<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een massa bestaande uit samengekitte deeltjes.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een massa bestaande uit samengekitte vaste deeltjes van basismateriaal, volgens welke werkwijze men uitgaat van een mengsel van deze vaste deeltjes van basismateriaal en vaste deeltjes van een elektrisch niet-geleidend smeltbaar materiaal, men dit laatstgenoemde smeltbare materiaal tot smelten brengt en men tenslotte het mengsel laat afkoelen.
Een werkwijze van deze soort wordt onder meer gebruikt voor het vervaardigen van matrassen. Kunststofvezels, bijvoorbeeld polyestervezels, worden gemengd met zogenoemde smeltvezels, bijvoorbeeld bestaande uit een kern van polyester en een omhulling van polyethyleen, en dit mengsewordt met behulp van warme lucht opgewarmd tot de smeltvezels smelten. Doordat deze smeltvezels de andere polymeervezels aan elkaar verbinden verkrijgt men, na afkoelen, een verende massa waarvan de hardheid afhangt van onder meer de hoeveelheid vezels.
Deze werkwijze laat evenwel geen gelijkmatige smelting van de smeltvezels toe. Door de aard van het materiaal zelf wordt het diep doordringen van de warme lucht tegengewerkt.
Dit betekent dat het praktisch onmogelijk is een gelijkmatige cpwarming van de massa te verkrijgen en deze werkwijze slechts cp dunne lagen toepasbaar is. De hardheid
EMI1.1
'44k te rege'-en. is met De uitvinding en een werkwijze uit samengek-ce deeltjes te verschaffen die toelaat op een
<Desc/Clms Page number 2>
eenvoudige en relatief snelle manier een dergelijke massa van willekeurige vorm of grootte die over de volledige massa samengekit is en met een gemakkelijk kontroleerbare hardheid te verkrijgen.
Tot dit doel doet men het smeltbare materiaal smelten door het mengsel van beide materialen op een temperatuur te brengen waarbij de opwarming van het smeltbare materiaal door het opnemen van mikrogolfstraling groter is dan het warmteverlies door afkoeling, en door het mengsel na deze initiële opwarming verder op te warmen dcor een elektro-magnetische mikrogolfstraling.
Het zonder meer bestralen met mikrogolven zonder de initiële opwarming kan geen bevredigend resultaat geven.
EMI2.1
Ofwel verkrijg'c in het totaal geen smelting, ofwel smelten beide materialen ofwel nog worden zogenoemde spots" materialen plaatselijk smelten.
De mikrogolfenergie die door een niet-geleidend materiaal, bijvoorbeeld een polymeer, opgenomen wordt en in warmte omgezet wordt is bij kamertemperatuur zo klein dat de normale warmteverliezen niet gekompenseerd worden en opwarming van dit materiaal dus niet start. Het is gekend dat bij hogere temperatuur meer mikrogolfenergie opgenomen wordt en de energie-opname en dus de opwarming met stijgende temperatuur toenemen, soms zelfs exponentieel.
Het initiële opwarmen van het mengsel om de opwarming door mikrogolfenergie te starten kan men door voorverwarmen met klassieke middelen zoals warme lucht teweegbrengen, maar gezien een dergelijk opwarmen van het mengsel juist moeilijk is, verdient het de voorkeur deze intiele opwarming te bewerkstelligen door onder meer de warmteverliezen te beperken.
<Desc/Clms Page number 3>
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding beperkt men de warmteverliezen van het mengsel door het ten minste over een gedeelte aan de buitenkant thermisch af te schermen met thermisch isolerend maar mikrogolfstraling doorlatend materiaal en veroorzaakt men een initiële opwarming onder meer door het mengsel met mikrogolven te bestralen.
Het mengsel wordt vanaf de kern naar buiten toe opgewarmd, waarbij de afkoeling aan de buitenkant tegengewerkt wordt. Het is zelfs mogelijk de initiële opwarming te versnellen door aan de buitenkant warmte toe te voeren.
Dit toevoeren van warmte kan geschieden op klassieke manieren, bijvoorbeeld door warme lucht, of door de thermische afscherming te verwezenlijken met wanden die men opwarmt of met wanden die door de keuze van hun materiaal toch een gedeelte van de mikrogolfenergie die erdoor naar het mengsel gestraald wordt, opnemen en in warmte omzetten.
