PL191427B1 - Sposób laminowania poprzez prasowanie płyty warstwowej - Google Patents

Abstract

1. Sposób laminowania poprzez prasowanie p lyty warstwowej z we lny zu zlowej, której w lók- na zmieni ly po lo zenie, cienk a, sztywn a ok ladzi- n a, tak a jak stalowa p lyta pokrywana warstw a polimeru, która przyczepiona jest po obu stro- nach p lyty z we lny zu zlowej przy pomocy war- stwy spoiwa, tworz ac p lyt e warstwow a, zna- mienny tym, ze u srednion a granic e spr ezyste- go nacisku P2 na p lyt e (1) z we lny zu zlowej stanowi acej rdze n okre sla si e w toku procesu, gdy z laminowanie poprzez prasowanie wykonu- je si e przy zastosowaniu kontrolowanej si ly nacisku mieszcz acej si e w przedziale od dolnej granicy P3 do górnej granicy 70% P2, gdzie wielko sc P3 dobiera si e, aby zapewni c mini- mum za lo zonej równo sci ok ladziny (3) i wyno- sz acej 0,5 mm/m. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób laminowania poprzez prasowanie płyty warstwowej.

Konstrukcje wykorzystujące płyty warstwowe stosowano od dawna w przemyśle budowlanym i stoczniowym. W przemyśle budowlanym zastosowano je po raz pierwszy w formie cienkich betonowych warstw oddzielonych od siebie warstwą izolacyjną, zwaną rdzeniem. Między warstwami stosowano zazwyczaj mostki, jako że z reguły sam rdzeń nie pozwalał na zachowanie zwartej warstwowej konstrukcji. Później wprowadzono konstrukcje wyposażone w cienką okładzinę, taką jak warstwa metalu lub laminatu. Konstrukcje takie wykorzystywano zazwyczaj jako ściany działowe w biurach i pomieszczeniach przemysłowych, albo też jako grodzie na statkach.

Jednocześnie z wprowadzeniem cienkich i elastycznych okładzin w konstrukcjach warstwowych, pojawiła się potrzeba stworzenia sztywnego rdzenia. Chociaż pożądaną sztywność uzyskać można było stosując porowate polimery, inne czynniki, takie jak palność materiałów i własności dźwiękoszczelne, zadecydowały, że jako rdzeń stosowano wełnę żużlową. W celu uzyskania pożądanej sztywności rdzenia wystarczyło czasem zastosowanie materiału o zwiększonej gęstości. Jednak w większości przypadków rdzeń wykonywano wykorzystując metodę zwaną techniką płytkową.

W trakcie procesu produkcji płyt z wełny żużlowej, kierunek włókien i rozmieszczenie warstw ustalane są w taki sposób, że włókna przebiegają zasadniczo równolegle do płaszczyzny płyty, dzięki czemu łatwiej podzielić płytę na cieńsze warstwy położone równolegle do całej płyty niż na warstwy położone w innych płaszczyznach. Takie rozmieszczenie włókien i ukształtowanie warstw sprawia, że płyty z wełny żużlowej są wysoce anizotropowe. W rezultacie płyty takie charakteryzują się niejednolitymi własnościami, takimi jak znacznie mniejsza odporność na odkształcenia pod naciskiem w momencie, gdy siła działa prostopadle do powierzchni płyty. Ponadto, z uwagi na to, że izolacja cieplna płyty wzrasta wraz z przyrostem jej grubości, oczywiste jest, że kierowano się tym przy rozmieszczaniu włókien wełny żużlowej.

Jednakże skuteczna izolacja cieplna nie jest jedyną, ani też zasadniczą własnością, jaką winien się charakteryzować produkt wykonany z wełny żużlowej. Czasami najbardziej pożądaną cechą jest wysoka odporność produktu na ściskanie. Odporność tę zwiększyć można zwiększając gęstość wełny żużlowej lub ilość spoiwa, lub też stosując oba te zabiegi. Jednakże techniki te wpływają niekorzystnie na koszt uzyskania produktu. Zgodnie z alternatywnym rozwiązaniem zmienić można strukturę włókien poprzez zmianę ich położenia. Wówczas, straty w skuteczności izolacji cieplej wyrównać można, wykorzystując nieznacznie grubszy produkt, co z reguły nie podnosi kosztów produkcji tak bardzo, jak to jest w przypadku zastosowania wełny o większej gęstości czy zwiększenia ilości spoiwa.

Zmiana położenia włókien odbywać się może na szereg różnych sposobów. Jedna z najbardziej radykalnych technik przewiduje obracanie ułożonych już włókien w trakcie wytwarzania płyty z wełny, w wyniku czego zostaną one umieszczone prostopadle, a nie równolegle, do płaszczyzny produktu.

Sposób ten wykorzystywany jest w tak zwanej technice płytkowej. Tradycyjnie stosowane płyty z weł ny ż u ż lowej wraz z cał kowicie utwardzonym spoiwem cię te są na stosunkowo cienkie pasma wykorzystywane jako elementy płytkowe. Obracane są one o 90° względem osi podłużnej i łączone ze sobą w celu uzyskania nowej warstwowej struktury. Uzyskana w ten sposób płyta charakteryzować się może znacznie większą odpornością na odkształcanie pod wpływem nacisku z zewnątrz na jej powierzchnię niż to jest w przypadku pierwotnej płyty, z której wykrawane są elementy płytkowe. Technikę te stosowano dotąd powszechnie, a ujawniono przykładowo w publikacji WO 90/07039. Znane są też inne techniki zmiany położenia włókien, lecz i one oparte są w mniejszym lub większym stopniu na tej samej zasadzie. Jeden z typowych sposobów obejmuje wycinanie elementów płytkowych z maty wełny żużlowej zwilżonej nieutwardzonym spoiwem prostopadle do kierunku jej przebiegu przed jej wprowadzeniem do pieca wulkanizacyjnego, po czym elementy płytkowe obracane są o 90° względem osi wzdłużnej i umieszczane jeden przy drugim w warunkach umiarkowanego ciśnienia. W wyniku tego uzyskiwana jest nowa mata wykonana z materiału, którego włókna zmieniły położenie, a która to mata umieszczana jest następnie w piecu wulkanizacyjnym. Wówczas, w trakcie utwardzania spoiwa, dochodzi nie tylko do zespolenia ze sobą poszczególnych włókien, ale i do utworzenia płytkowych połączeń o określonej wytrzymałości. Rozmieszczenie elementów płytkowych przed ich umieszczeniem w piecu wulkanizacyjnym przeprowadzane też być może w taki sposób, że mata wełny żużlowej dzielona jest na wąskie pasma, które obracane są o 90° względem osi wzdłużnej, po czym umieszczane są jeden przy drugim w warunkach umiarkowanego ciśnienia, w wyniku czego powstaje nowa mata wykonana z materiału, którego włókna zmieniły położenie. Mata ta umieszcza jest następnie

