NO168167B - Fremgangsmaate og apparatur for varmebehandling av isolasjonsmaterialer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår varmebehandling av produkter omfattende et termisk isolerende materiale, spesielt med henblikk på å bevirke polymerisering- og/eller polykondenseringsreaksjoner av visse komponenter i produktmassen.

Oppfinnelsen angår mere spesielt en fremgangsmåte og en apparatur for oppvarming ved dielektriske tap under ultrahøy-frekvens bestråling, spesielt egnet for anvendelse ved behandling av filt eller produkter basert på mineralfiber-filt, spesielt i form av formede stykker slik som isolasjons-skall.

Det er velkjent idag at slike skall hensiktsmessig frem-stilles ved å vikle et visst antall over hverandre lagte lag av en matte av mineralflbre impregnert med en termoherdende harpiks rundt en spindel og der den definitive form av gjenstanden fikseres ved varmebehandling.

Varmebehandlingen som hittil har vært utført har generelt bestått i å bevirke en stråle av varm luft fra det indre av skallet hvis dette har en stor diameter eller fra det ytre hvis det har liten diameter, idet skallet i dette tilfellet oppvarmes ved varmeledning fra det ytre mot det indre. En slik behandlingsmåte er beskrevet i FR-A-2 325 007.

Denne teknikk har vanligvis den mangel at den er relativt kostbar med henblikk på energiforbruk og langsom fordi den krever foregående fjerning av gjenværende vann som er tilbake i materialet fra forskjellige foregående arbeidstrinn slik som tildanning og impregnering av den fibrøse matte.

Oppfinnelsen benytter til fordel det som utgjør en mangel ved de konvensjonelle prosesser, nemlig nærværet av en betydelig mengde vann i volumet av gjenstanden som skal behandles, idet dette vann benyttes for oppvarming ved dielektrisk tap under de ultrahøyfrekvens bestråling.

Det er kjent at denne teknikk idag utgjør den eneste mulige metode for et materiale som er elektrisk ikke-ledende og termisk isolerende for å oppnå en homogen behandling gjennom hele volumet idet et slikt materiale har en vesentlig dielektrisk tapsfaktor, spesielt hvis den inneholder stoffer som inkluderer polare molekyler, fordi vibreringen av dipolene under påvirkning av et alternerende elektrisk høyfrekvensfelt forårsaker oppvarming av stoffet og således av materialet selv.

Fordi vann i flytende form er ett av de lettest oppnåelige tilgjengelige polare stoffer, er det velkjent å anvende teknikken med oppvarming ved dielektrisk tap på stoffer som inneholder vann.

Tallrike apparaturer benytter oppvarming ved dielektrisk tap for tørking av materialet slik som ved (se FR-A-2 000 992 og 2 147 456) tekstilfibre i form av tvinnet cord, spoler eller garndukker (se FR-A-2 103 239, 2 299 443, 2 423 948), visse keramiske pastaer (se FR-A-2 076 405, 2 100 539) og så videre. Disse apparaturer kombinerer generelt oppvarming ved dielektrisk tap med oppvarming ved hjelp av en varmluftstråle idet den første har den mangel kun å oppvarme overflaten av gjenstanden til en temperatur vesentlig under den i det indre fordi den energi som spres ved hjelp av disse hjelpemidler reduseres med vanninnholdet.

Noen av disse apparaturer tar sikte på å unngå visse mangler som oppstår ved refleksjon av ultrahøyfrekvent bestråling mot metalloverflater av beholderen hvori behandlingen gjennom-føres, spesielt interferensfenomenet mellom innfallende bølger og reflekterte bølger, noe som resulterer i tempera-turujevnheter i materialet som behandles og således ujevn-heter i behandlingen selv. For dette formål benytter disse apparaturer innretninger som er kjent med bølgeblandere. Innenfor området ultrahøyfrekvent bestråling eller mikro-bølger som dekker frekvenser fra 300 MHz til 30 GHz, tilsvarende bølgelengder i størrelsesorden en meter og en centimeter, er frekvensbåndet sentrert på 2450 MHz tilsvarende en bølgelengde på ca. 12 cm, generelt foretrukket for industriell anvendelse.

De høyeste frekvenser har utilstrekkelig gjennomtrengning i de fleste materialer og de svakeste forårsaker en økning i det elektriske felt for en gitt fordelt energi og medfører som en konsekvens risiko for en elektrisk bueutladning eller "sammenbrudd". Det midlere området som er foretrukket krever kun spenninger i størrelsesorden noen kV.

