of precompression and by
  • the HF heating device is arranged inside the pre-press.
  • the RF heater has a minimum electrode spacing, so that the
  • the heating by means of the RF heater causes a uniform heating of the mat without mass transfer operations and heat transfer processes within the mat so that the same temperature is present at each spatial point of the mat at the same time.
  • the fibers have the same viscoelastic behavior at all times in all spatial points of the mat, and the binder has the same state of crosslinking.
  • a fiberboard is produced having a homogeneous density profile.
  • Fibrous plates with non-homogeneous, function-oriented density profile are produced by the external pressing pressure is increased exactly at the time when the particles in the layer of the mat in which a higher density is to be produced, no plastic or have only a small plasticization and the binder in this Layer has not yet set.
  • a development of the invention is that the mat is pressed in the process step of pressing into a fiberboard while applying pressure and simultaneous heating within a thermoölbe remplifilten continuously operating hot press, wherein the mat is disposed between heated steel surfaces and transfer the heat by contact heating to the mat becomes.
  • the pressing time factors are in the range of 4 s / mm to 12 s / mm plate thickness.
  • the fiberboard can be divided into different areas depending on the density. Fiberboard with densities in the Ranges from about 250 kg / m 3 to 500 kg / m 3 are considered ultralight, in the range of 500 kg / m 3 to 650 kg / m 3 as light, in the range of 650 kg / m 3 to 750 kg / m 3 as medium density and in the range greater than 750 kg / m 3 referred to as high density. Fiberboard with densities below 250 kg / m 3 are assigned to the category of insulation boards.
  • the pressing time factor which is also referred to as a press factor, represents the residence time of a fiberboard within the hot press relative to the thickness of the fiberboard.
  • the fleece is heated during the process of Vorverêtns by 25 K to 50 K and has at the end of the process of Vorverêtns temperatures between 40 ° C and 90 ° C.
  • the beginning of the process of crosslinking the binder can coincide over the entire plate thickness with the temperature for softening the particles, which causes, for example, the beginning of Ligninplasthap.
  • lignin softens as a structuring component of wood, the particles soften and lose their elastic behavior.
  • the fleece is precompressed within a pre-press at pressures between 10 bar to 30 bar.
  • the mat produced after the precompression of the nonwoven mat has a height of 1/20 to 1/3 of the height of the nonwoven prior to precompression.
  • the fiberboard according to the invention with a homogeneous density profile has a uniformly formed perpendicular to the plane of the plate density profile with a, based on the cross section, uniform density.
  • the surfaces of the fiber board with a homogeneous density profile are formed on the narrow side and on the broad side with the same surface properties.
  • the fiberboard has a density between 230 kg / m 3 and 300 kg / m 3 , a maximum Thermal conductivity of 0.05 W / (mK) and a minimum tear resistance perpendicular to the plate plane of 20 kPa.
  • the fiberboard can be assigned, for example, to the hydrophobing group H10 according to EN 1609 and the compressive strength group P300 to EN 826.
  • the fiberboard with homogeneous density profile is advantageously used as an insulating board, for the carrier part production in automotive interiors, for foams in upholstered furniture, passenger seats or mattresses.
  • the fiberboard according to the invention with a function-oriented density profile has a density profile formed perpendicular to the plane of the plate in such a way that, with respect to the cross section of the fiberboard, regions with different densities are formed.
  • the surfaces of the fiberboard with a non-homogeneous, function-oriented density profile are formed on the narrow side and the broad side with different surface properties.
  • the density profile based on the cross section of the fiber board, formed of three areas with different densities.
  • the two outer regions preferably have the same density.
  • the areas are divided differently in the direction of the height of the fiberboard, that is, in thickness. The division of the areas is different.
  • the fiber board with function-oriented density profile has a density between 300 kg / m 3 and 700 kg / m 3 and is advantageously used for furniture or floor coverings.
  • the fiberboards with a homogeneous density profile are powder-coated and liquid-lacquerable without any conductivity additives and without pretreatment of the narrow surfaces.
  • Plates with a pronounced density profile have, for example, in the outer zones a density of 1000 kg / m 3 and in the middle layer one Density of 600 kg / m 3 on.
  • a surface to be coated is produced, which have different densities and thus different properties at different locations.
  • An area with a high density is mostly smooth and closed.
  • the milled contours on bodies with low densities which are rough and porous.
  • the curing of the powder coating is determined by the action of a defined temperature over a defined period of time.
  • the moisture within the plate exits the plate at a certain temperature.
  • the speed and the end of moisture leakage depend on the bulk density of the plate. The higher the bulk density, the slower the moisture will escape. It is desirable to realize the escape of moisture, as long as the powder coating is melted and flows, because the emerging at the outlet of moisture holes can then close again. Plates with different densities have different rates of moisture leakage.
  • the temperature for curing the powder coating can only be optimized to a speed. Therefore, the gross densities of the outer zones and the middle layer of the plate should be equalized.
  • the bulk density of the middle layer is raised to, for example, 700 kg / m 3 to 800 kg / m 3 , as occurs in conventional deep-fretting quality MDF. This increases the total weight of the plate.
  • the plates according to the invention with a homogeneous density profile have the same outlet velocities of moisture and at optimized temperature no holes remaining due to the escape of moisture in the cured coating.
  • the plate is also lighter than known powder-coated plates.
  • the pnnzip of the coating is also transferable to liquid coatings, for which curing temperatures of more than 100 ° C are required in a continuous process.
  • the solution according to the invention has various advantages.
  • Fibreboards are made with application specific density profiles, whereby the panels
  • the plates with function-oriented density profile are very economical to manufacture and continue to process.
  • the hot press has hot pressing zones and cooling zones.
  • the cooling of the plate to a lower temperature when passing through the cooling zone causes the decrease of the internal gas pressure within the plate.
  • the pressing time can be shortened, since the density profile can be produced in a shorter time.
  • the process of compaction is more targeted use, since the temperature front penetrates faster due to the preheating of the mat in the middle of the plate.
  • the targeted use of rapid compaction serves to produce a function-oriented gross density profile.
  • the targeted use of a slow compression allows the generation of a homogeneous density profile.
  • FIG. 2 homogeneous density profile plotted against the height of the
  • Fig. 3 function-oriented raw density profiles plotted against the height of
  • Fig. 1 shows a fiberboard whose cross section is defined over the height and the width of the plate. The plane of the fiberboard is described by the width and the length.
  • Fiberboard in particular Holzmaschinedämmplatten, in addition to the origin of the fibers, such as wood, hemp or other annual plants or cellulose from waste paper, also in the applied manufacturing process and the added additives.
  • additives for example binders, binder fibers or fire retardants are used.
  • Flexible, mat-like insulation materials are produced by using binding fibers, such as fibers made of plastics or renewable raw materials, in a flow-through process.
  • binding fibers such as fibers made of plastics or renewable raw materials
  • the production technology of solid, plate-shaped insulating materials is similar to the dry processes known from MDF production. Due to the poor thermal conductivity of the materials, the through-heating of the nonwovens is based on throughflow processes.
  • adhesives or binders usually PUR systems or PMDI are used. PMDI stands as an abbreviation for polymer diphenylmethane diisocyanate.
  • Fig. 2 shows a uniform, homogeneous density profile plotted against the height of a fiberboard according to the invention with a constant density of 300 kg / m 3 .
  • the constant value of the bulk density is, depending on the fiber board, for example between 230 kg / m 3 and 300 kg / m 3 .
  • the plates are pressed in contrast to the prior art, following the dry process and the compression with simultaneous preheating in a thermo-oil heated continuous hot press.
  • the natural moisture of the fibers or chips is reduced so that they can then be wetted with sufficient binder.
  • the moisture in the fibers or chips should be minimized in order to reduce the vapor pressure generated during the pressing process within the raw plate and thus the risk of bursting of the plate Reduce.
