Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von formbeständigen verfilzten Matten nach dem Kaltpressverfahren aus nach dem Trockenverfahren hergestellten Holzfasern Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von formbeständigen, verfilzten Matten nach dem Kaltpressverfahren aus nach dem Trockenverfahren gewonnenen Holzfasern, wobei die Fasern vorzugsweise aus den Grundfasern bestehen, die das Holz bilden.
Die nach den bisher bekannten Verfahren dieser Art hergestellten Matten haben den Übelstand, dass sie nach dem Kaltpressen ihre Gestalt vielfach wieder verändern, platzen und aufspringen, jedenfalls ihr Volumen vergrössern und damit der Weiterverarbeitung erhebliche Schwierig keiten bereiten. Die Beseitigung dieses Übelstandes ist der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung.
Die Herstellung von Hartplatten, Weichplatten, isolierenden Wandbekleidungen und teilweise ver dichteten verformbaren Platten aus verfilzten Matten aus Holzfasern ist bekannt. Es gibt hauptsächlich zwei Verfahren zur Gewinnung dieser Fasern, und zwar das sogenannte Nassverfahren und das Trockenverfahren. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Trockenverfahren, das in Amerika auch als das so genannte Luftverfilzungsverfahren bekannt ist.
Bei diesem Verfahren werden die in bekannter Weise gewonnenen Fasern, und zwar vorzugsweise die Grundfasern, röhrchenartige Zellengebilde und Flok- ken dieser Fasern mit Bruchstücken der Fasern auf eine luftdurchlässige Unterlage, insbesondere ein Förderband, gebracht, auf dem sich die Matte bildet. Die Fasern werden durch einen Luftstrom unter Druck einem perforierten Verteilerkopf zugeführt, aus wel chem die Fasern sich in dem Mattenbildungsraum niederschlagen. Die so gebildete Matte wird der Kalt- presszone zugeführt und zu einer bestimmten Dichte zusammengepresst.
Es können auch mehrere Verteiler köpfe hintereinander angeordnet werden, so dass die Matte aus mehreren Schichten besteht, wobei die einzelnen Schichten verschieden zusammengesetzt sein können. Die Fasern werden vorzugsweise in dem be kannten Asplund-Defibrator gewonnen. Bindemittel, wie wärmehärtende Harze, insbesondere auf Phenol aldehydbasis, werden den Fasern zugesetzt, und zwar normalerweise nach der Fasergewinnung, so dass eine gleichmässige Mischung der Fasern mit den zugesetzten Bindemitteln dem Mattenbildungsraum zugeführt werden.
Diese luftdurchlässigen Vliese oder Matten besitzen allgemein geringere Dichte als die im Nassverfahren gewonnenen Matten. Ein typisches luftdurchlässiges Vlies mag eine Dichte in der Ordnung von etwa 16 48 kg/m3 haben. Eine weitere Verdichtung der Matte nach ihrer Bildung ist notwendig, um der Matte die nötige Standfestigkeit zu geben, so dass sie handlich wird und für Zwecke, wie Wandisolierungen oder verformbare Platten gebraucht werden kann, oder dass sie handlich ist für eine weitere Verarbeitung, insbesondere zur weiteren Verdichtung zu einer Hart platte. Diese weitere Verdichtung erfolgt durch Kalt pressen der Matte mit geeigneten Mitteln, wie bei spielsweise Walzen oder Platten.
Wie bereits erwähnt, ist diese Kaltverdichtung der Matten ausreichend für solche Zwecke, wo eine geringe Dichtigkeit des End produktes genügt. Wo das Endprodukt eine hohe Dichtigkeit haben muss, wie bei Hartplatten, treten bei der Handhabung dieser Matten und ihrer Weiter verarbeitung gewisse Schwierigkeiten auf, die auf der Kaltpressung oder Vorpressung beruhen. Das trockene Fasermaterial, aus welchem die Matte gebildet ist, ist sperrig und springt leicht infolge ihrer Elastizität nach der Kaltpressung wieder auf zu einer Dicke oder Dichte, die zwischen der Dicke bzw. Dichte der Aus gangsmatte und der kaltgepressten Matte liegt.
Die Matten, die diese Zwischendichte bzw. -dicke haben, tendieren zum Bruch durch Schubspannungen und platzen, wenn sie zwischen den Platten einer Heiss presse zu einer Hartplatte gepresst werden. Diese Er scheinung beruht darauf, dass diese Matten nicht die genügende Festigkeit haben, der Zerreissbeanspruchung zu widerstehen, die durch den Ausstoss einer relativ grossen Menge Luft in der Heisspresse verursacht wird.