Isolasjonsskallene for hvis behandling foreliggende oppfinnelse foreslår å benytte oppvarming ved hjelp av mikro-bølger, impregneres generelt dypt med en vandig oppløsning av termoherdende harpikser slik som fenolformaldehyd harpikser av resoltypen i løpet av fremstillingen ved konvensjonelle prosesser, og når skallet er formet blir dimensjonene generelt stabilisert ved en varmebehandling som fjerner vanninnholdet i skallet, fulgt av polymeriserings- og polykondensasjonsreaksjoner. For å oppnå behandlingstider i størrelsesorden 1 minutt, kompatible med industrielle prosesser, krever frigjøring av disse reaksjoner vanligvis temperaturer i størrelsesorden 150 til 200°C, godt over vannets kokepunkt.

En fremgangsmåte for oppvarming ved hjelp av mikrobølger vil ved første blikk ikke synes i stand til å oppnå de ovenfor nevnte temperaturer fordi harpiksene som skal underkastes disse reaksjoner så vel som mineralf ibrene kun har lave dielektriske tapsfaktorer og har derfor liten evne i seg selv til å kunne oppvarmes ved mikrobølger og fordi vann, som er den eneste bestanddel som er tilstede i skallene som har en høy tapsfaktor, ville antas å fiksere den øvre grense for en oppnåelige temperatur til 100°C; denne teknikk ville derfor ikke synes å være i stand til å tilveiebringe en løsning på det foreliggende problem.

Prøver har imidlertid vist at det i motsetning til det man skulle forvente ikke er nødvendig å innføre ytterligere polare stoffer i skallene som skal mikrobølgebehandles, forutsatt at skallene har et tilstrekkelig vanninnhold pr. volumenhet produkt og at kraften som bringes inn pr. volumenhet når et minimum nivå.

Oppfinnelsen hviler delvis på dette uventede resultat og har således som hovedgjenstand en fremgangsmåte for varmebehandling av et materiale på basis av mineralfibre og inneholdende et bindemiddel i stand til herding under temperaturpåvirkning ved polymeriserings- og/eller polykondenseringsreaksjoner i henhold til hvilken materialet mottar bindemidlet i form av en vandig oppløsning og, etter en justering av vannmengden, samtidig underkastes et elektromagnetisk strålingsfelt og en overspyling av overflaten med en varmgass-strøm, og fremgangsmåten karakteriseres ved at den omfatter for et materiale med volummasse mellom 30 og 150 kg/m' og et bindemiddel med en minste temperatur for start av herdereaksjonene i størrelsesorden 150 til 200°C, å regulere vannmengden til en verdi mellom 0,7 og 5 kg/m' hvorved strålingsfrekvensen velges innen området hyperfrekvenser og feltintensiteten bringes til et høyt nivå for å oppnå en oppvarming i det indre av materialet til i det minste denne minimale reaksjonsstarttemperatur hvorved den varme spylegasstrøm minst bringes til denne temperatur under strålingens varighet.

Vanninnholdet i materialet basert på mineralfibrene som har en densitet fra 30 til 150 kg/m<5>vil generelt justeres til en verdi fra 0,7 til 5 kg/m<»>og fortrinnsvis fra 1 til 3 kg/m5 , idet bindemiddel innholdet i materialet er fra 1 til 20 vekt- I en utførelsesform av fremgangsmåten som kan anvendes på separate gjenstander fremstilt fra nevnte materiale underkastes gjenstandene en forskyvning i strålingsfeltet. For en enkel metode for behandling av en sats av gjenstander blir gjenstandene beveget fortrinnsvis i et plan loddrett på mikrobølgens bevegelsesretning og de dreies også fortrinnsvis, hver rundt seg selv, fortrinnsvis rundt en akse som er satt i en vinkel forskjellig fra 0° i forhold til stråle-retningen, fortrinnsvis 90°, i den hensikt å oppnå homogenitet .

For slike materialer vil den mikrobølgeenergi som tilføres til produktet generelt utgjøre minst 0,1 kWt/kg produkt mens kraften som rettes mot produktet fortrinnsvis er 2 kW/kg produkt for et totalt vanninnhold på 2

I tillegg tilføres en oppvarmingskraft som utgjør mellom 1/4 og 1/2 av mikrobølgeenergien som tilføres, i form av varm tørr gass.