  • the mat is continuously precompressed during compression with simultaneous preheating and heated continuously by means of the high-frequency alternating field with an HF heating device.
  • the high-frequency alternating field is generated with a voltage of about 7 kV, with currents between 1, 5 A to 3 A flow.
  • the production of the plates in this case has pressing time factors of 2.5 s / mm to 12 s / mm plate thickness, which corresponds to pressing time factors of the production of MDF boards.
  • the pressing pressure is controlled so that its value corresponds to the back pressure generated within the fiberboard.
  • the fiberboards according to the invention with a homogeneous density profile are used with a gross density of 500 kg / m 3, for example as light furniture panels or with a gross density of 750 kg / m 3 as a furniture panel, especially for the front of the furniture.
  • FIGS. 3 and 4 function-oriented raw density profiles are plotted against the height of a fiberboard according to the invention.
  • the plates in contrast to conventional fiberboard, for example, on the top and bottom lower densities than in the middle.
  • These plates are formed with a density profile having at the top and bottom of the plate cover layers with densities around 1000 kg / m 3 and more and in the middle layer densities of 650 kg / m 3 to 850 kg / m 3 .
  • the high specific weights are generated in order to process the plates at the narrow surfaces and in the depth of the wide surfaces with reasonable effort, in particular milling, painting and / or coating.
  • the plates are also to be offset during production with very expensive conductivity additives.
  • the high specific gravity of the plates of the prior art is especially necessary to ensure the processing of the narrow surfaces and deep milling in the wide area with reasonable additional effort for subsequent finishing steps, such as painting or coating.
  • the production of the fiberboards according to the invention is more efficient in many ways. For example, about 50% less raw materials and Auxiliaries, such as wood, glue and adhesive additives. No expensive conductivity additives are required and the capacity of the plate production is significantly greater. In addition to the cost advantages in raw board production, there are significant cost advantages in the finishing of the plates and the transport of raw or finished plates.
  • the fiberboards according to the invention with function-oriented density profiles according to FIG. 3 have, for example, higher densities in the middle than on the upper side or the lower side, so that the plates are formed with a hat-shaped profile.
  • the plates are preferably formed with bulk densities of 375 kg / m 3 to 425 kg / m 3 , while in the central region of the plate, the apparent density is preferably 675 kg / m 3 to 725 kg / m 3 .
  • Such fiber boards are provided, for example, with sound-absorbing and / or heat-insulating cover layers and a stable middle layer and used as support plates for floor panels with integrated sound insulation and thermal insulation.
  • Hats with hat profile are also used as a laminate with increased density in the click profile area and referred to as a laminate with tongue and groove.
  • Another application of fibreboards having a hat-like profile is as a mat / plate / mat combination, integrated panels.
  • the fiberboard invention find their use as cover plates for sandwich panels with one-sided Rohêtspitze whose gross density profile is shown in Fig. 4, as well as in interior design, furniture, as semi-structural panels with insulation properties, with profile sheathing, lightweight, door construction or vehicle.
  • Fig. 4 shows different pronounced density profiles of the plates.
  • the mat After being heated by the RF heater, the mat has the same temperature at each room point at the same time. As a result of this Homogeneous temperature distribution, the fibers are present at all times in all spatial points of the mat with the same visco-elastic behavior and the binder with the same state of crosslinking.
  • the preheated mat is then further heated in a preferably thermo-oil heated continuously operating, designed as a double-belt press hot press.
  • the mat is arranged between heated steel surfaces. The heat is transferred to the mat by contact heating of steel strips arranged above and below the mat. The temperature front penetrates on both sides towards the middle of the mat. At the same time, the mat is compacted by means of the steel surfaces acting on the mat pressure.
  • the plates with non-homogeneous, function-oriented density profile are thus produced by the external pressing pressure applied by the steel strips is increased exactly at the time before the particles in the layer of the mat in which a higher density is to be produced plasticize, that is none or only have a low plasticization, and the binder in this layer is not yet completely crosslinked or set.
  • the manufacturing process comprises the following steps: rapid compaction by applying a large external pressure to achieve the high density of the outer zones of about 1000 kg / m 3 , while the temperature front moves very quickly in the direction of the plate center,
  • ultra-lightweight fibreboard also referred to as ULDF
  • ULDF ultra-lightweight fibreboard
  • DWD panels vapor-permeable wall panels or roof panels

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Dry Formation Of Fiberboard And The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Faserplatten mit homogenen oder funktionsorientierten Rohdichteprofilen und Verfahren zu deren Herstellung, welche folgende Schritte umfassen: Aufbringen von Bindemittel auf die Fasern, Verstreuen der mit Bindemittel versehenen Fasern, Formen der Fasern zu einem Vlies, Vorverdichten des Vlieses zu einer Matte unter Aufbringen von Druck und gleichmäßiges Erwärmen der Matte sowie Pressen der Matte zu einer Faserplatte unter Aufbringen von Druck und gleichzeitiges Erwärmen der Platte. Zum Erzeugen eines partiell definierten Rohdichteprofils wird der beim Pressen aufgebrachte Pressdruck derart gesteuert, dass der Pressdruck gegenüber dem innerhalb der Faserplatte erzeugte Gegendruck partiell gezielt überhöht wird und ansonsten der Pressdruck und der innerhalb der Faserplatte erzeugte Gegendruck gleich groß sind. Zum Erzeugen eines homogenen Rohdichteprofils wird der beim Pressen aufgebrachte Pressdruck derart gesteuert, dass der Pressdruck und der innerhalb der Faserplatte erzeugte Gegendruck stets gleich groß sind.

Description

Faserplatten mit funktionsorientiertem Rohdichteprofil und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft Faserplatten mit homogenen oder funktionsorientierten Rohdichteprofilen und Verfahren zu deren Herstellung.
Die Herstellung von Platten aus Holzwerkstoffen, wie mitteldichten Faserplatten, auch als MDF-Platten bezeichnet, Spanplatten oder Grobspanplatten aus ausgerichteten Spänen, auch als OSB bezeichnet, umfassen verschiedene Verfahrensschritte. An die Faseraufbereitung oder die Spanaufbereitung, die Trocknung, die Beleimung und die Streuung der Fasern oder Späne schließt sich der Vorgang des Pressens unter hohem Druck und vorgegebener Temperatur an. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die beleimten Fasern oder Späne zu Matten beziehungsweise Partikelvliesen zu formen und in kontinuierlich arbeitenden Vorpressen kalt vorzuverdichten. Je nach Jahreszeit und Wärmeisolierung der Formstränge weist die kaltgeformte Matte beim Verlassen der Vorpresse Temperaturen zwischen 10 °C und 40 °C auf.
Für den Vorgang des Vorerwärmens, welcher außerhalb einer Heißpresse abläuft, sind das Dämpfverfahren und die Erwärmung im dielektrischen Wechselfeld bekannt.
Bei den Dämpfverfahren werden Wasserdampf und heiße Luft als Wärmeübertragungsmedien eingesetzt. Durch den Einsatz zusätzlichen Wasserdampfes erhöht sich jedoch das ohnehin schon große Spalterrisiko der Platten beim Verlassen der Heißpresse. Unter Spaltern oder Platzern werden dabei Delaminierungen, das heißt die Trennung von Einzelschichten, verstanden, die beim Öffnen der Presse auftreten können. Die lokalen Festigkeiten des Partikel-Klebstoff-Netzwerkes sind dabei nicht ausreichend groß, um den Rückstellkräften der komprimierten Matte sowie dem durch das Verdampfen, beispielsweise von Wasser, erhöhten inneren Gasdruck entgegenwirken zu können. Der Klebstoff wird im Weiteren auch als Bindemittel bezeichnet.