Die Bruchgefahr durch Schub- oder Scherspannungen und das Platzen können zum Teil behoben werden durch Einsetzen eines Drahtschirmes oder eines anderen Gebildes mit rauher Oberfläche zwischen den Pressplatten. Weitere Mittel zur Verhütung dieses Übelstandes sind vorgeschlagen worden, so beispiels weise die Verwendung von Bindemitteln, insbesondere Harzen, kurz vor oder während der Heisspressung.
Bei einem weiteren Verfahren besteht jedoch der Übelstand, dass die Fasern die Tendenz haben, an den Druckwalzen oder Druckplatten beim Kaltverformen zu kleben und die Oberfläche der Matten rauh zu machen, während die Tendenz des Wiederauf bau- schens der Matte zu einem erheblichen Teil bestehen bleibt. Nach einem weiteren Verfahren soll der Feuchtigkeitsgehalt der Matten sehr stark erhöht werden. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass gleichfalls ein Festkleben von Fasern an den Druck walzen auftritt und dass eine grosse Menge Wasser ausgepresst werden muss, wobei das Wasser die wasser löslichen wertvollen Bestandteile des Holzes mit nimmt.
Ausserdem verursacht der hohe Feuchtigkeits gehalt ein längeres Pressen und ein längeres Trocknen der Matten.
Es ist jetzt gefunden worden, dass trockene, luft durchlässige Holzmatten in dichte, handliche und brauchbare Produkte verformt werden können, welche die vorher geschilderten Übelstände nicht haben. Die nach der neuen Methode hergestellten Matten zeigen ein Minimum des Bestrebens der Fasern, in der Matte sich wieder auszudehnen, ohne die Notwendigkeit, wärmehärtende Harze beim Pressen zuzusetzen oder den Matten eine grosse Feuchtigkeit zu geben.
Dieses neue Verfahren besteht darin, dass die Matte vor der Kaltpressung mit trockenem Heissdampf be handelt wird, zweckmässig so lange, bis die Matte ohne wesentliche Erhöhung ihres Feuchtigkeitsgehaltes nach der Kaltpressung eine innere Temperatur von min destens 32 C aufweist, worauf die Kaltpressung er folgt. Dieser trockene Heissdampf wird vorzugsweise einem Raum oberhalb der Matte auf dem Förderband zugeführt, wobei unterhalb des Förderbandes Unter druck erzeugt wird, so dass der trockene Heissdampf durch die Matte und das durchlässige Förderband dringen muss und die Matte gleichmässig auf die ge wünschte Temperatur erhitzt.
Ein typisches Verfahren zur Herstellung von form beständigen, verfilzten Matten aus den Grundfasern von Holz ist folgendes: Das Holz wird in Stücke zer kleinert, und mit diesen Stücken wird ein Defibrator nach Asplund beschickt. In dem Defibrator werden die Holzstücke einer Dampfatmosphäre mit einem Druck von etwa 3,5-14,0 kg/cm2 und einer dem gesättigten Dampf entsprechenden Temperatur behandelt. Das Produkt des Defibrators, das in der Hauptsache aus den Grundfasern und Flocken und Zusammenballun gen von solchen Fasern mit andern Fasern und Bruch stücken besteht, stellt eine feuchte, flockige Masse dar.
Dieser Masse werden in einem Luftstrom Bindemittel, wie wärmehärtende Harze, beispielsweise auf der Basis von Phenolaldehyden, zugesetzt, desgleichen andere Zusatzmittel, wie wasserabstossende Mittel und Ent- flammungsmittel. Das so behandelte Fasermaterial soll einen Feuchtigkeitsgehalt haben, der etwa 40 " nicht übersteigt. Danach werden grössere Stückchen gröberer Faserbündel, die sich noch in der Masse befinden können, aus dem die Fasern fördernden Dampf- oder Luftstrom entfernt. Diese ausgesonderten gröberen Teilchen werden zweckmässig erneut dem Defibrator zugeführt.
Die verbleibenden Grundfasern, welche den grössten Teil der Masse bilden, werden dann auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa<B>8-18'.</B> ge trocknet und darauf in einen Druckluftstrom gebracht.
Das weitere Verfahren soll anhand der Zeichnung beschrieben werden, die Beispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens darstellt. Es zeigen Fig. 1 eine Vorrichtung in Seitenansicht, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 eine Vorrichtung zur Herstellung einer Mehr schichtenplatte in Seitenansicht.