Det skal bemerkes som en antydning at under disse betingelser er det totale energiforbruk, antatt at produksjonen av mikrobølgeenergi gir et utbytte på ca. 50 %, av størrelses-orden 0,2 kWt/kg for et produkt med et vanninnhold på 2 noe som er nødvendig når man oppvarmer kun med vann.

Som nevnt angår oppfinnelsen også en apparatur for varmebehandling av et materiale basert på mineralfibre og som inneholder i form av en vannbasert oppløsning tilsatt bindemiddel med evne til å herde under temperaturpåvirkning ved polymeriserings- og/eller polykondenseringsreaksjoner, inneholdende et mikrobølgetett metallkammer 1, som er utstyrt med et organ 4 som forflytter materialet gjennom kammeret, idet minste en kilde 11 for hyperfrekvensstråling og en varmgass-kilde 9a-9d, som er rettet mot materialets flate, og apparaturen karakteriseres ved at forflytningsorganet omfatter organer 4, 8 for behandling av separate sylindriske rotasjonslegemer 7 for dreining av disse legemer rundt sin rotasjonsakse, som med mikrobølgenes retning danner en fra 0° avvikende og fortrinnsvis 90° vinkel, samt organer for å understøtte disse legemer ved berøring med disse langs minst en generatrise i deres nedre halvdel, hvorved de medvirker til justering av legemenes sylindriske form.

I henhold til en interessant utførelsesform av behandlingen av gjenstander i form av en omdreiningssylinder, utgjør transportørinnretningen og midlene for rotasjon sammen et bærende bord, som eventuelt kan forskyves og som er mikro-bølgepermeabelt, og skyveinnretninger slik som fingre eller staver som forårsaker at de sylindriske gjenstander ruller på bæreren.

I henhold til en variant som tilveiebringer den samme virkning består midlene for transport og rotasjon av gjenstandene i en kombinasjon av et transportørbelte og et tak eller fikserte plater mellom hvilke og i kontakt med hvilke gjenstandene befinner seg, hvorved forskyvningen av transportørbeltet forårsaker forskyvning av gjenstandene med halv beltehastighet og gjenstandenes samtidige rotasjon.

Apparaturen omfatter fordelaktig et antall generatorer, hver styrt av en detektor for påvirning av nærværet av gjenstander 1 sonen som dekkes av generatoren for så å forhindre drift av generatoren når sonen er tom.

Den installerte mikrobølgeenergi for frekvenser i båndet 2450 MHz er fortrinnsvis slik at produktet mottar minst to kW mikrobølger pr. kg produkt når det totale vanninnhold er ca. 2 *.

En utførelsesform av apparaturen ifølge oppfinnelsen skal nu beskrives som et ikke-begrensende eksempel for å illustrere apparaturens karakteristika og fordeler under henvisning til den ledsagende tegning som skjematisk i lengdesnitt represen- terer en apparatur ifølge oppfinnelsen med transportbelte og pressplater.

Denne apparatur omfatter en metallbeholder 1 med et innløps-kammer 2 og et utløpskammer 3, hver utstyrt med dreibare fliker 2a, 2b, 3a, 3b, for sikre mikrobølge-ugjennom-trengelighet.

Et transportbelte 4 bestående av silikonbelagte glass-fibertekstil definerer ved hjelp av rullene 6a og 6b den vei langs hvilken skallene 7 føres gjennom beholderen 1.

To pressplater 8 utøver et lett trykk på skallene 7 og bringer dem til å dreie seg rundt seg selv i retning av pilen fl mens transportbeltet 4 beveger seg i retning av pilen f2-

Ytterligere varmluft blåses inn i beholderen gjennom munninger 9a, 9b, som fortrinnsvis kan være utvidet til ikke viste kanaler til nivået for skallene som beveger seg på transportøren 4.

Munninger 10 forbundet med en ikke vist antiforurensnings-apparatur er tilveiebragt for behandling av avgass. Denne apparatur kan være betydelig mindre kraftfull og mindre kostbar enn det som e> nødvendig for tradisjonelle prosesser som benytter varmgass.

