DD213878A1

DD213878A1 - Verfahren zur warmformgebung von korkdaemm- und korkpressstoffen

Info

Publication number: DD213878A1
Application number: DD24838183A
Authority: DD
Inventors: Karl-Christian Danz; Till Boettger
Original assignee: Bauakademie Ddr
Priority date: 1983-03-02
Filing date: 1983-03-02
Publication date: 1984-09-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Waermeformgebung von Pressteilen aus Korkabfaellen.D.Erwaermung erfolgt dabei durch die Nutzung d.dielektrischen Verluste im Kork bzw.in der den Kork umschliessenden Form durch d.Einw.eines hochfrequenten elektrischen Feldes.Der Kork kann dazu in einer grossen Korngroessenverleihung vorliegen und mit verschiedenen Zuschlagstoffen gemischt sein. In Abhaengigkeit von den dielektrischen Eigenschaften des Werkstoffs der den Kork umschliessenden Form koennen definierte Eigenschaftsverteilung ueber den Querschnitt der Korkprodukte erzielt werden.

Description

Verfahren zur Warmformgebung von Korkdämm- und Korkpreßstoffen

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmformen von Korkdämm- und Korkpreßstoffen auf Basis von Korkbruch und/oder Korkgranulat durch Erwärmung im hochfrequenten .elektrischen leid.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, Korkformteile auf Basis von Korkabfällen oder Korkgranulat in Preßverfahren durch Erwärmung mittels überhitztem Dampf, Gas- oder Elektroheizung von außen zu formen. Der Kork kann dabei mit verschiedenartigsten Bindemitteln zur Gewährleistung der Verbundfestigkeit wie Polyvinylacetat, Eiweiß, Pech, Bitumen, Nitrocellulose, Kasein, Viskose_s tieri~ sehen und Pflanzenleimen, Kautschuklösungen oder Polyurethanharzen vermischt sein«. Weiterhin kann die Verbundfestigkeit der Korkprodukte durch die chemische Umsetzung des korkeigenen Harzes Suberin und der Verhakung der ebenfalls irreversibel veränderten Gerüstsubstanz in sich erreicht werden· Die Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte Mischung der Komponenten, Erwärmen und Pressen kann dabei variiert werden· Der Wärmeeintrag zur Expansion der in den Korkzellen eingeschlossenen Luft, zur Viskositätsminderung oder chemischen Umsetzung von Bindemitteln und zum Austreiben niedrigsiedender

Anteile wie Wasser, Alkohole und Wachse sowie gegebenenfalls zur chemischen Umwandlung von Bestandteilen des Korks erfolgt bei allen bekannten Verfahren durch Wärmeleitung·, -strahlung und/oder Konvektion. Damit ist die Leistungsdichte für den Wärmeeintrag für die nichtleitende Substanz Kork mit ihrer zelligen Struktur sehr begrenzt. Das wirkt sich negativ auf die technologischen Parameter bei der Warmverformung wie Aufheizgeschwindigkeit j Dauer der thermischen Belastung und Größe des Formvolumens aus. Ua dem entgegenzuwirken, geht man meist nur von granuliertem Korkabfall mit einheitlicher 'Teilchengröße aus, die eine gleichmäßige Erwärmung und damit Eigenschaft smodiflkat ion der in den !Formen enthaltenen Korkpartikel ermöglicht. Bei der Herstellung von Korkgranulat gehen bis zu 50 % der Korkabfälle in Form von Mahlstaub verloren und stehen für die weitere Verarbeitung nicht mehr zur Verfügung·

Für großvolumige Formteile wie Dämmplatten für die Fußbodenisolierung in der Kühl- und Gefrierwirtschaft erwärmt man den Kork vor der Formgebung unter Bewegung im heißen Bindemittel oder in rotierenden Trommeln ausreichend lange Zeit. Durch die Variation von Bindemitteln und Zusätzen und von technologischen Herstellungsparametern können die für viele Anwendungsgebiete wichtigen Produkteigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, Druckfestigkeit, Bruchfestigkeit, Rückstellelastizität, chemische und thermische Beständigkeit in einem weiten Bereich gezielt eingestellt werden» Dabei gehen jedoch bei der Granulierung durch den Mahlprozeß und/oder bei der Warmbehandlung durch Abdestillieren bis zu 75 % der Ausgangsmenge Korkabfall verloren·

Verfahren zur Erzeugung von Integralstrukturen über den Querschnitt der Korkprodukte sind nicht bekannt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Warmformgebung von Korkdämm- und Korkpreßstoffen aus Korkabfällen mit relativ niedrigem Energiebedarf und kurszeitiger thermischer Belastung der Ausgangssubstanzen und mit Möglichkeiten zur Modifizierung der Produkteigenschaften über die bekannten Varianten hinaus, z. B. durch die Erzeugung von Integralstrukturen in den Korkprodukten.