Außerdem sind die Wärmetransportvorgänge und die Materialtransportvorgänge zeitabhängig und ortsabhängig. In jedem Raumpunkt der Matte werden die zur Erweichung der Partikel und zur Vernetzung des Bindemittels erforderlichen Temperaturen zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreicht. Die Erwärmung der Matte erfolgt ungleichmäßig, was zu ungleichmäßigem Verformungsverhalten und Bindemittelvernetzungen führt. Die dielektrischen Verfahren basieren auf dem Nutzen der Mattenrestfeuchte, das heißt dem auf und in den Fasern gleichmäßig verteilten Wasser. Spezielle, zur Beleimung verwendete Bindemittel sind im dielektrischen Wechselfeld direkt erwärmbar. Zur dielektrischen Mattenvorerwärmung werden Mikrowellenverfahren und Hochfrequenzverfahren eingesetzt. In Mikrowellenöfen ist es allerdings technisch unmöglich, ein homogenes Feld bereitzustellen. Im Gegensatz dazu ist zwischen Kondensatorplatten einer Hochfrequenz-Erwärmungseinrichtung ein weitgehend homogenes Feld vergleichsweise einfach zu erzeugen. Hochfrequenz wird im Weiteren mit HF abgekürzt.
Bei im Stand der Technik bekannten HF-Verfahren werden die Partikelmatten im unverpressten Zustand erwärmt. Dabei werden oftmals Luftspalte zwischen den Kondensatorplatten und der Mattenoberfläche belassen. Da die Erwärmungsleistung von der Feldstärke des wirksamen Wechselfeldes abhängt und zwar direkt proportional zum Quadrat der Feldstärke und bei gleicher Spannung umgekehrt proportional zum Quadrat des Kondensatorplattenabstandes ist, werden lediglich sehr begrenzte, wirksame Feldstärken erzeugt. Eine kalte, vorgepresste Fasermatte springt nach dem Vorpressen auf das Dreifache bis Vierfache der minimalen Vorpressdicke zurück, sodass die Erwärmungsleistung in nicht integrierten HF- Erwärmungseinrichtungen nur 1/9 bis 1/16 in Bezug auf den vorgepressten Zustand der Platte beträgt. Um Temperaturerhöhungen von 5 K bis 15 K zu erreichen ist es notwendig, die HF-Anlagen mit Hochspannungen zu betreiben, die nahe an der Durchschlagsgrenze beziehungsweise der Überschlagsgrenze liegen. Dadurch werden die Gefahren von Betriebsstörungen erhöht, können Anlagenbrände ausgelöst, im Herstellungsverfahren befindliche Matten entzündet oder fertige Platten beschädigt werden. Die Vorteile einer vergleichsweise geringen Vorerwärmung stehen somit einem erhöhten Anlagenstillstandsrisiko und einem Brandrisiko entgegen.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei denen die Matte während des Vorwärmens verpresst wird. Aus der DE 196 04 574 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung von Platten aus Lignocellulose-haltigen Teilchen hervor. Bei der Herstellung der Platten wird mittels einer Beleimmaschine kontinuierlich Bindemittel auf die Teilchen aufgebracht, bevor diese anschließend in einem Mattenformer kontinuierlich zu einer Matte geformt werden. Dabei wird die Matte mit einer Vorpresse kontinuierlich vorverdichtet und gleichzeitig durch Einwirken eines hochfrequenten Wechselfeldes mit einer HF-Erwärmungsvorrichtung kontinuierlich angewärmt. Die HF-Erwärmungsvorrichtung ist dabei innerhalb der Vorpresse angeordnet.
Das hochfrequente Wechselfeld wirkt dort auf die Matte ein, wo diese beim Vorverdichten ihre geringste Dicke aufweist. Dadurch ist lediglich ein geringer technischer Aufwand für die HF-Erwärmungsvorrichtung zu betreiben, da diese nur für relativ geringe Spannungen auszulegen ist. Trotz der geringen erforderlichen Spannung in Verbindung mit kleinen Elektrodenflächen werden hohe Wirkleistungen erreicht.
Nach dem Vorverdichten mit gleichzeitigem Erwärmen wird die zwischen zwei Pressblechen in einer Ebene geführte Matte innerhalb einer Heißpresse unter weiterer Wärmeeinwirkung zu einer Platte verpresst.
Die während des sogenannten Heißpressvorgangs ausgewählten Pressbedingungen bestimmen die Eigenschaften der fertigen Platte maßgeblich. Die maximalen Drücke liegen in einem Bereich von 3 N/mm2 bis 5 N/mm2. Die Verweildauer der Matte innerhalb der Presse beträgt, je nach Mattendicke, Ausgangsmaterial und verwendeter Technologie zwischen 30 Sekunden und mehreren Minuten. Die Dicke der Platte entspricht im Weiteren auch der Bezeichnung der Höhe.
Die Holzpartikel unterliegen während der Heißpressung einer elastischen und plastischen Deformation, deren Ausprägung vom Erwärmungszustand und vom Feuchtezustand der Matte in der Heißpresse bestimmt wird. Temperatur- und Feuchteunterschiede zwischen den einzelnen Mattenschichten führen zu einem charakteristischen Verdichtungsverhalten und einem Rohdichteprofil senkrecht zur Plattenebene. Das Rohdichteprofil zeigt den jeweiligen Verdichtungsgrad der Matte in einzelnen Schichten. Die Richtung senkrecht zur Plattenebene entspricht der Richtung der Höhe beziehungsweise der Dicke der Platte.
Kurze Presszeiten werden mit einer möglichst schnellen Klebstoffaushärtung erreicht, wobei der Aushärtungsgrad des Klebharzes am Ende des Pressvorgangs für die einzelnen Mattenschichten sehr unterschiedlich ausfallen kann.
Die physikalischen Vorgänge des Heißpressens lassen sich im Wesentlichen mit dem Wärmetransport und Stofftransport, der Kompression der Matte und der Relaxation der inneren Spannungen sowie dem Aushärteprozess des Bindemittels zusammenfassen. Durch den Wärme- und Feuchtigkeitseinfluss wird das Fasergut beziehungsweise das Spangut plastifiziert, was den Vorgang der Verdichtung erleichtert. Der Grad der Plastifizierung des Fasergutes beziehungsweise des Spangutes ist hauptsächlich von der Feuchte und der Temperatur der Fasern beziehungsweise Späne abhängig. Durch eine zeitlich verschobene Plastifizierung von Deck- und Mittelschichtgut, kommt es beispielsweise durch die stärker verformbaren Deckschichten, kombiniert mit höheren Rückstellkräften der kühleren Mittelschicht, zu einer stärkeren Verdichtung der äußeren Schichten. Am Ende des Pressvorgangs kommt es zur Reduzierung der durch die Pressplatten induzierten Spannungen innerhalb der Matte. Die Reduzierung der Spannungen wird auch als Relaxation bezeichnet. Dieses visko-elastische Verhalten führt über Entspannungsvorgänge einerseits bei einem konstant gehaltenen Pressspalt zu einer Abnahme des spezifischen Pressdruckes, andererseits zu einer Rückfederung der Matte am Pressenauslass, dem sogenannten "Springback". Der Aushärtevorgang des Bindemittels führt zur Fixierung der einzelnen Partikel beziehungsweise Plattenschichten und ist von der Dauer und der Höhe der auf das Bindemittel einwirkenden Temperatur abhängig.
Der Verdichtungsvorgang ist gezielt variierbar, um spezielle technologische Eigenschaften der Platte zu erzielen. Die Verdichtung kann sich dabei aus verschiedenen Verdichtungsstufen, Entlastungsphasen und Stufen konstanten Druckes zusammensetzen. Die Eigenschaften des fertigen Holzwerkstoffes, wie beispielsweise die Oberflächenqualität, die Kantenbearbeitbarkeit, die Biegefestigkeit und die Querzugfestigkeit, werden durch das vertikale Rohdichteprofil der Platte bestimmt und während der Plattenherstellung beeinflusst. Einflussgrößen auf das Rohdichteprofil sind zum Beispiel die Holzart, die Spangeometrie beziehungsweise die Fasergeometrie, die Feuchtigkeit, die Beleimung, das Schüttgewicht oder die Pressbedingungen. Nach dem Stand der Technik wird die Matte innerhalb einer Doppelbandpresse zunächst in einem kurzen Zeitraum verdichtet. Bei dieser Erstverdichtung kann es teilweise zu einem Unterschreiten der Mattendicke unter die Zieldicke am Ende des Pressvorgangs kommen. Die rasche Verdichtung bewirkt, dass zum Zeitpunkt des Druckmaximums lediglich die äußeren Schichten stark plastifiziert sind, während die größere, innenliegende Schicht der Matte einen hohen Verdichtungswiderstand aufweist. Daraus ergeben sich Platten mit dünnen, hoch verdichteten Deckschichten und einer breiten mittleren Schicht mit einer gleichmäßig geringeren Dichte.