Mikrobølge-generatorer 11 er anordnet under beltet 4 og som avgir energi 1 et frekvensområde rundt 2450 MHz har sine rektangulære emisjonsmunninger rettet mot beltet 4. Hver av generatorene styres av en ikke vist detektor for å påvise nærværet av skall. For for eksempel å behandle 300 kg/time skall med et totalt vanninnhold på 2 % tilveiebringes det 6 grupper av 6 generatorer med en enhets-mikrobølgekraft på 1 kW, noe som gir et nettverk eller sjakkbrett-opplegg på 36 bunter av mikrobølger rettet mot beltet 4.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for termisk behandling av et materiale på basis av mineralfibre og inneholdende et bindemiddel i stand til herding under temperaturpåvirkning ved polymeriserings-og/eller polykondenseringsreaksjoner i henhold til hvilken materialet mottar bindemidlet i form av en vandig oppløsning og, etter en justering av vannmengden, samtidig underkastes et elektromagnetisk strålingsfelt og en overspyling av overflaten med en varmgass-strøm,karakterisert vedat den omfatter, for et materiale med volummasse mellom 30 og 150 kg/m<5>og et bindemiddel med en minste temperatur for start av herdereaksjonene i størrelses-orden 150 til 200° C, å regulere vannmengden til en verdi mellom 0,7 og 5 kg/m<5>hvorved strålingsfrekvensen velges innen området hyperfrekvenser og feltintensiteten bringes til et høyt nivå for å oppnå en oppvarming i det indre av materialet til i det minste denne minimale reaksjonsstarttemperatur hvorved den varme spylegass minst bringes til denne temperatur under strålingens varighet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at vannmengden reguleres til en verdi mellom 1 og 3 kg/m5 .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat mengden bindemiddel for materialet på basis av mineralfibre er 1 til 20 % av materialmassen.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat for anvendelse av prosessen på separate gjenstander av materialet, disse underkastes en forskyvning i strålingsfeltet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,karakterisertved at forskyvningen er en translasjonsbevegelse i et plan loddrett på bevegelsesretningen for strålingen, fortrinnsvis kombinert med en rotasjon av gjenstandene rundt seg selv rundt en rotasjonsakse som fortrinnsvis utgjør en vinkel på 90° med bestrålingsretningen.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 2 til 5,karakterisert vedat det legges en mikrobølgeenergi på materialet som skal behandles på minst 0,1 kWt/kg materiale.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6,karakterisert vedat den oppvarmede gasstrøm som rettes mot materialet som skal behandles innstilles til en ytterligere energitilførsel på fra 1/2 til 1/4 av tilført mikrobølgeenergi.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7,karakterisert vedat mikrobølgeeffekten som tilføres til produktet som skal behandles Innstilles til minst 2 kW/kg produkt for et vanninnhold i størrelsesorden 2 vekt-#.

9. Apparatur for varmebehandling av et materiale som er basert på mineralfibre og som inneholder i form av en vannbasert oppløsning tilsatt bindemiddel med evne til å herde under temperaturpåvirkning ved polymeriserings- og/eller polykondenseringsreaksjoner, inneholdende et mikrobølgetett metallkammer (1), som er utstyrt med et organ (4) som forflytter materialet gjennom kammeret, i det minste en kilde (11) for hyperfrekvensstråling og en varmgasskilde (9a-9d), som er rettet mot materialets ytterflate,karakterisert vedat forflytningsorganet omfatter organer (4, 8) for behandling av separate sylindriske rotasjonslegemer (7) for dreining av disse legemer rundt sin rotasjonsakse, som med mikrobølgenes retning danner en fra 0° avvikende og fortrinnsvis 90" vinkel, samt organer som understøtter disse legemer ved berøring med disse langs minst en generatrise i deres nedre halvdel, hvorved de medvirker til justering av legemenes sylindriske form.

10. Apparatur ifølge krav 9,karakterisert vedat den omfatter et antall mikrobølgegeneratorer (11) som hver og en styres av en detektor som avslører nærværet av materialet som skal behandles innen detektorens område.

11. Apparatur ifølge krav 9 eller 10,karakterisert vedat forflytningsinnretningen og rotasjonsinnretningene består av en kombinasjon av et bærende underlag og et fremførende organ som bringer de sylindriske legemer i rotasjon.

12. Apparatur ifølge krav 9 eller 10,karakterisert vedat fremføringsorganet og rotasjonsorganet består av en kombinasjon av et bevegelig bånd (4) og et tak eller faste skinner (8) mellom hvilke og i berøring med hvilke gjenstandene er, hvorved båndets (4) bevegelse tilveiebringer forflytning av gjenstandene(7) med halvparten av båndets hastighet og deres rotasjon.