PL 191 427 B1 w piecu wulkanizacyjnym, gdzie proces produkcji kontynuowany jest w sposób opisany powyż ej. Podane tu przykładowo sposoby pozwalają na uzyskanie płytkowej struktury wełny żużlowej o wysokim stopniu anizotropii. Znane są też techniki, dzięki którym płytkowość uzyskanej struktury nie jest już tak wyraźna, co ogranicza pole jej zastosowań. Jedną z tych technik jest wzdłużne ściskanie maty włókiennej. Zgodnie z tym sposobem mata wełny żużlowej wyhamowywana jest w trakcie transportu do wnętrza pieca wulkanizacyjnego. W rezultacie owego zwolnienia mata, której włókna przebiegają pierwotnie równolegle do jej płaszczyzny, ulega, w mniejszym lub większym stopniu, sprasowaniu wzdłuż jej biegu, w wyniku czego jej włókna nachylone są względem płaszczyzny maty. Po wydostaniu się z pieca wulkanizacyjnego, mata z wełny żużlowej poddana wzdłużnemu ściskaniu charakteryzować się będzie własnościami od tych typowych dla zwykłej płyty z wełny żużlowej do tych charakteryzujących płytę wykonaną z elementów płytkowych. Produkcja płyty poddanej wzdłużnemu ściskaniu nie jest bardziej kosztowna niż w przypadku zwykłej płyty z wełny żużlowej, podczas gdy produkcja płyty o strukturze płytkowej zawsze wiąże się ze znacznie wyższym nakładem.

Własności bliższe jeszcze strukturze płytkowej uzyskać można dzięki technice, zgodnie z którą mata wełny żużlowej charakteryzuje się pierwotnie stosunkowo niewielką grubością, po czym składana jest ona na zakładkę, w wyniku jest ona grubsza. Złożona w ten sposób mata charakteryzuje się prostopadłym rozmieszczeniem włókien w stosunku do płaszczyzny maty za wyjątkiem włókien umieszczonych w pobliżu obu zewnętrznych płaszczyzn złożonej maty. W przypadku wykorzystania maty charakteryzującej się pierwotnie niewielką grubością odchylenia od rzeczywistej struktury płytkowej są nieistotne. Dzięki zastosowaniu tej techniki uzyskana struktura płyty charakteryzuje się w przybliżeniu tymi samymi własnościami co struktura płytkowa, jednakże sposób ten jest bardziej ekonomiczny z uwagi na to, że bezpośrednio po opuszczeniu linii produkcyjnej uzyskuje się płytę o strukturze pseudopł ytkowej.

Łączenie pierwotnych elementów z wełny żużlowej odbywać się może albo przy zastosowaniu spoiwa, albo też w sposób ujawniony w opisie SE 368 949, to jest poprzez przyklejanie zewnętrznej warstwy do tej powierzchni końcowej stosu elementów, która biegnie równolegle do płaszczyzny płyty o strukturze pł ytkowej, jaka ma być wykrojona ze stosu. Warstwa łącząca stanowi tu również zewnętrzną powierzchnię uzyskiwanej konstrukcji warstwowej.

Obie wspomniane tu techniki wiążą się z pewnymi ograniczeniami. Łączenie pierwotnych elementów z wełny żużlowej w stos wpływa na wzrost kosztów, powoduje zmniejszenie skuteczności izolacji cieplnej i niekorzystnie wpływa na palność uzyskanego produktu. Zewnętrzna warstwa spajająca z trudnością łączy się z powierzchnią na krawędzi stosu elementów z wełny żużlowej. Na wzrost kosztów wpływa ponadto zastosowanie dodatkowej warstwy zewnętrznego spoiwa. Zgodnie z drugim sposobem pewną liczbę pasm wykrawa się albo jednocześnie albo też etapami z płyty z wełny żużlowej, po czym łączy się je ze sobą w celu uzyskania płyty, której włókna zmieniły położenie, w przypadku której to płyty spodnia strona jest płaska, zaś górna wymaga starcia w celu uzyskania gładkiej powierzchni biegnącej równolegle do spodniej strony. Konieczne jest zatem uwzględnienie dodatkowego etapu procesu produkcji, potrzebnego na usunięcie pyłu i resztek materiału, zwłaszcza w przypadku produkcji profilowanych konstrukcji warstwowych. Nie sposób też pominąć kosztów związanych z konserwacją i użytkowaniem sprzętu do ścierania powierzchni.

Zgodnie z założeniami niniejszego opisu płyty z wełny żużlowej wykorzystywane w konstrukcjach warstwowych przypominają struktury płytkowe wykonywane z odrębnych, połączonych ze sobą pasm. Należy zaznaczyć, że opisywana tu technika znajduje również zastosowania w połączeniu z innymi konstrukcjami wykonywanymi z wełny żużlowej, a które charakteryzują się w przybliżeniu takimi samymi własnościami. W późniejszych rozwiązaniach szerokie zastosowanie znalazły panele warstwowe pokryte metalową powłoką wykorzystywane jako okładziny ścian zewnętrznych i sufitów. W przypadku zastosowań tego typu długość elementów warstwowych musi być znacznie większa niż dla ścian działowych i grodzi okrętowych. Takie wydłużone konstrukcje warstwowe winny się charakteryzować wyjątkową wytrzymałością wynikającą z własności poszczególnych elementów składowych, ale i ich wzajemnych oddziaływań. Te same wymogi dotyczą technologii produkcji konstrukcji tego rodzaju.