Der unter Überdruck stehende Luftstrom mit den so behandelten Fasern wird über die Rohrleitung 10 einem zylindrischen Verteilerkopf 11 zugeführt, der an der Unterseite mit Perforationen versehen ist und ein Verteilerrad 15 enthält, das dazu beiträgt, dass die Faserflocken sich auflösen und die Fasern aus dem Verteilerkopf austreten. Diese unter Druck austreten den Fasern gelangen in den unter Atmosphärendruck stehenden Raum 13 und von hier auf das luftdurch lässige Förderband 14, das vorzugsweise aus einem Drahtschirm oder Drahtgeflecht besteht. Auf der Unterseite des Förderbandes 14 ist eine Unterdruck kammer 15 angeordnet, dessen Unterdruck beliebig einstellbar ist. Die Unterdruckkammer ist über die Rohrleitung 17 mit dem Gebläse 16 verbunden.
Die Geschwindigkeit der mit Überdruck aus dem Verteiler kopf kommenden Fasern wird mithin durch den Unterdruck unter dem Förderband 14 noch erhöht, so dass die Fasern sich völlig unorientiert zu der Matte 19 auf dem Förderband 14 niederschlagen.
Nachdem die Matte 19 die gewünschte Dicke er halten hat, wird sie auf dem Förderband 14 weiter transportiert zu einer Kammer 20 oberhalb des Förderbandes und einer Unterdruckkammer 21 auf der gegenüberliegenden Seite unterhalb des Förder bandes. Die Dampfkammer 20 ist in Fig. 3 dargestellt. Ihre offene Seite ist zu der Matte hin gerichtet; sie soll so dicht wie möglich oberhalb der Matte angeordnet sein und es sollten Mittel vorgesehen sein, sie zu heben oder zu senken, um sie den verschiedenen Dicken der Matten anpassen zu können. Der trockene Dampf strom wird durch die Rohrleitungen 22 in den inneren Raum der Dampfkammer 20 eingeführt, der selbst unter Atmosphärendruck steht.
Um zu verhüten, dass sich irgendeine Kondensation des Wasserdampfes bildet und Tropfen auf die Matte fallen, die sich im Endprodukt markieren würden, wird die Kammer beheizt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein heisses Medium durch die Leitungen 23 zu geführt, durch das die Temperatur der Kammer auf eine Temperatur über dem Siedepunkt des Wassers gebracht wird.
Der durch die Leitungen 22 zugeführte trockene Dampfstrom durchdringt unter dem Einfluss des Unterdrucks die Matte gleichmässig und vollkommen und gelangt dann über die Unterdruckkammer 21 in das Gebläse 16 und von hier ins Freie. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Unterdruckkammern 21 und 15 an das Gebläse 16 angeschlossen, während beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 für die Unterdruckkammer 21 ein besonderes Gebläse 24 vorgesehen ist. Die Behandlung mit- dem ungesättigten Heissdampf unter Druck ist sehr kurz und die Temperatur des Heissdampfes wird der Dicke der Matte angepasst. Auch die Höhe des Unterdrucks wird der Dicke der Matte und der Geschwindigkeit des Förderbandes und der Behandlungszeit angepasst.
Diese Grössen werden so gewählt, dass in jedem Fall die Matte innen nach der Kaltpressung eine Tempera tur von etwa 32-54 C erhält, wobei der Feuchtigkeits gehalt der Matte nicht sonderlich steigen darf. Unter normalen Verhältnissen wird die Behandlungsdauer etwa 3/4 bis 6 Sek. betragen. Bei dem Ausführungs beispiel der Fig. 1 ist in der Verbindungsleitung zwischen Unterdruckkammer 21 und dem Gebläse 16 eine Drosselklappe 25 vorgesehen, um den Unterdruck variieren zu können.
Beim Passieren der Matte 19 durch diese Stufe erfolgt ein Zusammendrücken in einem nicht un beträchtlichen Ausmass. Nach Verlassen dieser Dampf behandlungszone gelangt die in ihrer Stärke reduzierte Matte zu der Kaltpressstufe, in der sie zu einer vor bestimmten Dichte von etwa 16-400 kg/m3 kompri miert wird. Die Kaltpressstufe besteht bei dem Aus führungsbeispiel der Fig. 1 aus den beiden Kaltwalzen 26 und 27, bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 aus Förderbändern 28. Diese Methode der Kaltpressung oder Vorpressung ist bekannt.