In een merkwaardige uitvoeringsvorm van de uitvinding, beïnvloedt men, eenmaal deze initiële opwarming plaatsgevonden heeft, de temperatuur aan de buitenkant van het mengsel verder, eventueel zelfs door afkoelen, om de temperatuur en dus de smeltingsgraad van het smeltbare materiaal en bijgevolg de hardheid aan deze buitenkant te beïnvloeden.
In een dcelmatige uitvoeringsvorm van de uitvinding, kiest men het smeltbare materiaal en het basismaieriaal van de vasze deeltjes zo dat de diëlektrische verlieshoek tg 6 van beide materialen een verschillend verloop in funktie van de temperatuur he it, me-c ten minste in de omgeving van de smelttemperatuur van bei smeltbare maier-aal een hogere tg 5 voor het sme-materiaal.
<Desc/Clms Page number 4>
In deze uitvoeringsvorm heeft men na de initiële opwarming een snellere opname van mikrogolfenergie door het smeltbare materiaal dan door het basismateriaal en dus een snellere opwarming van dit smeltbare materiaal.
In een doelmatige uitvoeringsvorm van de uitvinding gebruikt men als vaste deeltjes die men samenkit deeltjes die van elektrisch niet-geleidend materiaal, bij voorkeur polymeermateriaal, vervaardigd zijn.
In een bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm van de uitvinding gebruikt men als deeltjes van smeltmateriaal, deeltjes van polymeermateriaal.
In een andere bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding gebruikt men deeltjes van het smeltbare materiaal in de vorm van vezels.
Daarbij kan men ook de vaste deeltjes van het basismateriaal onder vorm van vezels gebruiken.
Deze uitvoeringsvorm is dan bijzonder geschikt voor het vervaardigen van verende lagen voor bijvoorbeeld matrassen.
De uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting die bijzonder geschikt is voor het toepassen van de werkwijze volgens een van de vorige uitvoeringsvormen.
De uitvinding heeft aldus be trekking op een inrichting voor het vervaardigen van een massa bestaande uit vaste deeltjes van basismateriaal die samengekit zijn door gesmolten vaste deeltjes van een smeltbaar materiaal, daardoor gekenmerkt dat de inrichting een mikrogolfcven bevat voor een mengsel van de materialen en een tnermische maar mikrogolfstraling doorlatende afscherming voor het mengsel binnenin de oven.
<Desc/Clms Page number 5>
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeelden zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen van een werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een massa bestaande uit samengekitte deeltjes, volgens de uitvinding, beschreven, met verwijzing naar de hieraan toegevoegde tekeningen waarin :
figuur 1 schematisch een doorsnede weergeeft van een eenvoudige diskontinu werkende inrichting voor het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding ; figuur 2 een diagramma weergeeft van de tg 6 in funktie van de temperatuur voor de gebruikte materialen ; figuur 3 een doorsnede weergeeft analoog aan deze van figuur 1 van een inrichting volgens de uitvinding maar met betrekking op een industriële uitvoeringsvorm.
Voor het vervaardigen van een laagvormige massa waarin deeltjes van een of meer basispolymeermaterialen gebonden zijn door deeltjes van een of meer elektrisch niet geleidende smeltpolymeermaterialen die men tot smelten brengt, brengt men in een mikrogolfoven bestaande uit een mikrogolfgeneratcr l en een daarop aangesloten mikrogolfapplikator 2, een mengsel van de deeltjes aan in de vorm van een laag 3.
Bi bestraling door mikrogolven ontstaat er door het Joule-effekt een diëlektrisch verlies in de niet-geleidende materialen. De tg # vermenigvuldigd met de dielektrische konstante van het materiaal geef* : de verliesfaktor. Deze verliesfak-ccr is een maa vcor het vermcgen dat in het materiaal of diëlektricum verloren gaat. Het vermogen da-
<Desc/Clms Page number 6>
verloren gaat neemt toe met de frequentie en de temperatuur. Bij kamertemperatuur is dit vermogen dat in warmte omgezet wordt evenwel vrij klein en zelfs zo klein dat het niet in staat is de warmteverliezen te kompenseren indien geen speciale maatregelen genomen worden.
Aangezien de in warmte omgezette mikrogolfenergie groter is bij hogere temperatuur en soms exponentieel toeneemt met de temperatuur is dus een initiële opwarming nodig die de mikrogolfbestraling op zichzelf omwille van de warmteverliezen niet kan teweegbrengen.