Sposób laminowania poprzez prasowanie płyty warstwowej z wełny żużlowej, której włókna zmieniły położenie, cienką, sztywną okładziną, taką jak stalowa płyta pokrywana warstwą polimeru, która przyczepiona jest po obu stronach płyty z wełny żużlowej przy pomocy warstwy spoiwa, tworząc płytę warstwową, według wynalazku charakteryzuje się tym, że uśrednioną granicę sprężystego nacisku P2 na płytę z wełny żużlowej stanowiącej rdzeń określa się w toku procesu, gdyż laminowanie

PL 191 427 B1 poprzez prasowanie wykonuje się przy zastosowaniu kontrolowanej siły nacisku mieszczącej się w przedziale od dolnej granicy P3 do górnej granicy 70% P2, gdzie wielkość P3 dobiera się, aby zapewnić minimum założonej równości okładziny i wynoszącej 0,5 mm/m.

Prasowanie przeprowadza się przy górnej granicy nacisku wynoszącej 50% średniej wartości granicy spężystości dla płyty z wełny żużlowej stanowiącej rdzeń.

Płytę wełny żużlowej przed i w trakcie prasowania ściska się w jej głównym poziomie prostopadle do i/lub wzdłuż jej wzdłużnego kierunku.

Płytę z wełny żużlowej oczyszcza się z luźnych cząstek przed zetknięciem jej ze spoiwem.

Siłę nacisku zmniejsza się znacznie lub całkowicie, na bardzo krótki okres czasu w trakcie pierwszej połowy etapu prasowania, po czym natychmiast ponownie przykłada się siłę nacisku na czas pozwalający na utwardzenie spoiwa, a przez to i na wyjęcie warstwowego produktu z prasy bez ryzyka odkształcenia, poza odkształceniem związanym ze sprężystym odzyskiwaniem grubości.

Okładzinę dociska się do płyt prasy przy użyciu podciśnienia lub pola magnetycznego.

Stosuje się spoiwo utwardzalne pod wpływem ciepła lub innego, czynnika zewnętrznego, takiego jak ultradźwięki, przy czym czynnik ten stosuje się w trakcie prasowania.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na rysunku na którym fig. 1a przedstawia perspektywiczny widok płyty z wełny żużlowej według wynalazku z częściowym przekrojem, fig. 1b - perspektywiczny widok płyty z wełny żużlowej według wynalazku ze zróżnicowaną wysokością i szerokością elementów płytkowych, fig. 2a - moment przed przeprowadzeniem prasowania zbyt wysokich płytkowych pasm, fig. 2b - pasma z fig. 2a po prasowaniu, fig. 3 - charakterystykę zachowania się wełny żużlowej pod naciskiem, fig. 4a - płaszczyzny włókien w postaci pionowych linii w początku odkształceń w kierunku pionowym, fig. 4b - spójne odkształcenie płaszczyzn włókien w kształcie litery „S”, fig. 4c - etap chaotycznego zgniatania a fig. 5 - trzy krzywe nacisku-odkształcenia. Zgodnie z tym, co przedstawiono na fig. 1a, produkcja konstrukcji warstwowej obejmuje po pierwsze wytwarzanie płyty 1, z wełny żużlowej o zmienionym położ eniu włókien, która to płyta zgodnie z rysunkiem charakteryzuje się strukturą płytkową, to jest obejmuje pewną ilość sąsiadujących ze sobą elementów płytkowych 2 lub ich rzędów. Po drugie obejmuje ona wyposażenie ukształtowanej w ten sposób płyty po obu jej stronach w okładzinę 3, w formie blachy, co odbywa się po naniesieniu warstwy spoiwa 4 na zewnątrz płyty z wełny żużlowej i od wewną trz okładziny. Przekrój poprzeczny okł adziny nie musi być idealnie pł aski, obejmować on może rozmaite grzbiety lub rowki, jak również profilowane krawędzi.

Zasadniczo, elementy płytkowe, których włókna zmieniły położenie, charakteryzują się jednakową wysokością, dzięki czemu wytworzona z nich płyta charakteryzuje się płaskimi brzegami. Jednakże możliwe są też sytuacje, gdy pożądane jest, przykładowo ze względów estetycznych, by pasma, z jakich wytwarzana jest płyta, charakteryzowały się różną długością; możliwe jest też różnicowanie ich szerokości.

Technologię tę przedstawiono na fig. 1b, gdzie elementy płytkowe 2' są wyższe i węższe niż elementy płytkowe 2. W rezultacie płyta o strukturze płytkowej 1' charakteryzuje się profilowaną powierzchnią. Jedna okładzina 3' jest płaska, podobnie jak na fig. 1a, zaś druga, 3, profilowana jest w taki sam sposób jak górna powierzchnia struktury płytkowej. Obie okładziny wyposaż one są w zgięte w dół krawędzi, łączące się z powierzchnią na krawędziach struktury płytkowej. Zgodnie ze stosowaną praktyką, profilowane rdzenie płytkowe wykonywane być mogą jedynie przy wykorzystaniu rdzeni produkowanych z wełny żużlowej, a które uzyskuje się poprzez łączenie ze sobą poszczególnych pasm.

Chociaż szczególnie korzystne jest zastosowanie termoutwardzalnego spoiwa, możliwe jest też wykorzystanie spoiwa samoutwardzalnego lub też utwardzalnego powierzchniowo, jakie wymaga przykładowo wystawienia na działanie ultradźwięków. W trakcie prasowania przeprowadzanego w podwyż szonej temperaturze lub przy wykorzystaniu innego czynnika dział ają cego zewnę trznie, okładzina łączona jest ze rdzeniem wełny żużlowej, zaś spoiwo jest utwardzane. Ażeby uzyskać pożądany efekt prasowania, odbywa się ono przy zastosowaniu odpowiedniego ogranicznika, określającego minimalną odległość między ściskanymi płaszczyznami, a przez to i grubość uzyskiwanego w ten sposób warstwowego produktu.