Bei der Herstellung der Platten ist stets ein Kompromiss zwischen angestrebter Biegefestigkeit und Querzugfestigkeit einzugehen, da bei einer gleichbleibenden mittleren Rohdichte sowie einer konstanten Plattendicke entweder eine hohe Deckschichtdichte mit einer geringen Mittelschichtdichte oder eine im Verhältnis dazu geringeren Deckschichtdichte mit einer höheren Mitteschichtdichte verbunden ist.
Die Wärmeenergie wird während des Vorganges des Heißpressens durch Kontakterwärmung über beheizte Stahlbleche beziehungsweise Stahlblechbänder an das Partikelvlies und damit von außen in das Vlies eingetragen. Die Wärme wird von außen nach innen transportiert. Da das Partikelvlies jedoch ein sehr schlechter Wärmeleiter ist, das einen Wärmeleitkoeffizienten in der Größenordnung von Dämmstoffen aufweist, läuft der Vorgang der Erwärmung sehr langsam ab. Dabei bildet sich innerhalb des Partikelvlieses zudem ein Temperaturgradient aus, sodass die Aushärtetemperatur des Bindemittels in Plattenmitte später und damit zur Außenseite zeitversetzt erreicht wird, was wiederum eine unterschiedliche Bindefestigkeit über den Querschnitt der Platte bewirkt. Das Bindemittel weist in den Bereichen der geringsten Plattendichte auch den geringsten Vernetzungsgrad auf, was die Querzugfestigkeit der Platte limitiert.
Den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist zu eigen, dass die Herstellung von Platten mit anwendungsspezifischen und damit auf die Verwendung der Platten ausgerichteten Rohdichteprofilen mit wirtschaftlichen Presszeiten nicht möglich ist. Die herkömmlichen Platten weisen die erwähnten, typischen Rohdichteprofile auf. Allerdings sind Platten mit diesen typischen Rohdichteprofilen nur für wenige Anwendungen, bei denen ein hohe Biegefestigkeit und eine hohe Biegesteifigkeit der Platte erforderlich sind, auch gut geeignet. Zudem ist die Materialeffizienz gering.
Die Art und Weise der Wärmeübertragung an und innerhalb des Partikelvlieses führt zu verhältnismäßig langen Presszeiten. Die notwendigen langen Presszeiten führen wiederum zur Überhärtung des Bindemittels in den Außenzonen, was schlechtere Festigkeitseigenschaften bewirkt. Diesem Effekt wird gemäß der DE 44 12 515 A1 unter anderem mit der Erhöhung des Bindemittelanteiles entgegengewirkt wird. Weiterhin können in Anlagen mit herkömmlicher Kontakterwärmung in der Presse lediglich Platten mit einer Dicke von bis zu 40 mm wirtschaftlich gefertigt werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Ausnutzen einer erhöhten Anlagenkapazität bei der Herstellung von Faserplatten durch Vorwärmetechnologien, Platten mit auf ihre Verwendung ausgerichteten Rohdichteprofilen bereitzustellen. Die bekannten Vorteile der Herstellung der Platten mit HF-Verfahren, wie das Erreichen homogener physikalischer und mechanischer Eigenschaften der Platten, sind zu nutzen. Die Flexibilität in der Gestaltung des Rohdichteprofils der Platten ist zu erhöhen und damit die Bereitstellung neuer, bisher wirtschaftlich nicht herstellbarer Platten zu ermöglichen. Es sollen Faserplatten mit funktionsorientierten Rohdichteprofilen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung gestellt werden. Die Platten sollen dabei anwendungsspezifisch ausgelegt sein und spezifische technologische Eigenschaften aufweisen. Dementsprechend sollen die Platten materialeffizient, anlageneffizient und kostengünstig herzustellen sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verfahren zur Herstellung von Faserplatten mit einem homogenen Rohdichteprofil oder einem vom homogenen Rohdichteprofil abweichenden funktionsorientierten Rohdichteprofil gelöst. Die Verfahren umfassen folgende gemeinsame Schritte:
- Aufbringen von Bindemittel auf die Fasern,
- Verstreuen der mit Bindemittel versehenen Fasern,
- Formen der Fasern zu einem Vlies,
- Vorverdichten des Vlieses zu einer Matte unter Aufbringen von Druck und gleichmäßiges Erwärmen der Matte sowie
- Pressen der Matte zu einer Faserplatte unter Aufbringen von Druck und gleichzeitiges Erwärmen der Platte.
Die Vorgänge des Vorverdichtens des Vlieses zu einer Matte unter Aufbringen von Druck und des gleichmäßigen Erwärmens der Matte erfolgen bevorzugt gleichzeitig. Unter dem gleichmäßigen Erwärmen der Matte ist eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb der vorgewärmten Matte zu verstehen. Die Matte weist in ihrem Volumen eine homogene Temperaturverteilung auf.
Nach der Konzeption der Erfindung wird beim Verfahren zur Herstellung von Faserplatten mit einem homogenen Rohdichteprofil der beim Pressen aufgebrachte Pressdruck derart gesteuert, dass der Pressdruck und der innerhalb der Faserplatte erzeugte Gegendruck gleich groß sind. Dabei stehen der Pressdruck und der Gegendruck der Matte im Gleichgewicht.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Faserplatten mit einem funktionsonentierten, das heißt partiell definierten, Rohdichteprofil wird der beim Pressen aufgebrachte Pressdruck derart gesteuert, dass der Pressdruck gegenüber dem innerhalb der Faserplatte erzeugten Gegendruck partiell gezielt überhöht wird und ansonsten der Pressdruck und der innerhalb der Faserplatte erzeugte Gegendruck gleich groß sind. Dabei stehen der Pressdruck und der Gegendruck der Matte im Gleichgewicht, wobei der Pressdruck gegenüber dem Mattendruck zur Erzeugung von partiellen definierten Rohdichteerhöhungen gezielt überhöht wird. Damit werden wesentliche mechanische Eigenschaften der Faserplatte, wie die Querzugfestigkeit und die Biegefestigkeit, über ein gezielt erzeugtes Rohdichteprofil gewährleistet und mit Hilfe der Steuerung der Presse beeinflusst.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Matte beim Verfahrensschritt des Vorverdichtens kontinuierlich verdichtet und durch
Einwirken eines hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes erwärmt.
Die HF-Erwärmungsvorrichtung ist dabei innerhalb der Vorpresse angeordnet.
Aufgrund des Zusammenfassens der Vorgänge des Vorverdichtens und des
Anwärmens der Matte mittels der HF-Erwärmung an einem Ort weist die HF- Erwärmungsvorrichtung einen minimalen Elektrodenabstand auf, sodass der
Wert der Wechselspannung minimiert wird. Damit werden die Gefahr von Durchschlägen und Störeinflüssen sowie die von der HF- Erwärmungsvorrichtung ausgehende elektromagnetische Streustrahlung reduziert. Die Erwärmung mittels der HF-Erwärmungsvorrichtung bewirkt eine gleichmäßige Erwärmung der Matte ohne Stofftransportvorgänge und Wärmetransportvorgänge innerhalb der Matte, sodass in jedem Raumpunkt der Matte zur gleichen Zeit die gleiche Temperatur vorliegt. Infolge dieser homogenen Temperaturverteilung weisen die Fasern zu jedem Zeitpunkt in allen Raumpunkten der Matte das gleiche visko-elastische Verhalten und das Bindemittel den gleichen Vernetzungszustand auf.