In de figuur 2 is een diagramma weergeven van het verloop van de tg 6 in funktie van de temperatuur en bij konstante frequentie, bij het gebruik van twee materialen, namelijk één basispolymeermateriaal en één smeltpolymeermateriaal, waarbij de kurve 4 het verloop van de tg S weergeeft voor het smeltpolymeermateriaal en de kurve 5 het verloop van de tg 6 voor het basispolymeermateriaal. Men kiest deze materialen zo dat de tg 6 voor beide materialen een ander verloop heeft en vooral bij hogere temperatuur de kurven 4 en 5 sterk uit elkaar lopen. De twee kurven kruisen elkaar bij temperatuur A.
Men kiest de materialen ook zo dat boven deze temperatuur de tg 6 van het smeltpolymeermateriaal groter is dan de tg 6 van het andere materiaal hetgeen betekent dat dit smeltpolymeermateriaal door de bestraling met mikrogolfstraling sneller zal opwarmen dan het andere.
Het verschil is des te groter naarmate de temperatuur hoger ligt. Bij temperaturen rond of onder de temperatuur A, die bijvoorbeeld rond kamertemperatuur gelegen is, zal de straling praktisch geen opwarming van het smeltpolymeermateriaal kunnen teweegbrengen en zal de teweeggebrachte opwarming de warmteverliezen niet kunnen kompenseren.
<Desc/Clms Page number 7>
Deze initiële opwarming bijvoorbeeld tot de boven de temperatuur A gelegen temperatuur die nodig is om de verdere opwarming door mikrogolfstraling op gang te brengen kan men verwezenlijken door de laag 3 voor te verwarmen op klassieke manieren, bijvoorbeeld met warme lucht.
Bij voorkeur verwezenlijkt men deze initiële opwarming evenwel door de laag 3 aan een mikrogolfstraling te onderwerpen en daarbij de warmteverliezen te beperken. Met andere woorden de geringe hoeveelheid warmte die verkregen wordt, houdt men vast, zodat de temperatuur van de laag 3 stijgt. Naarmate deze temperatuur stijgt zal de produktie van warmte ook stijgen. Het beperken van de warmteverliezen verkrijgt men door de laag 3 aan een zijde of aan weerszijden thermisch af te schermen met een thermisch isolerende maar mikrogolfstralen doorlatende wand 6. Na de initiële verwarming wordt de bestraling ononderbroken verder gezet voor het opwarmen van de laag 3, of meer bepaald van het smeltpolymeermateriaal.
Geschikte materialen voor de wand 6 zijn bijvoorbeeld thermisch glas, keramische materialen en polystyreen.
Om de initiële opwarming te versnellen kan men ook bij gebruik van thermisch isolerende wanden 6 toch nog warmte aan de laag 3 toevoeren, bijvoorbeeld door het inblazen van warme lucht in de laag of door de wanden 6 zelf te verwarmen. Dit laatste kan men onder meer verwezenlijken door holle wanden 6 te gebruiken en er verwarmd fluïdum doorheen te sturen of docr de wanden 6 van een materiaal te kiezen dat weliswaar mikrogolven dccrlaat maar bij kamertemperatuurtocheengedeeltemikrogolfenergie cpslorpt en cmzet : : ct warmte zonder da deze cpslorping merkalijk tceneenn : cij hcgere temperatuur. Het tg 5 vericop van di-c materiaal in funktie van de temperatuur moet dus
<Desc/Clms Page number 8>
vrij vlak zijn.
Bepaalde glassoorten beantwoorden hieraan.
De lijn 8 in figuur 2 geeft een dergelijk verloop weer.
In plaats van afzonderlijke wanden 6 te gebruiken zoals weergegeven in figuur 1 kan men een mikrogolfoven gebruiken waarvan de binnenwanden of een gedeelte daarvan voornoemde eigenschappen van thermisch isoleren en mikrogolfstralen doorlaten bezitten.
De polymeermaterialen kunnen zowel enkelvoudige polymeren zijn als copolymeren of samengestelde polymeren. Geschikte polymeren voor het basispolymeermateriaal zijn polyester, polyethyleen, polypropyleen, of andere kunststoffen met bij voorkeur een tg S, bij temperaturen in de omgeving van het smeltpunt van het smeltpolymeermateriaal, die lager is dan de tg 6 van dit smeltpolymeermateriaal.
Een geschikt smeltpolymeermateriaal is een zogenoemde bi-komponent die bestaat uit een kern van polyester en een omhulsel van polyethyleen.