Technika kontrolowanego prasowania z wykorzystaniem ogranicznika wiąże się jednakże z niekorzystnymi efektami w rodzaju, przykładowo, nierównej powierzchni zewnętrznej i spajających połączeń niskiej jakości. Efekty te mogą niekorzystnie wpłynąć na estetykę uzyskanego produktu, jako że nawet nieznaczna nierówność powierzchni w formie wgłębienia lub zmarszczenia jest od razu widoczna, zwłaszcza w przypadku płaskich paneli, jakie są obecnie najczęściej wykorzystywane. Jednocześnie

PL 191 427 B1 obniża się wytrzymałość produktu. W celu zapobieżenia wspomnianym tu zjawiskom stosowano między innymi większą ilość spoiwa, grubsze okładziny, gęstszą wełnę żużlową przy jednoczesnym zwiększeniu ilości spoiwa, co wiązało się jednakże ze znacznym zwiększeniem kosztów produkcji i/lub nie dawało pożądanych rezultatów końcowych, ani też nie pozwalało na ich kontrolę. Wreszcie niekorzystne jest tutaj i to, że owe kosztowne operacje należy stosować również w przypadku produktów, które pozbawione są wymienionych tu defektów. Sytuacja ta spowodowała, że przeprowadzono szczegółowe badania i testy, które doprowadziły do uzyskania poniższego rozwiązania. Badania te wykazały, że podstawowy problem leży po części w zróżnicowanej sztywności materiału z wełny żużlowej, jej grubości, a wreszcie i w wewnętrznych napięciach materiału okładziny, jakie wykrywane są w trakcie prasowania, zwłaszcza przy jednoczesnym podgrzewaniu. Pierwszy z wymienionych powyżej problemów pojawia się we wszystkich materiałach rdzenia, którego włókna zmieniły położenie. Nie sposób go rozwiązać, o ile etap prasowania przeprowadzany jest przy zastosowaniu ogranicznika wyznaczającego określony z góry odstęp między ściskanymi płaszczyznami.

Drugi z powyższych problemów dotyczy zwłaszcza płytkowej struktury rdzenia. Rozwiązać go można, modyfikując jednocześnie proces produkcji rdzenia z wełny żużlowej o zmienionym położeniu włókien. Zastosować tu można dwa rozwiązania. Zgodnie z pierwszą techniką należy najpierw zebrać elementy wykonane z tradycyjnej wełny żużlowej w stos, które to elementy są następnie łączone ze sobą przed wykrawaniem z nich elementów płytkowych. I tak, wszystkie elementy płytkowe potrzebne do uzyskania rdzenia z wełny żużlowej o zmienionym położeniu włókien wykrawane są z pierwotnych elementów przy wykorzystaniu zaledwie jednego urządzenia, to jest piły taśmowej lub noża taśmowego. Jednakże sposób ten nie znajduje zastosowania w przypadku produkcji profilowanych elementów warstwowych. W praktyce nie sposób uniknąć niewielkich, przypadkowych różnic w wysokości elementów płytkowych, a ponadto i tego, że płyta z wełny żużlowej, której włókna zmieniły położenie, a którą to płytę wykonano poprzez połączenie płytkowych pasm, charakteryzuje się obecnością przynajmniej jednej nierównej powierzchni, albo też, w przypadku profilowanej płyty o strukturze płytkowej jej przekrój poprzeczny nie jest całkowicie regularny.

Cel niniejszego wynalazku zrealizować można zastępując etap tradycyjnego prasowania, jakie odbywa się zazwyczaj z wykorzystaniem ogranicznika pozwalającego na uzyskanie określonej grubości, nowoczesną techniką prasowania, w razie potrzeby przy wykorzystaniu podwyższonej temperatury, zgodnie z którą to techniką prasowanie odbywa się przy nacisku, którego wartość uzależniona jest od własności elementów wykorzystywanych w wytwarzanej konstrukcji warstwowej, to jest własności rdzenia z wełny żużlowej, okładziny i spoiwa. Początek i koniec prasowania wyznacza ich określone zachowanie.

Pierwsze z nich wyznacza dolną granicę wartości siły nacisku. Podstawowym celem jest uzyskanie pożądanego rezultatu spajania. Jakość spoiwa kontrolować można poprzez sprawdzanie wytrzymałości połączenia w teście wytrzymałości na rozciąganie, w trakcie którego okładziny odciągane są od rdzenia wełny żużlowej. Do rozdzielenia, dojść może w wyniku rozerwania lub rozklejenia. W przypadku rozerwania do rozdzielenia dochodzi w obrębie jednego z użytych materiałów. Proces ten rozpoczyna się zazwyczaj od części wełny żużlowej nieobejmującej spoiwa, to jest na pewnej głębokości płyty z wełny żużlowej. Czasem zawieść może samo spoiwo. Do rozklejenie dochodzi na granicy rdzenia wełny żużlowej i warstwy spoiwa lub też spoiwa i okładziny. Okazuje się, że najtrwalszą konstrukcję warstwową uzyskać można, o ile etap prasowania odbywa się przy wykorzystaniu tak wysokiego nacisku, by wyeliminować ryzyko rozklejenia w uzyskanym produkcie.

Dlatego też dolna granica wartości nacisku równa jest najniższemu naciskowi, przy jakim nie może dojść do rozklejenia.

W wyniku stopniowego zwię kszania nacisku ponad ową dolną granicę uzyskany zostanie poziom, na którym pojawić się mogą negatywne efekty dla struktury wełny żużlowej, w wyniku czego obniżona zostanie wytrzymałość konstrukcji warstwowej. Należy zatem zapewnić, by rdzeń z wełny żużlowej charakteryzował się wystarczającą wytrzymałością, pozwalająca na poddanie się naciskowi bez ryzyka późniejszego rozdzielenia. Zazwyczaj warunek ten spełniany jest w taki sposób, że dobierana jest wełna żużlowa o pożądanej gęstości i zawartości spoiwa. W niektórych przypadkach ustala się również stopień zmiany położenia włókien wełny żużlowej. Inne parametry, jakie poddać można pewnym zmianom, to średnica włókien i zawartość włókien w wełnie. Niszczący efekt działania nacisku pojawić się może już dla wartości równej granicy plastyczności rdzenia z wełny żużlowej, co zostanie opisane szczegółowo poniżej.