Durch weiteres Erwärmen der vorerwärmten Matte auf eine Temperatur, welche eine ausreichende Vernetzung des Bindemittels bewirkt, sowie das Halten des äußeren Pressdruckes und des innerhalb der Platte erzeugten Gegendruckes im Gleichgewicht, wird eine Faserplatte mit einem homogenen Rohdichteprofil erzeugt.
Faserplatten mit nichthomogenem, funktionsorientiertem Rohdichteprofil werden erzeugt, indem der äußere Pressdruck genau zu dem Zeitpunkt erhöht wird, wenn die Partikel in der Schicht der Matte, in der eine höhere Dichte erzeugt werden soll, keine oder erst eine geringe Plastifizierung aufweisen und das Bindemittel in dieser Schicht noch nicht abgebunden ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Matte beim Verfahrensschritt des Pressens zu einer Faserplatte unter Aufbringen von Druck und gleichzeitigem Erwärmen innerhalb einer thermoölbeheizten kontinuierlich arbeitenden Heißpresse verpresst wird, wobei die Matte zwischen erwärmten Stahloberflächen angeordnet ist und die Wärme durch Kontakterwärmung an die Matte übertragen wird.
Bei der Herstellung von Faserplatten mit Rohdichten bis 500 kg/m3, liegen die Presszeitfaktoren im Bereich von 4 s/mm bis 12 s/mm Plattenstärke. Damit werden die Presszeitfaktoren der Herstellung von herkömmlichen mitteldichten Faserplatten nicht überschritten. Die Faserplatten lassen sich je nach Rohdichte in verschiedene Bereiche einteilen. Faserplatten mit Rohdichten im Bereich von etwa 250 kg/m3 bis 500 kg/m3 werden als ultraleicht, im Bereich von 500 kg/m3 bis 650 kg/m3 als leicht, im Bereich von 650 kg/m3 bis 750 kg/m3 als mitteldicht und im Bereich größer als 750 kg/m3 als hochdicht bezeichnet. Faserplatten mit Rohdichten kleiner als 250 kg/m3 werden der Kategorie der Dämmplatten zugeordnet. Der Presszeitfaktor, der auch als Pressfaktor bezeichnet wird, stellt die Verweildauer einer Faserplatte innerhalb der Heißpresse bezogen auf die Dicke der Faserplatte dar.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Vlies während des Vorganges des Vorverdichtens um 25 K bis 50 K erwärmt und weist am Ende des Vorganges des Vorverdichtens Temperaturen zwischen 40 °C und 90 °C auf. Der Beginn des Vorgangs der Vernetzung des Bindemittels kann dabei über der gesamten Plattendicke mit der Temperatur zur Erweichung der Partikel, die beispielsweise den Beginn der Ligninplastifizierung bewirkt, zusammenfallen. Beim Erweichen des Lignins als strukturgebende Komponente von Holz erweichen die Partikel und verlieren ihr elastisches Verhalten.
Das Vlies wird innerhalb einer Vorpresse bei Drücken zwischen 10 bar bis 30 bar vorverdichtet. Die nach dem Vorverdichten des Vlieses erzeugte Matte weist eine Höhe von 1/20 bis 1/3 der Höhe des Vlieses vor dem Vorverdichten auf.
Die erfindungsgemäße Faserplatte mit einem homogenen Rohdichteprofil weist ein senkrecht zur Plattenebene gleichmäßig ausgebildetes Rohdichteprofil mit einer, bezogen auf den Querschnitt, einheitlichen Rohdichte auf. Die Oberflächen der Faserplatte mit homogenem Rohdichteprofil sind auf der Schmalseite und auf der Breitseite mit gleichen Oberflächeneigenschaften ausgebildet. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Faserplatte eine Rohdichte zwischen 230 kg/m3 und 300 kg/m3, eine maximale Wärmeleitfähigkeit von 0,05 W/(mK) sowie eine minimale Abreißfestigkeit senkrecht zur Plattenebene von 20 kPa auf. Die Faserplatte ist beispielsweise der Hydrophobierungsgruppe H10 nach EN 1609 und der Druckfestigkeitsgruppe P300 nach EN 826 zuzuordnen.
Die Faserplatte mit homogenem Rohdichteprofil wird vorteilhaft als Dämmplatte, für die Trägerteilherstellung im Kfz-Innenausbau, für Schaumstoffe in Polstermöbeln, Fahrgastsitzen oder Matratzen verwendet.
Die erfindungsgemäße Faserplatte mit einem funktionsorientierten Rohdichteprofil weist ein senkrecht zur Plattenebene derart ausgebildetes Rohdichteprofil auf, dass, bezogen auf den Querschnitt der Faserplatte, Bereiche mit unterschiedlichen Rohdichten ausgebildet sind. Die Oberflächen der Faserplatte mit einem nicht homogenen, funktionsorientierten Rohdichteprofil sind auf der Schmalseite und der Breitseite mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften ausgebildet.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Rohdichteprofil, bezogen auf den Querschnitt der Faserplatte, aus drei Bereichen mit unterschiedlichen Rohdichten ausgebildet. Die beiden äußeren Bereiche weisen dabei bevorzugt die gleiche Rohdichte auf. Die Bereiche sind in Richtung der Höhe der Faserplatte, das heißt in der Dicke, unterschiedlich geteilt. Die Teilung der Bereiche ist unterschiedlich.
Die Faserplatte mit funktionsorientiertem Rohdichteprofil weist eine Rohdichte zwischen 300 kg/m3 und 700 kg/m3 auf und wird vorteilhaft für Möbel oder Fußbodenbeläge verwendet.
Die Faserplatten mit einem homogenen Rohdichteprofil sind ohne Leitfähigkeitszusätze und ohne Vorbehandlung der Schmalflächen pulverlackierbar und flüssiglackierbar.
Platten mit einem ausgeprägten Rohdichteprofil weisen beispielsweise in den Außenzonen eine Rohdichte von 1000 kg/m3 und in der Mittelschicht eine Rohdichte von 600 kg/m3 auf. Beim Einfräsen von Konturen in die Oberfläche der Platte, die bis in die Mittelschicht reichen, wird eine zu beschichtende Oberfläche erzeugt, welche an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Rohdichten und damit unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Eine Fläche mit einer hohen Rohdichte ist überwiegend glatt und geschlossen. Im Gegensatz dazu weisen die eingefrästen Konturen Stellen mit geringen Rohdichten auf, welche rau und porig ausgebildet sind.
Die Aushärtung des Pulverlackes wird durch die Einwirkung einer definierten Temperatur über eine definierte Zeitdauer bestimmt. Die Feuchtigkeit innerhalb der Platte tritt ab einer bestimmten Temperatur aus der Platte aus. Die Geschwindigkeit und das Ende des Austritts der Feuchtigkeit hängen von der Rohdichte der Platte ab. Je höher die Rohdichte ist, desto langsamer tritt die Feuchtigkeit aus. Erstrebenswert ist es, den Austritt der Feuchtigkeit zu realisieren, solange der Pulverlack aufgeschmolzen ist und fließt, weil die beim Austritt der Feuchtigkeit entstehenden Löcher sich dann wieder verschließen können. Platten mit unterschiedlichen Rohdichten weisen unterschiedliche Geschwindigkeiten des Austritts der Feuchtigkeit auf. Die Temperatur zur Aushärtung des Pulverlackes lässt sich jedoch lediglich auf eine Geschwindigkeit optimieren. Deshalb sind die Rohdichten der Außenzonen und der Mittelschicht der Platte anzugleichen. Unter festgelegten Bereichen der Werte der Rohdichten der Außenzonen wird die Rohdichte der Mittelschicht auf beispielsweise 700 kg/m3 bis 800 kg/m3 angehoben, wie es bei herkömmlichen MDF in Tieffräsqualität vorkommt. Damit erhöht sich das Gesamtgewicht der Platte.