De deeltjes van de polymeermaterialen kunnen gelijk welke vorm hebben en bijvoorbeeld ronde korrels zijn of vezels.
De deeltjes van het basispolymeermateriaal en deze van het smeltpolymeermateriaal zijn meestal afzonderlijke deeltjes. maar niets belet dat dezelfde deeltjes de twee pclymeermaterialen bevatten, waarbij uitaraard het smeltpclymeermateriaal aan een buitenkant moet gelegen zijn. Zo kunnen vezels over hun langte uit de twee materialen bestaan, smeltpolymeermateriaal aan een zijde en basispolymeermateriaal aan de andere zijde.
De mikrogolfbestraling van de laag 3 na. en eventueel tijdens, de in-cigale opwarming is kontinu Df pulsgewijze met
<Desc/Clms Page number 9>
mikrogolfstralen met de gebruikelijke frequentie, dit is tussen 900 en 2450 MHz, tot het smeltpolymeermateriaal smelt, dit is meestal tussen 100 en 200 graden Celsius. Na afkoelen zijn de deeltjes van basispolymeermateriaal door deeltjes van smeltpolymeermateriaal aan elkaar gebonden. De graad van binding en de dus de hardheid hangen af van de graad van smelten van het smeltpolymeermateriaal en kan gekozen worden. Een smelting van 100% kan verkregen worden.
De laag 3 kan vooraf aan een mechanische behandeling onderworpen worden. In het geval de deeltjes vezels zijn, kunnen deze een kaardbewerking ondergaan en gericht worden ten opzichze van de laag, bijvoorbeeld dwars gericht, eventueel in twee of meer lagen. Voor het inbrengen in de mikrogolfoven kan deze laag samengedrukt worden, naargelang de gewenste densiteit.
Ook kunststofweefsels en non-wovens kunnen op deze manier verwerkt worden of samen met de als voorbeeld gegeven laag 3 tot een geheel verwerkt worden.
De hardheid van de laag 3 na het bestralen en afkoelen hangt af van de aard van de polymeermaterialen zelf, bijvoorbeeld van hun ketenlengte, van hun verhouding in de laag 3, van de oriëntatie van de polymeerketens, van de hoeveelheid materiaal of de dichtheid van deze laag 3 en uiteraard ook van de werkingsvccrwaarden tijdens het toepassen van de bestraling, zoals de duur, het vermogen, de temperatuur en het bestralingsveld. Het bestralingsveld dient nie-c uniform te z- ;-,-n.
Men kan eck de temperatuur aan de buienkant cok na de initiele opwarming beinvioeden bijvcorbeeld dccr de vccrncemde wanden 6 te verwarmen of af te kcelen, bijvoorbeeld met lucht aangevcerd door de luchttoevoer 7 of door rechtstreeks lucht op de gewenste temperatuur in op de buitenkant van de laag 3 te b azen Om
<Desc/Clms Page number 10>
bijvoorbeeld een kleinere hardheid aan de buitenkant te verkrijgen dan in de kern van de laag 3, kan men de buitenkant afkoelen.
Ook moet rekening gehouden worden met het feit dat de mikrogolfstraling niet alleen een verwarming en smelten van het smeltpolymeermateriaal veroorzaakt, maar tevens struktuurveranderingen van dit materiaal kan teweegbrengen die een invloed op de eigenschappen van het eindprodukt kunnen hebben.
Verdampingsgassen die tijdens de bestraling ontstaan kunnen eventueel uit de mikrogolfoven afgevoerd worden. Na de bestraling kan de laag 3 nog aan een naverwarming met klassieke verwarmingsmiddelen onderworpen worden.
Met de hiervoor beschreven werkwijze verkrijgt men een volume bestaande uit deeltjes, in het bijzonder vezels, van een of meer polymeren die gebonden zijn door gesmolten smeltpolymeerdeeltjes, in het bijzonder smeltpolymeervezels en waarvan de struktuur en hardheid gemakkelijk aangepast kan worden aan de beoogde toepassing, en waarbij de hardheid desgewenst in het volume kan variëren.
Een zeer interessante toepassing van deze werkwijze is dan ook de vervaardiging van matrassen. Daarbij gebruikt men als deeltjes bij voorkeur vezels. Men kan met de werkwijze een laag verkrijgen met de gewenste hardheid en/of hardheidsverdeling en veerkracht die ock na belasting goed bewaard blijven. De hardheid kan aangepast worden door het
EMI10.1
w wijzigen van de werkomstandigheden, zonder dat de hoeveelheid materiaal dient gewijzigd te worden. Na het cmgeven met een tijk, verkrijgt men een afgewerkte matras met zeer goede eigenschappen.