PL 191 427 B1

W celu ustalenia maksymalnego nacisku, jaki stanowi górną granicę dla przedziału wartości nacisku według wynalazku, należy wziąć pod uwagę z jednej strony to, w jaki sposób wełna żużlowa, której włókna zmieniły położenie, zachowuje się pod naciskiem, zaś z drugiej strony to, że płyta z wełny żużlowej, której położenie włókiem uległo zmianie, stanowiąca rdzeń konstrukcji warstwowej, wykonana jest z elementów o różnych własnościach odkształcania.

Wełna żużlowa pod naciskiem zachowuje się w sposób zaprezentowany na fig. 3. Pozioma oś wskazuje na odkształcenie, zaś pionowa na wartość siły nacisku. Osie te nie zostały skalibrowane w jednostkach bezwzglę dnych, jako że rzeczywiste wartości uzależ nione są od gęstości, zawartości spoiwa, stopnia zmiany położenia włókien i innych parametrów. Na schemacie przedstawiono stosunkowo proste zachowanie płyty z wełny żużlowej o zmienionym położeniu włókien, jednak opis mechanizmu odkształcania odnosi się i do innych typów konstrukcji z wełny żużlowej o zmienionym położeniu włókien.

Zmiany w strukturze płyty pod wpływem nacisku nie dają się opisać w sposób ścisły. Dlatego też niniejszy opis opiera się na modelu pomimo zgromadzenia sporej ilości danych na podstawie przeprowadzonych eksperymentów. Początkowo wartość siły nacisku i odkształcenia wynosi zero. Wraz ze wzrostem siły nacisku powoli wzrasta stopień odkształcenia, co opisuje krzywa na odcinku oznaczonym literą A. Odcinek ten opisuje fazę adaptacyjną, w trakcie której nierówności na powierzchni płyty z wełny żużlowej stopniowo poddają się sile nacisku, w wyniku czego zrównują się one z gładkimi powierzchniami. Na tym etapie ocenić można, w jaki sposób dochodzi do zetknięcia naciskających płyt z wystającymi włóknami, które stwarzają na tyle niewielki opór, że można go tu pominąć. Potem, gdy coraz większa ilość włókien i ich wiązek poddawana jest sile nacisku, ich opór stopniowo wzrasta.

Wreszcie dochodzi do momentu, gdy odkształceniu ulega cała struktura wełny żużlowej. Sytuację tę opisuje krzywa B (faza odkształceń sprężystych), gdy wartość nacisku rośnie proporcjonalnie do stopnia odkształcenia. Na tym etapie prasowanie odbywa się zgodnie z opracowanym modelem, gdzie płaszczyzny włókien przedstawione w postaci pionowych linii na fig. 4a zaczynają się odkształcać w kierunku pionowym, przy czym zachowane są odstępy między nimi i równolegle położenie. Proces ten przedstawiono na fig. 4b, gdzie spójne odkształcanie płaszczyzn włókien przedstawiono przy użyciu linii w kształcie litery S.

W zależności od stopnia jednorodnoś ci warstw włókien i ich podobieństwa, faza odkształceń sprężystych może trwać dłużej lub krócej. Na tym etapie obserwować można niemal całkowitą sprężystość włókien.

W momencie osiągnięcia okreś lonej wartości nacisku, odkształcanie odbywa się już w sposób niespójny (etap chaotycznego zgniatania), gdy poszczególne płaszczyzny włókien nie są już położone równolegle względem siebie, co opisuje krzywa C na fig. 3 i 4c.

Moment przejścia między etapem odkształceń sprężystych B i etapem chaotycznego zgniatania C zwany jest granicą plastyczności, a oznaczony został na fig. 3 symbolem Pg. Wzrost siły nacisku spowoduje zniszczenie struktury. Nie jest tu już konieczne zwiększanie siły nacisku, podczas gdy odkształcanie struktury trwa nadal, co opisuje krzywa D na fig. 3. Etap ten odpowiada przykładowo umownej granicy plastyczności stali. Na etapie C zdolność rdzenia z wełny żużlowej do odzyskania pierwotnej grubości jest już niepełna, zaś na etapie D zjawisko to się pogłębia. Przejście od etapu C do D wyznacza granicę zniszczenia w wyniku ściskania. W przypadku materiałów obejmujących zasadniczo płaskie warstwy włókien, wartość nacisku na granicy plastyczności wynosi 70-80% wartości na granicy zniszczenia w wyniku ściskania.

W przypadku materiał ów, które nie są wykonane w formie pł askich warstw wł ókien i których struktura nie jest spójna, trudniej jest ustalić granicę plastyczności. W takim wypadku wartość Pg określa się jako procent wartości na granicy zniszczenia w wyniku ściskania; zazwyczaj wynosi ona 70%. Jeśli nie sposób określić granicy zniszczenia, określa się ją jako wartość nacisku powodującego pewną zmianę grubości materiału, zazwyczaj 1%.

Niniejszy wynalazek opiera się na odkryciu, że poszczególne elementy tworzące płytę z wełny żużlowej, której włókna zmieniły, w mniejszym lub większym stopniu, położenie, mogą, z jednej strony, charakteryzować się początkowo różną wysokością, zaś z drugiej strony - opisywać je mogą różne, choć zbliżone do zaprezentowanej na fig. 3, krzywe obrazujące relację nacisku i odkształcenia. Zjawisko to zaprezentowano na fig. 5, gdzie pokazano trzy krzywe nacisku-odkształcenia. Krzywa (a) odpowiada stosunkowo sztywnemu pasmu o dość płaskich krawędziach - górnej i dolnej. W rezultacie etap przejściowy jest wąski, etap odkształceń sprężystych jest stosunkowo stromy, zaś granica plastyczności położona jest raczej nisko. Krzywa (b) przedstawia charakterystykę dla pasma równej wysokości, które jest

PL 191 427 B1 jednak mniej sztywne. Etap przejściowy jest szerszy, etap odkształceń sprężystych nie przebiega na krzywej tak stromo, zaś granica plastyczności położona jest nieznacznie wyżej. Wreszcie krzywa (c) odpowiada pasmu mniejszej wysokości, które zacznie się odkształcać dopiero wówczas, gdy dwa pozostałe elementy ulegną już częściowemu odkształceniu pod wpływem nacisku. Widać tu, że dla określonego stopnia odkształcenia dla trzech elementów płytkowych, którym odpowiadają krzywe (a), (b) i (c) na fig. 5, element płytkowy b znajduje się na etapie odkształceń elastycznych dla wartości nacisku Pb, podczas gdy nacisk Pa wywierany na element a spowodował już nieodwracalne odkształcenie jego struktury. Natomiast element c poddany naciskowi Pc nie przeszedł nawet przez cały etap odkształceń sprężystych.