Bei dem neuen Verfahren wird erreicht, dass die so hergestellten Matten keine nennenswerte Tendenz mehr zeigen, sich wieder auszudehnen, um zu ihrer früheren Dicke oder einer Dicke vor der Kaltpressung zurückzukehren. Nach den gewonnenen Erfahrungen ist das Ausdehnungsvermögen der neuen Matte auf eine Dichte von unter 112 kg/m3 beschränkt. Die Matten werden daher zweckmässig bis zu dieser Dichte verdichtet, bei welcher sie eine ausreichende strukturelle Festigkeit haben, um handlich zu sein, gelagert und transportiert werden zu können. Die neue Matte kann für verschiedene Zwecke Anwendung finden oder weiter verdichtet werden. Bei der Heisspressung zu Hartfaserplatten werden die Matten vorher auf be stimmte Längen abgetrennt und diese Stücke dann der Heisspresse zugeführt.
Für die Hartplattenverarbeitung hat die neue Matte den Vorteil, dass die Öffnung der Heisspressplatten die gleiche ist, ob eine dickere Platte mit weniger Dichte oder eine dünne Platte mit höherer Dichte daraus hergestellt werden sollen. Bei den bis her .nach dem Kaltverfahren hergestellten musste die Plattenöffnung der Heisspresse jedesmal eingestellt werden. Der Ausstoss der Luft aus den inneren Regio nen der Matte ist nicht mehr gefährlich, weil die Matte jetzt eine grössere Dichte und eine strukturelle Festig keit besitzt.
Die neuen Matten haben eine solche strukturelle Festigkeit, dass sie ohne weitere Hilfsmittel, wie Draht schirme, in die Heisspresse gebracht werden können. Die folgenden Versuche zeigen den Vorteil des neuen Verfahrens.
Versuch <I>1</I> Im Asplund-Defibrator gewonnene weisse Fasern von Tanne oder Fichte und behandelt mit 1 % Phenol formaldehydlösung, 2,5 % Petrolatum und 5 % Alu miniumsulfat wurden in einem Luftstrom auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 12% gebracht. Die Prozentgehalte beziehen sich auf das Trockengewicht der Holzfasern. Diese so präparierten Fasern wurden zu einer verfilzten Matte von einer Dicke von etwa 82,5 mm nach dem vorstehend geschilderten Verfahren niedergeschlagen.
Der kontinuierliche Mattenstrang wurde dann in Einzelstücke bestimmter oder be liebiger Längen zerschnitten, von welchen einige unter ungeheizten Druckwalzen kaltgepresst wurden, wäh rend andere der Wirkung des trockenen Dampfstromes während einer Zeit von etwa 5 Sek. ausgesetzt wurden. In dieser Zeit drang der heisse, trockene Dampf von der Kammer 20 durch die Mattenstücke in die Unter druckkammer. Nach dieser Heissdampfbehandlung wurden dann die Mattenstücke kaltgepresst, genau in der gleichen Weise wie die nicht mit Heissdampf behandelten Stücke.
Die nicht mit Heissdampf behandelten Stücke hatten eine Dicke von etwa 35,5 mm nach der Kalt pressung und eine Zugfestigkeit von 35,2-70,4 g/cm2. Die mit Heissdampf behandelten Stücke dagegen hatten eine Dicke von 25,4 mm nach der Heissdampf behandlung und behielten eine Dicke von 12,7 mm nach der Kaltpressung und hatten eine Zugfestigkeit von 774,4 g/cm2.
Es wurde gefunden, dass die nicht mit Heissdampf behandelten Mattenstücke etwa 12% Feuchtigkeit enthielten, während die behandelten Matten eine Feuchtigkeit von<B>11,9%</B> hatten. Die Temperatur der behandelten Matten war wesentlich höher als die der unbehandelten Matten, und zwar in der Grössen ordnung von 48,9-54,4 C. Beim Transport der unbehandelten Mattenstücke zu der Heisspresse wurde gefunden, dass diese schwer zu handhaben waren, die Tendenz zeigten, zu platzen oder zu brechen. Auch in der Presse, beim Schliessen der Presse entstanden Abplatzungen und Risse.
Die dagegen mit Heissdampf behandelten Mattenteile waren leicht zu transportieren, da sie eine ausreichende Standfestigkeit hatten und konnten ohne Beschädigung oder Platzen in der Heisspresse gepresst werden.
Versuch <I>2</I> Die verwendeten ' Fasern waren aus Tannen- oder Fichtenholz gewonnen und enthielten 2 ,' Amresharz, 3 ,ö Petrolatum und 0,5 ,ö Aluminiumsulfat. Sie wurden in der geschilderten Weise zur Mattenbildung gebracht. Einige dieser Matten wurden vor der Kalt pressung in der geschilderten Weise etwa 1,3 Sek. mit dem trockenen Heissdampf behandelt, und damit wurde die Temperatur auf etwa 48,9-54,4 C gesteigert.