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kurzzeitigen Erwärmung der Ausgangssubstanz Kork, auch in der Form von unaufbereitetem Abfall, und modifizierender Komponenten auf ein vorbestimmtes Temperaturniveau zu finden. Die Temperaturverteilung innerhalb des zu erwärmenden Guts soll dabei wahlweise über den Produktquerschnitt konstant oder zum Erreichen differenzierter Eigenschaften wie Festigkeit,Dichte und Wärmedämmung über den Querschnitt variierbar sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ausgangssubstanzen für die Korkdämm- bzw. Korkpreßstoffe einem hochfrequenten elektrischen Feld ausgesetzt werden, in dem durch die spezifischen dielektrischen Eigenschaften von Kork und modifizierenden Zusätzen eine Erwärmung in Abhängigkeit ·. von Feldstärke, Frequenz und Zeit in den Substanzen eintritt. Da die Wärme unmittelbar in den Materialien im Hochfrequenz (HF)-FeId entsteht, das z.B. zwischen den Platten eines definiert dimensionierten Arbeitskondensators erzeugt wird, entfallen die bei den bekannten Verfahren erforderlichen Wärmetransportvorgänge. Die Vergleichmäßigung der Größe der Korkteilchen zu Granulat mit definierten Abmessungen erübrigt sich und es kann von Korkabfällen mit weiten Korngrößenverteilungen ausgegangen werden. Durch den Wegfall der Wärmeübertragung ist im Vergleich zu den bekannten Technologien eine bedeutend'schnellere Erwärmung der Ausgangsprodukte auf

das angestrebte Temperaturniveau, -möglich. Damit wird die Zersetzung von Korktestandteilen zu Gasen, die bei bekannten Verfahren zur Herstellung von Korkdammaterialien durch- die Dauer der Temperaturβinwirkung zu einer Reduzierung der Ausgangsmasse bis zu 75 % beträgt, zeitlich begrenzt. Daraus resultiert eine weitere wesentliche Steigerung der Materialausnutzung.

Der gewünschte Temperaturbereich und seine Einwirkungsdauer können durch die Variation von !Feldstärke und Verweilzeit im HF-Feld gesteuert werden» Damit sind der Grad der chemischen Umsetzung von Bestandteilen des Korks und das Abdestillieren von leichtflüchtigeren Komponenten wie Wasser und Alkohole regulierbar. Produkteigenschaften wie der Expansionsgrad der Korkzellen, das elastische Rückstellvermögen, die Wärmeleitfähigkeit, die Wasseraufnahme sowie die chemische und biologische Resistenz werden damit ebenfalls einstellbar. Durch die Möglichkeit des kurzfristigen Wärmeeintrags bleiben für die mechanischen Eigenschaften bestimmende Strukturbestandteile des Korks besser erhalten als bei den bekannten Verfahren, so daß höhere Festigkeiten der. Produkte bei vergleichbaren Dichten erreicht werden·

Die Bnergieumsetzung im zu erwärmenden Gut erfolgt in einem homogenen elektrischen Wechselfeld an allen Stellen gleichmäßig, wenn auch das zu erwärmende Gut homogen in seiner Zusammensetzung, seiner Dichte, seiner Struktur und somit seinen dielektrischen Eigenschaften ist. Die spezifischen dielektrischen Eigenschaften der Formen, in denen die Erwärmung der Korkprodukte im HF-Feld erfolgt, ermöglichen die Erzeugung von unterschiedlichen Temperaturen und damit Eigenschaften über den Querschnitt der Formteile, in dem z. B. Formwerkstoffe mit sehr niedrigem dielektrischen Verlustfaktor wie Polytetrafluorethylen oder spezielle Keramik verwendet werden. Die in den Randzonen der zu erwärmenden Substanzen erzeugte Wärme wird dann teilweise an die kaltbleibenden Formwandungen oder auch an die gekühlten Elektrodenplatten

"bzw. an die Umgebung abgegeben. Es stellt sich ein Temperaturprofil über den Produktquerschnitt ein, das z. B. im Inneren zur vollständigen chemischen Umsetzung der Korkstruktur, verbunden mit hoher Wärmedämmwirkung dieser inneren Schichten, führt, während die äußeren, weniger thermisch "beanspruchten Bereiche des Formteils ihre ursprüngliche Festigkeit und Elastizität weitestgehend erhalten· Durch die Zum!sehung geeigneter Bindemittel lassen sich auf diese Weise z. B. Korkdämmstoffe mit Integralstruktur auf vollkommen neuem Eigenschaftsniveau erzeugen. Andererseits können solche Formwerkstoffe verwendet werden, die gleichhohes oder höheres dielektrisches Verlustverhalten als das zu erwärmende Gut Kork besitzen. Setzt man z» S. eine entsprechende Vitrokeramik als Formwerkstoff ein, so wird durch die allseitige Umhüllung des Korks die Wärmeabgabe der Formteil-Randzonen kompensiert bzw* auf die Form beschränkt, so daß das Aufgabegut vollständig gleichmäßig auf die angestrebten Temperaturen erwärmt wird.