W rezultacie płyta z wełny żużlowej charakteryzuje się własnościami będ ącymi wypadkową własności wszystkich jej pasm lub elementów. I tak płyta ta charakteryzuje się odmiennymi wartościami dla etapu adaptacyjnego i etapu odkształceń sprężystych oraz własną granicą plastyczności. Drugim zadaniem, jakie postawiono przed niniejszym wynalazkiem, jest zapobieżenie sytuacji, gdy nacisk przekroczy wartość równą granicy plastyczności.

W wyniku prasowania płyta z wełny żużlowej o przemieszczonych włóknach wyposażona jest w cienką , sztywną okładzinę , taką jak stalowa blacha pokrywana polimerem, mocowaną z pomocą spoiwa po obu stronach płyty. W taki też sposób wytwarzana jest warstwowa konstrukcja przy wykorzystaniu nacisku o określonej wartości, to jest poczynając od wartości minimalnej P1 koniecznej do zapobieżenia rozklejeniu warstwy spoiwa aż do wartości odpowiadającej granicy plastyczności P2, przy czym elementy warstwowej konstrukcji, to jest rdzeń z wełny żużlowej, okładzina i spoiwo, dobrane są w taki sposób, by P1 < P2.

Wykorzystać tu można spoiwo termoutwardzalne, przy czym w trakcie prasowania stosuje się podwyższoną temperaturę. Zgodnie z alternatywnym rozwiązaniem, spoiwo utwardzane być może pod wpływem innego czynnika zewnętrznego, takiego jak ultradźwięki, przy czym czynnik ten oddziałuje również w trakcie prasowania.

Wynalazek niniejszy zasadza się na spostrzeżeniu, że w momencie, gdy nacisk osiąga wartość odpowiadającą granicy plastyczności płyty z wełny żużlowej, granica ta może być już znacznie przekroczona dla jednego lub więcej elementów tej płyty. Badania statystyczne i przeprowadzone eksperymenty wykazały jednak, że w normalnych warunkach dopuszczalny jest wzrost nacisku do 70% średniej wartości granicy plastyczności, nie powodując przy tym znaczącego uszkodzenia struktury płyty. Na poziomie 50% bezpieczeństwo jest odpowiednio wyższe.

Zgodnie z tym, o czym mowa była powyżej, niniejszy opis odnosi się do płyty z wełny żużlowej wykonanej z pewnej liczby pasm płytkowych o zmienionym położeniu włókien. Jednakże te same zasady, o których tu mowa, dotyczą dowolnych płyt z wełny żużlowej, jakie wykonano zmieniając położenie włókien w inny niż wspomniany tu sposób, przy czym pasma płytkowe odpowiadać mogą różnym częściom płyty z wełny żużlowej.

Podczas gdy konstrukcje warstwowe wykonane zgodnie z opisanym tu sposobem charakteryzują się zazwyczaj bardzo dobrymi własnościami strukturalnymi, istnieje możliwość, że jedna lub obie strony takiej struktury charakteryzować się mogą po przeprowadzeniu prasowania obecnością wgłębień ze względu na nierówną grubość lub sprężystość położonej niżej płyty wełny żużlowej. Obecność wgłębień tego rodzaju jest szczególnie niekorzystna, zwłaszcza w przypadku okładziny, która przy określonym oświetleniu ujawnić może drobne nierówności na płaskiej powierzchni.

Zmarszczenie powierzchni panelu wyraża się jako odchylenie w przekroju powierzchni w mm/m. Do zaakceptowania są odchylenia poniżej 0,5 mm/m. Stanowi to dodatkowe ograniczenie dla niniejszego wynalazku, zwłaszcza gdy płyta z wełny żużlowej wykonana jest z pasm płytkowych połączonych ze sobą, jedno przy drugim, w rzędy.

Eliminowanie nierówności na powierzchnirdzenia, spowodowanych niekontrolowanymi zmianami w grubości rdzenia, odbywa się przy zastosowaniu odpowiednio wysokiego nacisku w dwóch powiązanych ze sobą procesach. W trakcie jednego z nich dochodzi do intensywniejszego prasowania zbyt wysokich płytkowych pasm, zaś w trakcie drugiego rozprowadzane jest spoiwo w miejscach, gdzie między dwoma przylegającymi do siebie elementami płyty nadal pozostają różnice wysokości. Wyjaśniono to na fig. 2a i 2b, gdzie pewną liczbę elementów płytkowych ułożono w taki sposób, by tworzyły one płaską powierzchnię będącą podłożem dla okładziny. Fig. 2a przedstawia moment przed przeprowadzeniem prasowania, zaś fig. 2b - już po prasowaniu. Na wykresach zaprezentowano trzy elementy płytkowe 5, 6 i 7, górną okładzinę 8 i warstwę spoiwa 9. Warstwę spoiwa umieszczono na spodzie okładziny 8, ale możliwe jest też jej naniesienie na górną krawędź elementów płytkowych 5 - 1.