Die erfindungsgemäßen Platten mit einem homogenen Rohdichteprofil weisen gleiche Austrittsgeschwindigkeiten der Feuchtigkeit und bei optimierter Temperatur keine durch den Austritt der Feuchtigkeit im ausgehärteten Lack verbleibende Löcher auf. Die Platte ist zudem leichter als bekannte pulverlackierbare Platten. Das Pnnzip der Lackierung ist auch auf Flüssigbeschichtungen übertragbar, für die Aushärtungstemperaturen von über 100 °C im Durchlaufverfahren benötigt werden. Die erfindungsgemäße Lösung weist diverse Vorteile auf.
Es werden Faserplatten mit anwendungsspezifischen Rohdichteprofilen hergestellt, wobei die Platten
- gezielt Bereiche mit hoher Rohdichte und damit großer Festigkeit aufweisen, was einen vorteilhaften Einsatz an Material und demzufolge eine hohe Materialeffizienz bewirkt,
- die Optimierung des Materialbedarfs führt zu einem geringeren Materialverbrauch und damit zu einem geringeren Gesamtgewicht, was wiederum mit einer Optimierung der Transportmittelauslastung einhergeht,
- die Verringerung des Bindemittelanteils beziehungsweise des Bindemittelverbrauchs senkt die variablen Rohstoff kosten,
- nur in den Bereichen eine benötigte, hohe Festigkeit aufweisen, an denen es die entsprechende Anwendung erfordert und ansonsten mit einer geringen bis mittleren Rohdichte ausgebildet sind,
- einen Bereich mit spezifischer Festigkeit aufweisen können, welcher die gesamte Platte umfasst oder gezielt nur in Teilbereichen ausgebildet ist,
- in allen Bereichen mit gleichen Festigkeitseigenschaften und Verarbeitungseigenschaften ausgebildet ist und eine sehr geringe mittlere Rohdichte aufweist.
Es sind Faserplatten herstellbar, welche
- gezielte Rohdichteerhöhungen in Bereichen mit einem hohem Festigkeitsbedarf aufweisen,
- im Bereich der Breitfläche und der Schmalfläche gleiche Oberflächeneigenschaften aufweisen und damit in diesen Bereichen auf gleiche Art und Weise bearbeitbar sind, - mit einem hutartigen Rohdichteprofil mit Deckschichten geringerer Dichte und Mittelschichten mit höheren Dichten ausgebildet sind,
- gleiche Klebstoff-Formulierungen für alle Dicken und Dichten aufweisen,
- bei Bedarf gleichmäßigere Dichteprofile und verbesserte physikalische Eigenschaften als aus dem Stand der Technik bekannte Platten aufweisen, wie beispielsweise eine bessere Beschichtbarkeit, überlegenere Dimensionsstabilitäten, erhöhte Querzugfestigkeiten,
Schraubenauszugsfestigkeiten und/oder Schmalflächenhärten.
Beim Verfahren zur Herstellung der Faserplatten
- kann auf den Einsatz von Kühlaggregaten verzichtet werden,
- wird die Wartezeit zwischen dem Pressen und der Nachbearbeitung, zum Beispiel dem Schleifen, minimiert und
- wird die Maschinengängigkeit der Platten maximiert, sodass
die Platten mit funktionsorientiertem Rohdichteprofil sehr wirtschaftlich zu fertigen und weiter zu verarbeiten sind.
Bei herkömmlichen Herstellungsverfahren weist die Heißpresse Heißpresszonen und Kühlzonen auf. Die Abkühlung der Platte auf eine geringere Temperatur beim Durchlaufen der Kühlzone bewirkt das Absinken des Gasinnendruckes innerhalb der Platte.
Durch den Einsatz des IVHF-Verfahrens, das heißt integriertes Vorpressen und HF-(Vor)Erwärmen, werden
- die zur Aushärtung des Bindemittels notwendige Temperatur, der Beginn der Plastifizierung der Partikel und der Beginn des Absinkens des Gegendruckes der Matte schneller erreicht,
- die Kapazität um über 100 % erhöht und der Pressfaktor mindestens halbiert, wobei der Pressfaktor beispielsweise von 10 s/mm auf 2,5 s/mm verringert und damit die Anlagenleistung vervierfacht werden kann - bei Verdoppelung der Anlagenausbringrate wächst die Profitabilität überproportional, da sich selbst bei den derzeit wirtschaftlichsten Anlagen der Gewinn pro Einheit um einen Faktor von 3 bis 5 steigern lässt, was mit der doppelten Produktionsmenge zu einem sechs- bis zehnfachen Gesamtgewinn führt, was auch die Struktur der Branche weg vom Preiswettbewerb hin zum Innovationswettbewerb verändern wird,
- der„Spring-Back" minimiert beziehungsweise ausgeschlossen,
- die Umformung der Matte und die Klebstoffvernetzung und damit die physikalischen und chemischen Vorgänge optimal aufeinander abgestimmt und
- neuartige Plattentypen mit homogenerem oder anwendungsspezifischen Dichteprofil herstellbar.
Mit dem Vorgang der schnelleren Plastifizierung ist einerseits die Presszeit verkürzbar, da das Rohdichteprofil in kürzerer Zeit erzeugt werden kann. Andererseits ist der Vorgang der Verdichtung gezielter einsetzbar, da die Temperaturfront infolge der Vorerwärmung der Matte schneller in die Plattenmitte vordringt. Der gezielte Einsatz einer schnellen Verdichtung dient der Produktion eines funktionsorientierten Rohdichteprofils. Der gezielte Einsatz einer langsamen Verdichtung ermöglicht die Erzeugung eines homogenen Rohdichteprofils.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 : Faserplatte,
Fig. 2: homogenes Rohdichteprofil aufgetragen über der Höhe der
Faserplatte und
Fig. 3: funktionsorientierte Rohdichteprofile aufgetragen über der Höhe der
Faserplatte.
Fig. 1 zeigt eine Faserplatte, deren Querschnitt über die Höhe und die Breite der Platte definiert ist. Die Ebene der Faserplatte wird durch die Breite und die Länge beschrieben. Faserplatten, insbesondere Holzfaserdämmplatten, unterscheiden sich neben der Herkunft der Fasern, wie Holz, Hanf oder weitere Einjahrespflanzen beziehungsweise Cellulose aus Altpapier, auch im angewendeten Herstellungsverfahren und den zugesetzten Zuschlagstoffen. Als Zuschlagstoffe werden beispielsweise Bindemittel, Bindefasern oder Brandschutzmittel verwendet.
Flexible, mattenförmige Dämmstoffe werden unter Verwendung von Bindefasern, wie Fasern aus Kunststoffen oder nachwachsenden Rohstoffen, in einem Durchströmungsverfahren hergestellt. Im Gegensatz dazu ist die Produktionstechnologie fester, plattenförmiger Dämmstoffe dem aus der MDF- Produktion bekannten Trockenverfahren ähnlich. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit der Werkstoffe basiert die Durchwärmung der Vliese auf Durchströmungsverfahren. Als Klebstoffe beziehungsweise Bindemittel werden meist PUR-Systeme oder PMDI eingesetzt. PMDI steht dabei als Abkürzung für Polymeres Diphenylmethandiisocyanat.
Die auf diese Weise hergestellten Dämmplatten haben aufgrund der Anwendung des Durchströmungsverfahrens ein gleichmäßiges Rohdichteprofil und somit in allen Ebenen des Querschnittes eine einheitliche Rohdichte. Fig. 2 zeigt ein gleichmäßiges, homogenes Rohdichteprofil aufgetragen über der Höhe einer erfindungsgemäßen Faserplatte mit einer konstanten Dichte von 300 kg/m3. Der konstante Wert der Rohdichte liegt je nach Faserplatte beispielsweise zwischen 230 kg/m3 und 300 kg/m3.