In figuur 3 is een inrichting weergegeven vocr een dergeljke industriele vervaardiging van matrassen. Deze
<Desc/Clms Page number 11>
inrichting bevat dezelfde onderdelen als de schematisch in figuur 1 weergegeven inrichting, met dien verstande dat de industriële mikrogolfeenheid merkelijk groter is en meerdere, bijvoorbeeld een vijftal, in de verplaatsingszin van de laag 3, na elkaar opgestelde mikrogolfgeneratoren bevat en een transportmechanisme bevat om de laag 3 kontinu of stapsgewijze door de mikrogolfeenheid te transporteren.
Analoge elementen zijn door dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.
Het transportmechanisme bestaat uit twee met dezelfde snelheid gedreven banden zonder einde 9 waartussen een kontinue laag 3 of opeeenvolgende afzonderlijke lagen 3 die telkens met één matras overeenkomen, met de gewenste densiteit, aangebracht wordt of worden. De laag 3 wordt hetzij kontinu, hetzij stapsgewijze meegenomen tussen twee evenwijdige gedeelten van de banden zonder einde 9 doorheen de mikrogolfeenheid, tussen twee isolerende wanden 6, en achtereenvolgens aan de mikrogolfstraling van de opeenvolgende generatoren 1 onderworpen. Door de luchttcevoer 7 kan de temperatuur van de wanden 6 geregeld worden. Op beide einden van de mikrogolfeenheid zijn nog filters 10 gemonteerd.
In de eenheid wordt de laag 3 in opeenvolgende stappen opgewarmd door de mikrogolfvelden. Indien de laag 3 kontinu is, wordt ze na de bestraling in stukken van de gepaste lengte gesneden.
De uitvinding zal nader gelllustreerd worden aan de hand van het volgende voorbeeld :
EMI11.1
80 gew% polyesiervezels werden gemengd cm van een bi-kcmpcnent van polyester
<Desc/Clms Page number 12>
met een lengte van 6, 7 cmomgeven door een omhulsel van polyethyleen met een smeltpunt van 130 graden Celsius.
Achtereenvolgens werden lagen 3 van 200 cm lang, 150 cm breed en 10 cm dikte samengedrukt tot een densiteit van ongeveer 30 kg per m3 en met een toevoerdebiet van 4 kg/min in de inrichting weergegeven in figuur 3 gebracht, met hun langsrichting dwars op de verplaatsingsinrichting.
Elke laag 3 werd achtereenvolgens vijf maal gedurende 3 minuten kontinu bestraald met een vermogen van 50 kW. De bi-komponent vezels kwamen daarbij tot smelting.
Na het afkoelen bezat elke laag 3 een uitstekende veerkracht en een ideale en ook na opeenvolgende belastingen weinig veranderende hardheid.
Met de hiervoor beschreven werkwijze en inrichting kan men willekeurige vormen en volumes vervaardigen bestaande uit vaste deeltjes zoals vezels die aan elkaar gekit zijn door gesmolten elektrisch niet geleidende vaste deeltjes, in het bijzonder kunststofvezels. Op deze manier kunnen matrassen, isolerende lagen, kussens, zitmeubelen enz. vervaardigd worden. Massa's met willekeurige veerkracht, densiteit en hardheid kunnen verkregen worden, waarbij binnen een bepaalde massa deze eigenschappen niet uniform moeten verdeeld zijn. Zo is het mogelijk door het beïnvloeden van de temperatuur aan de buitenkant en van de mikrcgolfstraling een voorwerp te verkrijgen dat aan een zijde hard en aan de andere zijde zacht is.
In een bewerking en me'c één zelfde mengsel zou een zitmeubel kunnen vervaardigd worden met een harde stijve zittingcnderkant en rüg (bijvoorbeeld ook met een
<Desc/Clms Page number 13>
bi-komponent weefsel of non-woven) en een zachte komfortzijde van deze zitting en rug.
De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringsvormen, doch dergelijke werkwijze voor het vervaardigen van een massa bestaande uit door middel van een smeltmateriaal samengekitte deeltjes, kan in verschillende varianten worden uitgevoerd zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.