PL 191 427 B1

Przed przeprowadzeniem procesu prasowania elementy płytkowe charakteryzują się nieznacznie zróżnicowaną wysokością, przy czym element płytkowy 6 jest niższy od innych. W trakcie prasowania, wszystkie elementy poddawane są temu działaniu siły nacisku. Elementy najwyższe ściskane są intensywniej od niższych, w wyniku czego różnice te zostają niemal całkowicie wyrównane. Pozostałe miejsca, gdzie nadal obserwuje się różnice wysokości pomiędzy sąsiednimi elementami, wypełniane są spoiwem. Jest to zarazem drugi spośród procesów mających na celu wyeliminowanie różnic wysokości elementów płytkowych. Po przeprowadzeniu prasowania następuje etap sprężystego odkształcenia w celu odzyskania pierwotnej wysokości. Jednak w przypadku najwyższych elementów odzyskanie pierwotnej wysokości uniemożliwiają niższe elementy wraz z okładziną i warstwą spoiwa. To samo dotyczy też różnic wysokości, do jakich dojść może w jednym i tym samym elemencie płytkowym, jak również przypadkowych zniekształceń na profilowanej powierzchni, co pokazano na rysunku. Jeśli różnice wysokości w pierwotnej płycie nie są nazbyt duże, co osiągnąć można przez uprzednie, staranne, jednak nie nazbyt kosztowne, ścieranie poszczególnych elementów płytkowych, uzyskać można płytę z wełny żużlowej, obejmującą warstwę spoiwa, charakteryzującą się równą grubością lub odpowiednim wyprofilowaniem. Konieczne jest zastosowanie okładziny w celu uzyskania gładkiej lub odpowiednio wyprofilowanej powierzchni.

W trakcie prasowania, zwłaszcza wówczas, gdy towarzyszy mu podgrzewanie, dojść może do sytuacji, gdy wewnętrzne napięcia materiału, z jakiego wykonano okładzinę, zostaną uwolnione, czemu towarzyszyć będzie występowanie zmarszczenia na powierzchni. Dlatego też prasowanie odbywać się musi przy dostatecznym nacisku, który zniweluje nieregularności tego rodzaju. W celu zapobieżenia sytuacji, gdy zmarszczenie pojawi się ponownie już po przeprowadzeniu odpowiednio intensywnego prasowania, konieczne jest zastosowanie dostatecznie mocnej warstwy spoiwa, która nie dopuści do wystąpienia omawianej sytuacji. Połączenie spoiwa, rdzenia z wełny żużlowej, siły nacisku oraz ogrzewania winno pozwolić na uzyskanie bezpiecznego przenikania spoiwa do wnętrza wełny, po czym nastąpiłoby ich połączenie i wzmocnienie spoiwa przez włókna wełny. Specjalista na podstawie powyższego opisu winien wziąć pod uwagę wymagania związane z zastosowaniem danej okładziny i dobrać odpowiedni punkt wyjściowy dla przeprowadzenia powyższych czynności. Nietrudno też kontrolować, by wnikanie spoiwa do wnętrza wełny odbywało się w odpowiedni sposób.

Wysokość siły nacisku wymaganego w trakcie prasowania uzależniona być może od doboru spoiwa o określonej płynności i zdolności nawilżania oraz od użycia takiego materiału na okładzinę, na powierzchni którego trudno dochodzi do wybrzuszeń.

Poniżej omówiony zostanie dobór odpowiedniej wartości P3 nacisku, który pozwoli na uzyskanie, w granicach wyznaczonych przez jakość produktu i własności jego poszczególnych elementów, powierzchni o odpowiedniej gładkości już po przeprowadzeniu etapu prasowania. W praktyce odpowiednią gładkość uzyskać można poprzez jednoczesne zapewnienie tej minimalnej wartości siły nacisku oraz takiego doboru elementów, by P2 > P3. Wówczas dolna granica wartości siły nacisku będzie większa dla P1 i P3.

Gładkość rdzenia z wełny żużlowej, zwłaszcza jeśli wykonany on został z sąsiadujących ze sobą pasm lub rzędów pasm, których włókna zmieniły położenie, zostanie zwiększona, jeśli płyta z wełny żużlowej, przed i w trakcie prasowania, poddana zostanie naciskowi działającemu prostopadle do osi wzdłużnej płyty. W ten też sposób stosunkowo niewielkie siły działające na element przenoszone są na elementy sąsiednie. Analogiczny rezultat uzyskać można poddając sąsiadujące ze sobą pasma lub rzędy pasm o zmienionym położeniu włókien przed i w trakcie prasowania sile nacisku działającej równolegle do osi wzdłużnej.

Po utwardzeniu spoiwa w trakcie prasowania, siła nacisku oddziałuje tak długo, aż uzyskany zostanie trwały efekt. Konieczne jest, by przed zastosowaniem spoiwa rdzeń wełny żużlowej został oczyszczony. Dokonać tego można przy wykorzystaniu podciśnienia, przy czym pożądany efekt można wzmocnić przepuszczając płytę rdzenia przez bardzo cienkie, stosunkowo mocne noże lub zasłony powietrzne, które pozwalają na oddzielenie luźnych cząstek od powierzchni rdzenia z wełny żużlowej.

Zgodnie z poczynionymi obserwacjami, owe zanieczyszczenia, jakie stanowią drobiny włókien, przylegać mogą do płyty wełny żużlowej za sprawą działania sił elektrostatycznych. Dlatego też czyszczenie odbywać się może w sposób efektywniejszy poprzez poddanie owych cząstek wraz z najbliższym otoczeniem działaniu eliminatora ładunków.

Dobór odpowiedniego spoiwa jest ważny dla uzyskania efektu końcowego, który byłby korzystny i ze względów technicznych i ekonomicznych. W opisywanym tu rozwiązaniu wykorzystano spoiwo poliuretanowe. Szczególne korzystne w tej grupie są substancje dwuskładnikowe. Zgodnie z korzystnym