Die Platten werden, im Gegensatz zum Stand der Technik, im Anschluss an das Trockenverfahren und die Verdichtung mit gleichzeitiger Vorwärmung in einer thermoölbeheizten kontinuierlich arbeitenden Heißpresse verpresst.
Beim Trocknen wird die natürliche Feuchtigkeit der Fasern beziehungsweise Späne reduziert, um diese anschließend mit ausreichend Bindemittel benetzen zu können. Zudem sollte die Feuchtigkeit in den Fasern oder Spänen minimiert sein, um den während des Pressvorgangs erzeugten Dampfdruck innerhalb der Rohplatte zu reduzieren und damit das Risiko des Platzens der Platte zu vermindern. Nach der Beleimung der Partikel wird die Matte bei der Verdichtung mit gleichzeitiger Vorwärmung kontinuierlich vorverdichtet und mittels des hochfrequenten Wechselfeldes mit einer HF- Erwärmungsvorrichtung kontinuierlich erwärmt. Das hochfrequente Wechselfeld wird mit einer Spannung von etwa 7 kV erzeugt, wobei Ströme zwischen 1 ,5 A bis 3 A fließen.
Beim Verfahrensschritt des Pressens der Matte zu einer Faserplatte unter Aufbringen von Druck und gleichzeitiger Erwärmung wird innerhalb der Heißpresse durch Kontakterwärmung weitere Wärme an die Platte übertragen. Die Herstellung der Platten weist dabei Presszeitfaktoren von 2,5 s/mm bis 12 s/mm Plattenstärke auf, was Presszeitfaktoren der Herstellung von MDF- Platten entspricht. Der Pressdruck wird derart gesteuert, dass sein Wert dem innerhalb der Faserplatte erzeugten Gegendruck entspricht. Die erfindungsgemäßen Faserplatten mit einem homogenen Rohdichteprofil werden mit einer Rohdichte von 500 kg/m3 beispielsweise als leichte Möbelplatten oder mit einer Rohdichte von 750 kg/m3 als Möbelplatte, insbesondere für den Frontbereich der Möbel, verwendet. Des Weiteren werden die Platten mit homogenem Rohdichteprofil als Dämmplatten mit statischer Funktion oder, mit einer Rohdichte zwischen 50 kg/m3 und 300 kg/m3, als
- Unterdeckplatte für die Dachdämmung und/oder die Wanddämmung mit einer Rohdichte zwischen 150 kg/m3 und 300 kg/m3,
- Trittschalldämmplatte und Wärmedämmplatte für Fußböden mit einer Rohdichte zwischen 100 kg/m3 und 200 kg/m3,
- Dämmmatte mit einer Rohdichte zwischen 50 kg/m3 und 80 kg/m3,
- Matten zur Trägerteilherstellung im Kfz-Innenausbau,
- Halbzeug zur Formteilherstellung, zum Beispiel in der Automobilherstellung,
- strukturgebendes Element für Carbonisierungsprozesse, Silicierungsprozesse und/oder Sinterprozesse mit einer Rohdichte kleiner als 50 kg/m3, - Ersatz für weich-elastische Schaumstoffe in der Polstermöbelherstellung mit elastischem Bindemittel und einer Rohdichte kleiner als 50 kg/m3,
- Ersatz für weich-elastische Schaumstoffe in der Herstellung von Fahrgastsitzen mit elastischem Bindemittel und einer Rohdichte zwischen 50 kg/m3 bis 100 kg/m3,
- Ersatz für weich-elastische Schaumstoffe in der Matratzenherstellung mit elastischem Bindemittel und einer Rohdichte zwischen 40 kg/m3 und 60 kg/m3. In den Fig. 3 und 4 sind funktionsorientierte Rohdichteprofile aufgetragen über der Höhe einer erfindungsgemäßen Faserplatte dargestellt. Die Platten weisen im Gegensatz zu herkömmlichen Faserplatten beispielsweise auf der Oberseite und der Unterseite niedrigere Dichten auf als in der Mitte.
Die aus dem Stand der Technik bekannten, zur Lackierung vorgesehenen Faserplatten, weisen ein spezifisches Gewicht von über 700 kg/m3 auf, in einigen Anwendungsfällen sogar über 800 kg/m3. Diese Platten sind mit einem Rohdichteprofil ausgebildet, das an der Plattenoberseite und an der Plattenunterseite Deckschichten mit Dichten um 1000 kg/m3 und mehr sowie in der Mittelschicht Dichten von 650 kg/m3 bis 850 kg/m3 aufweist. Die hohen spezifischen Gewichte werden erzeugt, um die Platten an den Schmalflächen und in der Tiefe der Breitflächen mit vertretbarem Aufwand bearbeiten, insbesondere fräsen, lackieren und/oder beschichten, zu können. Für die Weiterverarbeitung mittels einer ökologisch besonders geeigneten Pulverlackierung, sind die Platten bei der Herstellung darüber hinaus mit sehr teuren Leitfähigkeitszusätzen zu versetzen. Das hohe spezifische Gewicht der Platten des Standes der Technik ist vor allem notwendig, um die Bearbeitung der Schmalflächen und das Tieffräsen in die Breitfläche mit vertretbarem Zusatzaufwand für nachfolgende Veredelungsschritte, wie Lackieren oder Beschichten, zu gewährleisten.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Faserplatten ist dagegen in vielfacher Weise effizienter. Beispielsweise werden etwa 50 % weniger Rohstoffe und Hilfsstoffe, wie Holz, Klebstoff und Klebzusatzstoffe, verwendet. Es werden keine kostenintensiven Leitfähigkeitszusätze benötigt und die Kapazität der Plattenproduktion ist deutlich größer. Neben den Kostenvorteilen bei der Rohplattenherstellung ergeben sich signifikante Kostenvorteile bei der Veredelung der Platten und dem Transport roher oder veredelter Platten.
Die erfindungsgemäßen Faserplatten mit funktionsorientierten Rohdichteprofilen nach Fig. 3 weisen beispielsweise in der Mitte höhere Dichten als auf der Oberseite oder der Unterseite auf, sodass die Platten mit einem hutartigen Profil ausgebildet sind. Im Bereich der Oberseite und der Unterseite sind die Platten bevorzugt mit Rohdichten von 375 kg/m3 bis 425 kg/m3 ausgebildet, während im mittleren Bereich der Platte die Rohdichte bevorzugt 675 kg/m3 bis 725 kg/m3 beträgt. Derartige Faserplatten werden zum Beispiel mit schalldämmenden und/oder wärmedämmenden Deckschichten sowie einer stabilen Mittelschicht versehen und als Trägerplatten für Fußbodenpaneele mit integrierter Schalldämmung und Wärmedämmung eingesetzt. Dabei handelt es sich um sogenannte Fußbodenpaneelträgerplatten mit integrierter Wärmedämmung und Trittschalldämmung. Platten mit Hutprofil werden auch als Laminat mit erhöhter Rohdichte im Klick-Profil-Bereich verwendet und als Laminat mit Nut und Feder bezeichnet. Eine weitere Anwendung von Faserplatten mit einem hutartigen Profil stellen als eine Kombination aus Matte/Platte/Matte hergestellte, integrierte Platten dar.
Zudem finden die erfindungsgemäßen Faserplatten ihre Verwendung als Deckplatten für Sandwichplatten mit einseitiger Rohdichtespitze, deren Rohdichteprofil in Fig. 4 gezeigt ist, sowie im Innenausbau, im Möbelbau, als semistrukturelle Platten mit Dämmeigenschaften, mit Profilummantelung, im Leichtbau, im Türenbau oder im Fahrzeugbau. Fig. 4 zeigt dabei verschieden ausgeprägte Rohdichteprofile der Platten.