Die Einstellung der Dichte der Korkdämm- bzw. Korkpreßstoffe kann bei·der Erwärmung von Kork im HF-Feld wie bei den bekannten Verfahren vor, während oder unmittelbar nach der Warmb.ehandlung erfolgen. Ebenfalls analog zu den bekannten Verfahren kann der heiße Kork mit Hilfe geeigneter Bindemittel oder korkeigener Harze außer zu Platten auch zu Formteilen wie •Hohrhalbschalen, T-Profilen u. a. gepreßt werden.

Ausführungsbeispiele.

Beispiel 1:

Aus Korkabf allen soll Dämmaterial für die Fußbodenisclierung hergestellt werden. Korkbruch mit Korngrößen von 1 bis 30 mm wird in einem Rahmen aus Vitrokeramik mit einem dielektrisehen Verlustfaktor von 2,2 · 10 zwischen die Platten eines Arbeitskondensators gebracht, der an einen H?-Generator mit einer frequenz von 27_}12 MHz angeschlossen ist. Die Anpassung des G-enrator-Stromkreises und des Arbeitsstromkreises erfolgt über λ/4-Leitung durch Einstellen von Resonanz. Yon der Korkfüllung zu den Elektrodenplatten hin werden symmetrisch zunächst je eine Trennschicht aus Papier und dann ebenfalls "Vitrokeramik-Platten angeordnet. Dann wird ein EF-PeId mit einer Elektrodenspannung von 3 kV erzeugt und 480 s 'aufrechterhalten. Während dieser Zeit wird der Kork in der Form asyd^ativ umgesetzt* Leichtflüchtige Bestandteile entweichen und das Korkharz Suberin wird in eine viskose Phase überführt, Hach Abschalten des Feldes wird die Form mit dem heißen Gut entnommen· In einer Torrichtung wird der Kork zu

3 3

Dichten von 100 kg/m bzw· 200 kg/m gepreßt und nach dem Erkalten entformt. In Tabelle 1 sind die Eigenschaften dieser Produkte solchen gegenübergestellt, die aus Korkgranulat durch Erwärmung in einer elektrisch beheizten rotierenden Trommel hergestellt wurden.

Produkt

Masseverlust für Erzeugung der Aus gang s s üb s t anz

Masseverlust bei	Dichte	Wärmeleit	Druckfestig
Warmbehandlung		zahl	keit bei
			10 % Stauchung
( % )	(kß/m³)	( W/mK )	( N/iim² )

Backkork

(beheizte Trommel)

ca. (Korkgranulat)

30...40

< 0,035 0,053

> 0,2

Backkork (HF-FeId)

0 (Korkbruch)

ca. 15 ca. 15

<O,O35 0,048

>O,25

Tabelle 1; Eigenschaften von mit korkeigenen Harzen gebundenen Korkdämmplatten nach verschiedenen Herstellungsverfahren

Die anwendungstechnisch wichtigen eigenschaften der mit Hilfe von HF-Snergie erzeugten Korkdammplatten sind mit denen der nach konventioneller Verfahrensweise hergestellten vergleichbar bzw. geringfügig besser. Dabei ^verden mit geringeren Produktdichten gleiche oder höhere Druckfestigkeiten erzielt. Da von unaufbereitetem Korkbruch ausgegangen werden kann und die Masseverluste während der Warmbehandlung stark vermindert werden, wird das Ausgangsprodukt mindestens um 50 % besser genutzt als bei dem zum Vergleich herangezogenen Verfahren.

Beispiel 2i

Eorkbruch analog Beispiel 1 wird mit 5 % Polyethylen-Pulver

2 hoher Dichte (0,94-5 s/°^m ) u^ 3 % Wasser intensiv gemischt, so daß das Polyethylen an den Oberflächen der Korkpartikel gleichmäßig verteilt anhaftet. Diese Mischung wird in einer Polytetrafluorethylen-Form ebenfalls analog Beispiel 1 in einem Platten-Arbeitskondensator einem HF-FeId ausgesetzt. Die obere und untere Begrenzung der Form bilden dabei die Plattenelektroden, die nur durch Papierlagen von der Korkmischung getrennt werden. Das HF-Feld mit 3 kV wirkt wiederum 480 s lang ein. Während der Kork im Inneren der Form bei ca. 600 K vollständig expandiert und chemisch umgesetzt wird, stellt sich ein Temperaturgefälle zu den Randzonen ein, wo noch ca. 430 K erreicht werden. Der Kork an den ca. 15 nna dicken Randzonen wird zwar ebenfalls expandiert und niedrigsiedende Bestandteile werden ausgetrieben, die für die chemische Umwandlung typische Dunkelbraunfärbung bleibt jedoch aus. Der Verbund der Korkpartikel in den Randschichten wird durch das Bindemittel Polyethylen gewährleistet, das im Inneren die bindende Wirkung der Korkharze nach dem Erstarren ebenfalls unterstützt. Hach dem Abschalten der HF-Spannung wird die heiße Korkmischung analog Beispiel 1 zu Platten mit verschiedenen Dichten gepreßt, deren Eigenschaften solchen