PL 191 427 B1 rozwiązaniem spoiwo nanoszone jest na okładzinę przed połączeniem warstw poprzez prasowanie. Ilość potrzebnego spoiwa uzależniona jest do pewnego stopnia od gęstości i struktury rdzenia z wełny żużlowej, jak również od zdolności wyrównywania powierzchni wymaganej tu od spoiwa. Zasadniczo ilość ta waha się pomiędzy 100 - 400 g/m², a korzystnie wynosi około 200 g/m². Płyty z wełny żużlowej będące wyjściowym materiałem do produkcji elementów płytkowych, a przez to i płyt o strukturze płytkowej, wykonane są korzystnie z wełny żużlowej o gęstości 80 - 140 kg/m³ i zawartości spoiwa 2-5%. Płyty wełny żużlowej, których włókna zmieniły położenie w inny sposób winny się charakteryzować przynajmniej takimi wartościami gęstości wełny żużlowej i zawartości spoiwa. Technika pozwalająca na uzyskanie większej gładkości, a przez to i estetyczniejszego wyglądu okładziny w elemencie warstwowym oparta jest na gwałtownym uwalnianiu w znacznym stopniu, albo i całej siły nacisku w trakcie pierwszej połowy etapu prasowania, po czym ponownie wywierany jest nacisk przez czas pozwalający na utwardzenie spoiwa lub bezpieczne usunięcie warstwowego produktu z prasy bez ryzyka odkształcenia, wyjąwszy fakt odzyskiwana grubości w wyniku rozprężania. Technika ta pozwala na uwolnienie napięć znajdujących się w materiale, z jakiego wykonano okładzinę, a do których doszło przykładowo w wyniku podgrzewania produktu. Jednym ze sposobów pozwalających na uniknięcie zmarszczenia powierzchni produktu jest przyciągnięcie okładziny w kierunku płyt prasy. W tym też celu zastosować można podciśnienie, albo też, o ile okładzina wykonana jest z materiału magnetycznego, pole magnetyczne działające na powierzchni płyt. Nie pozwala to na obniżenie siły nacisku P3, co może się okazać szczególnie korzystne, przykładowo wówczas, gdy konieczne byłoby zastosowanie wysokiej siły nacisku ze względu na wykorzystanie rdzenia wełny żużlowej o wysokiej gęstości.

Niniejszy wynalazek znajduje rozwiązanie zarówno w przypadku prasowania ciągłego lub okresowego, jak i jego form pośrednich. Mowa tu przykładowo o skokowym przesuwaniu prasowanego produktu lub też o prędkości przenośnika wahającej się cyklicznie między wysoką a niską wartością.

P r z y k ł a d 1

W jednym wykonaniu tego wynalazku zastosowana pł yta 1 z wełny ż u ż lowej jest konstrukcyjną wełną typu prawdziwie płytkowego o gęstości 100 kg/m³. Dla tego typu wełny, P2, odpowiadające Pg na fig. 3, zmienia się i wynosi 70 kPa. Zastosowana okładzina 3 jest równa (lekko profilowana) pokryta stalą o grubości 0,5 mm, a minimalna siła nacisku do osiągnięcia równości powierzchniowej osiąga P3 i wynosi 2 kPa. Warstwa spoiwa 4 wybrana do tej odmiany stanowi klej poliuretanowy dwusk ł adnikowy nałożony w ilości 200 g/m². W tym przypadku P1 wynosi 8 kPa. Klejowe utwardzenie zachodzi bez zewnętrznych wpływów ale czas wymagany do utwardzania może być obniżony poprzez zwiększenie temperatury. Dlatego płyta 1 z wełny mineralnej stanowiąca rdzeń, okładzina 3 i warstwa spoiwa 4 są wybrane tak aby spełnić wymagania P1 < P2 i P3. Kiedy poprzednio opisane czynniki będą wzięte pod uwagę, górna granica siły nacisku jest wyliczona w oparciu o P2, i wynosi 70%, ale korzystnie 50% P2, a bardziej precyzyjnie 35 kPa. Temperatura podczas prasowania moż e być podniesiona do +40°C, zmniejszając czas wymagany do prasowania, przykładowo do 10 minut.

P r z y k ł a d 2

W innym wykonaniu tego wynalazku, płyta 1 z wełny mineralnej stanowiąca rdzeń może mieć gęstość 140 kg/m³. Dla tej wełny P2 wynosi 110 kPa, a górna granica siły nacisku 55 kPa. Inne czynniki pozostają takie same jak w poprzednio opisanym przykładzie wykonania 1.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób laminowania poprzez prasowanie płyty warstwowej z wełny żużlowej, której włókna zmieniły położenie, cienką, sztywną okładziną, taką jak stalowa płyta pokrywana warstwą polimeru, która przyczepiona jest po obu stronach płyty z wełny żużlowej przy pomocy warstwy spoiwa, tworząc płytę warstwową, znamienny tym, że uśrednioną granicę sprężystego nacisku P2 na płytę (1) z wełny żużlowej stanowiącej rdzeń określa się w toku procesu, gdyż laminowanie poprzez prasowanie wykonuje się przy zastosowaniu kontrolowanej siły nacisku mieszczącej się w przedziale od dolnej granicy P3 do górnej granicy 70% P2, gdzie wielkość P3 dobiera się, aby zapewnić minimum założonej równości okładziny (3) i wynoszącej 0,5 mm/m.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prasowanie przeprowadza się przy górnej granicy nacisku wynoszącej 50% średniej wartości granicy spężystości dla płyty (1) z wełny żużlowej stanowiącej rdzeń.

   PL 191 427 B1
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że płytę (1) wełny żużlowej przed i w trakcie prasowania ściska się w jej głównym poziomie prostopadle do i/lub wzdłuż jej wzdłużnego kierunku.
4. 4. Sposób według zastrz.3, znamienny tym, że płytę (1) z wełny żużlowej oczyszcza się z luźnych cząstek przed zetknięciem jej ze spoiwem.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że siłę nacisku zmniejsza się znacznie lub całkowicie, na bardzo krótki okres czasu w trakcie pierwszej połowy etapu prasowania, po czym natychmiast ponownie przykłada się siłę nacisku na czas pozwalający na utwardzenie spoiwa, a przez to i na wyjęcie warstwowego produktu z prasy bez ryzyka odkształcenia, poza odkształceniem związanym ze sprężystym odzyskiwaniem grubości.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że okładzinę dociska się do płyt prasy przy użyciu podciśnienia lub pola magnetycznego.
7. 7. Sposób według zastrz.4, znamienny tym, że stosuje się spoiwo utwardzalne pod wpływem ciepła lub innego, czynnika zewnętrznego, takiego jak ultradźwięki, przy czym czynnik ten stosuje się w trakcie prasowania.