Nach der Erwärmung mittels der HF-Erwärmungsvorrichtung weist die Matte in jedem Raumpunkt zur gleichen Zeit die gleiche Temperatur auf. Infolge dieser homogenen Temperaturverteilung liegen die Fasern zu jedem Zeitpunkt in allen Raumpunkten der Matte mit gleichem visko-elastischen Verhalten und das Bindemittel mit dem gleichen Vernetzungszustand vor. Die vorerwärmte Matte wird anschließend in einer bevorzugt thermoölbeheizten kontinuierlich arbeitenden, als Doppelbandpresse ausgebildeten Heißpresse, weiter erwärmt. Die Matte ist dabei zwischen erwärmten Stahloberflächen angeordnet. Die Wärme wird durch Kontakterwärmung von oberhalb und unterhalb der Matte angeordneten Stahlbändern an die Matte übertragen. Die Temperaturfront dringt beiderseits in Richtung Mattemitte vor. Gleichzeitig wird die Matte mittels über die Stahloberflächen auf die Matte wirkenden Druck verdichtet.
Im Zusammenwirken der fortschreitenden Temperaturfront und der Änderung des aufgebrachten Druckes werden unterschiedliche funktionsorientierte Rohdichteprofile erzeugt. Da der Grad der Plastifizierung der Partikel von der Temperatur abhängt, beginnt die Plastifizierung der Partikel am jeweiligen Ort der Temperaturfront. Gleichzeitig sind der Aushärtevorgang und der Vorgang der Vernetzung des Bindemittels zur Fixierung der einzelnen Partikel von der Dauer und der Größe der auf das Bindemittel einwirkenden Temperatur abhängig. Dabei können die Temperaturen und damit Zeitpunkte für den Beginn des Vorgangs der Vernetzung des Bindemittels und der Plastifizierung der Partikel zusammenfallen.
Die Platten mit nichthomogenem, funktionsorientiertem Rohdichteprofil werden folglich hergestellt, indem der von den Stahlbändern aufgebrachte äußere Pressdruck genau zu dem Zeitpunkt erhöht wird, bevor die Partikel in der Schicht der Matte, in der eine höhere Dichte erzeugt werden soll, plastifizieren, das heißt keine oder erst eine geringe Plastifizierung aufweisen, und das Bindemittel in dieser Schicht noch nicht vollständig vernetzt beziehungsweise abgebunden ist.
Um beispielsweise eine Platte mit hohen Dichten an den Außenzonen und einer geringeren Dichte innerhalb der Mittelschicht, nach Fig. 4 oben, zu erzeugen, weist das Verfahren zur Herstellung folgende Schritte auf: schnelle Erstverdichtung durch Aufbringen eines großen äußeren Pressdruckes, um die hohe Rohdichte der Außenzonen von etwa 1000 kg/m3 zu erreichen, dabei wandert die Temperaturfront sehr schnell in Richtung der Plattenmitte,
schnelles Absenken des äußeren Pressdruckes und dadurch Verringern der Rohdichte auf etwa 650 kg/m3,
langsame Verdichtung bei konstantem äußeren Druck und Erzeugen einer konstanten Rohdichte von etwa 650 kg/m3 innerhalb der Mittelschicht. Durch das Einstellen des Wertes des äußeren Pressdruckes auf dem Wert des innerhalb der Platte erzeugten Gegendruckes, das heißt das Einstellen eines Druckgleichgewichtes, wird eine Platte mit einem homogenen Rohdichteprofil erzeugt.
Dabei handelt es sich beispielsweise um ultra-leichte Faserplatten, auch als ULDF bezeichnet, mit Rohdichten zwischen 300 kg/m3 und 500 kg/m3. Sie werden zudem als diffusionsoffene Wandplatten und Dachplatten, sogenannte DWD-Platten oder zur Ummantelung verwendet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Verfahren zur Herstellung von Faserplatten mit homogenem Rohdichteprofil, folgende Schritte umfassend:
- Aufbringen von Bindemittel auf die Fasern,
- Verstreuen der mit Bindemittel versehenen Fasern,
- Formen der Fasern zu einem Vlies,
- Vorverdichten des Vlieses zu einer Matte unter Aufbringen von Druck und gleichmäßiges Erwärmen der Matte sowie
- Pressen der Matte zu einer Faserplatte unter Aufbringen von Druck und gleichzeitiges Erwärmen der Platte,
wobei der beim Pressen aufgebrachte Pressdruck zum Erzeugen eines homogenen Rohdichteprofils derart gesteuert wird, dass der Pressdruck und der innerhalb der Faserplatte erzeugte Gegendruck gleich groß sind.
2. Verfahren zur Herstellung von Faserplatten mit funktionsorientiertem Rohdichteprofil, folgende Schritte umfassend:
- Aufbringen von Bindemittel auf die Fasern,
- Verstreuen der mit Bindemittel versehenen Fasern,
- Formen der Fasern zu einem Vlies,
- Vorverdichten des Vlieses zu einer Matte unter Aufbringen von Druck und gleichmäßiges Erwärmen der Matte sowie
- Pressen der Matte zu einer Faserplatte unter Aufbringen von Druck und gleichzeitiges Erwärmen der Platte,
wobei der beim Pressen aufgebrachte Pressdruck zum Erzeugen eines partiell definierten Rohdichteprofils derart gesteuert wird, dass der Pressdruck gegenüber dem innerhalb der Faserplatte erzeugten Gegendruck partiell gezielt überhöht wird und ansonsten der Pressdruck und der innerhalb der Faserplatte erzeugte Gegendruck gleich groß sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Matte beim Vorverdichten durch Einwirken eines hochfrequenten elektromagnetischen Wecheslfeldes erwärmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte in einer thermoölbeheizten kontinuierlich arbeitenden Heißpresse zu einer Faserplatte verpresst wird, wobei die Matte zwischen erwärmten Stahloberflächen angeordnet ist und die Wärme durch Kontakterwärmung an die Matte übertragen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies während des Vorganges des Vorverdichtens um 25 K bis 50 K erwärmt wird und am Ende des Vorganges Temperaturen zwischen 40 °C und 90 °C aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies bei Drücken zwischen 10 bar bis 30 bar vorverdichtet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte beim Vorverdichten auf eine Höhe von 1/20 bis 1/3 der Höhe des Vlieses vor dem Vorverdichten zusammengepresst wird.
8. Faserplatte mit homogenem Rohdichteprofil, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserplatte
- ein senkrecht zur Plattenebene gleichmäßig ausgebildetes Rohdichteprofil sowie bezogen auf den Querschnitt eine einheitliche Rohdichte aufweist und
- die Oberflächen der Faserplatte auf der Schmalseite und der Breitseite gleiche Oberflächeneigenschaften aufweisen.
9. Faserplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Faserplatte
- eine Rohdichte zwischen 230 kg/m3 und 300 kg/m3,
- eine maximale Wärmeleitfähigkeit von 0,05 W/(mK),
- eine minimale Abreißfestigkeit senkrecht zur Plattenebene von 20 kPa aufweist.
10. Faserplatte mit funktionsorientiertem Rohdichteprofil, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserplatte
- ein senkrecht zur Plattenebene derart ausgebildetes Rohdichteprofil aufweist, dass, bezogen auf den Querschnitt der Faserplatte, Bereiche mit unterschiedlichen Rohdichten ausgebildet sind und
- die Oberflächen der Faserplatte auf der Schmalseite und der Breitseite unterschiedliche Oberflächeneigenschaften aufweisen.
1 1 . Faserplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das
Rohdichteprofil, bezogen auf den Querschnitt der Faserplatte, aus drei Bereichen mit unterschiedlichen Rohdichten ausgebildet ist, wobei die beiden äußeren Bereiche gleiche Rohdichten aufweisen.
12. Faserplatte nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Faserplatte eine Rohdichte zwischen 300 kg/m3 und 700 kg/m3 aufweist.
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