Andere Matten bzw. Mattenteile wurden ähnlich be handelt, aber die Menge Dampf, die durch die Matte getrieben wurde, wurde so weit reduziert, bis die Matte vor der Kaltpressung eine Temperatur von<B>26,7-</B> <B>32,2'C</B> hatte. Beide behandelten Mattenarten hatten eine Originalstärke von 82,5 mm. Die nach der Er findung behandelten Matten, die nach der Dampf behandlung eine Temperatur von 48,9-54,4 C auf wiesen, hatten nach der Kaltpressung eine Stärke von 22 mm und waren leicht zu handhaben, ohne dass Beschädigungen auftraten, und sie zeigten auch keine Risse, Blasen und Aufplatzungen in der Heisspresse.
Die Matten dagegen, die mit der reduzierten Menge Dampf behandelt waren und eine niedrigere Tem peratur erhielten, hatten nach der Kaltpressung eine Stärke von 31,75 mm, waren schwierig zu handhaben und tendierten zum Ausblasen in der Heisspresse, und es zeigten sich Risse beim Schliessen der Heisspresse. Der Feuchtigkeitsgehalt der Matten vor und nach der Dampfbehandlung war etwa 11-16%.
<I>Versuch 3</I> Weisse Grundfasern von Tannen- oder Fichtenholz und kleine Flocken von ihnen hatten einen Gehalt von 2,5 ö Petrolatum, %2% Aluminiumsulfat und 1 ,.ö wärmehärtender Phenolformaldehyd-Harzlösung und einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 12 ö und wurden durch einen Luftstrom mit Atmosphären druck verteilt und passierten kontinuierlich mehrere, hintereinander angeordnete Verteilerköpfe nach Fig. 4, um eine Mehrschichtenmatte zu bilden. Die auf dem durchlässigen Förderband 14 niedergeschlagene Matte hatte eine Stärke von 10,16 cm.
Die so präparierte Matte brauchte bei ihrer Wanderung auf dem Förderband bis zu der Kaltpresszone 28 etwa 8 %2 Sek., während welcher Zeit Trockendampf bei einem reduzierten Druck von 1,4 kg/cm2 in die unter Atmosphärendruck stehende Kammer 20 eingeführt wurde. Der Heiss dampf wurde während 1 %2 Sek. durch die Matte ge sogen durch einen Unterdruck der Unterdruck- kammer 21 von 254 mm Wassersäule. Die Matte wurde dann von den hydraulisch gegeneinanderge- drückten Förderbändern 28 zu einer Dicke von 12,7 mm gepresst.
Die Matte wurde darauf in Stücke ge schnitten und die einzelnen Stücke einer Heisspresse zugeführt und hier zu einer Dicke von 3,17 mm und einer Dichte von etwa 960 kg/m3 gepresst.
Die Stärke der verfilzten Matte von 10,16 cm wurde durch die Heissdampfbehandlung auf 57,1 mm redu ziert. Eine weitere Reduzierung fand durch die Kalt pressung statt, und zwar auf 12,7 mm. Nach dieser Kaltpressung dehnte sich die Matte wieder zu einer Dicke von 22,22 mm und einer Dichte von<B>137</B> kg/m3 aus. Die Innentemperatur der Matte nach der Kalt pressung war 48,9 C. Der Feuchtigkeitsgehalt der Matte vor der Dampfbehandlung war 12 ö und nach der Dampfbehandlung 12,5 . Dieses Experiment wurde wiederholt, jedoch dabei die Heissdampf behandlung ausgelassen.
Hierbei zeigte sich, dass, nach dem die Matte durch die Kaltpressung auf<B>12,7</B> mm zusammengepresst war, die Matte schnell wieder eine Stärke von 90,8 mm und eine Dichte von etwa 50 kg/m3 annahm, sich also sehr kräftig ausdehnte. Die Tem peratur der Matte blieb ungefähr konstant und zeigte Umgebungstemperatur und der Feuchtigkeitsgehalt blieb konstant bei 12 ö.
Die nach dem vorliegenden Verfahren behandelte Matte war fest und leicht zu handhaben, konnte leicht in Stücke getrennt werden und leicht in die Heisspresse gebracht werden. Beim Schliessen der Presse trat kein Ausblasen der Fasern auf oder es traten nicht irgend welche Schubkräfte auf. Die nicht durch Heissdampf behandelten Matten dagegen hatten kerne Standfestig keit, waren daher schwer zu handhaben, kaum zu schneiden und schwer zur Heisspresse zu bringen. Erhebliches Ausblasen trat beim Heisspressen auf, desgleichen traten erhebliche Scherkräfte zwischen den Heissplatten und dem Pressling auf.