Produkt

Zusammensetzung Dichte Wärmeleitzahl Druckfestig- Bruchfestigkeit bei keit % Ötauchg.

OO

JLJO

( W/mK )

Imprägnierkork

Baokkork

HIi¹-Fe Id-K ork m i t PE-HD

50 Korkgranulat 50 Bitumen

100 Korkgranulat

280

0,058

350

0,053 0,1

:0,3

95	Korkbruch	120	,033
5	Polyethylen	170	,042
	hoher Dichte	220	,047

0,15 0,22

0,25

12 48 89

'.Tabelle 2: Eigenschaften von Korkdämmaterialien verschiedener Zusammensetzung nach unterschiedlichen Herstellungsverfahren

ω P^

H' CD

ti i

CD ct

ct Φ H

CD H-

CD

er

CD

H H

sr *

et ta Φ ch

CD hi

CD ch

H- CD P^- et H O

hi 4,

Γ0 ca: ⁽rV

au Ρ ü

Φ H- Cu:

Wl CD H

CD hi ö

ρ: ο o^J hi Φ P-TH I Hj ü ω COl ta:

H O H H,

et H₃ ISl

fü ω

Zunächst sind analog Beispiel 1 die Vorteile der hohen Materialausnutzung bei der Verarbeitung von Korkabfällen im KF-SeId zu nennen, die durch die Verarbeitungsmöglichkeit unaufbereiteten Materials und die relativ kurzzeitige thermische Belastung beim Arbeiten mit Temperaturverteilungen über den Produktquerschnitt bedingt werden. Daneben werden durch die gezielte Einstellung von Integralstrukturen im Korkformling Eigenschaftskombinationen möglich, die mit den bekannten Verfahren nicht erreichbar sind· Während Wärmeleitfähigkeit und Druckfestigkeit bei 10 % Stauchung keine außergewöhnlichen Werte liefern, werden bei der Bruchfestigkeit estrem hohe Kenndaten erreicht, die nur auf die Integralstruktur der Produkte in Verbindung mit.einem geeigneten Bindemittel zurückgeführt werden können. Daß die Druckfestigkeiten bei 10 % Stauchung nicht höher liegen, ist auf die relativ hohen elastischen Anteile der chemisch nur -wenig umgewandelten Randzonen zurückzuführen. Daraus resultieren andererseits Vorteile beim Einsatz als druckfeste Wärmedämmschicht mit gleichzeitiger Schallisolationswirkung.

Die Kombination bekannter Eigenschaften von warmgeformten Korkprodukten mit einer extrem gesteigerten Druckfestigkeit bis zum Bruch erschließt diesen Stoffen einerseits neue Einsatzmöglichkeiten, andererseits werden in den üblichen Einsatzgebieten neben der Möglichkeit der Verwendung von Formteilen niedrigerer Dichte durch die erhöhte Kanten-Bruchfestigkeit verbesserte Lager- und Transport- sowie Verarbeitungseigenschaften gewährleistet.

Claims

— Ί Ί ~

Verfahren zur Herstellung von Korkdäinm- und Korkpreßstoffen mittels Warmformgebung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie zur Expansion der Korkzellen, zum Trocknen oder Schmelzen von Bindemitteln und/oder zur chemischen Umwandlung von Korkbestandteilen durch die dielektrischen Verluste in der zu erwärmenden Substanz selbst und/ oder in einer die zu erwärmende Substanz umhüllenden Form infolge der Einwirkung eines hochfrequenten elektrischen Feldes erzeugt wird.

Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindung der Korkpartikel zu Formteilen unter Warme- und Druckeinwirkung durch die Nutzung der in die viskose Phase überführten Korkharze und/oder zusätzliche Bindemittel erfolgt.

-Q.

3# Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinleitung in die zu formenden Korkprodukte vor, während oder kurz nach der Einwirkung des HF-Feldes erfolgt.

4·. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Korkproduktes in einer Form aus einem solchen Werkstoff erfolgt, der niedrigere dielektrische Verluste als Kork aufweist, und daß Wärme aus den Randzonen des Formvolumeninhalts über diesen Formwerkstoff und/oder über die Plattenelektrodan an die Umgebung abgegeben wird.