Verfahren zur Herstellung von Nadelfilz aus Steinwolle

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Nadelfilz aus Steinwolle, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Es ist bekannt, daß Steinwolle, wenn sie einem Nade­lungsvorgang unterworfen wird, keine merkliche Verbes­serung des Faserzusammenhaltes zeigt. Sie kann somit nicht durch einen Nadelungsvorgang als Nadelfilz verfe­stigt werden, so daß eine erforderliche Verfestigung in der Praxis entweder durch ein aushärtendes Bindemittel erfolgt, wenn der Filz als mehr oder weniger steife Platte benötigt wird, oder durch mechanische Mittel, etwa in Form sog. Drahtmatten, wobei der Steinwollefilz mittels eines Metalldrahtes oder dergleichen versteppt wird. Während die Verwendung eines aushärtenden Binde­mittels die Einsatzmöglichkeit der so gebildeten Stein­wolleplatte infolge ihrer Steifheit und infolge des Eintrags eines nicht hitzebeständigen organischen Bin­demittels beschränkt, eignen sich Drahtmatten nicht für den Einsatz in korrosiver Umgebung und ist die erziel­bare Rohdichte begrenzt.

[0003] Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, Steinwolle durch eine Vielzahl von Behandlungen und Zusätzen für einen Nadelungsvorgang geeignet zu machen. Beispiels­weise aus der DE-OS 22 32 785, von der die Erfindung im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht- ist es bekannte den Steinwollefasern Asbestfasern als vliesbildender Fa­serzusatz zuzumischen, um so einen nadelbaren Filz zu erhalten. Da die Asbestfasern eine außerordentlich hohe Friktion auf die Nadeln der Nadelbank ausüben, wird dem Filz weiterhin ein Gleitmittel zugesetzt- welches nach dem Nadelungsvorgang durch Wärmeeinwirkung wieder aus­getrieben wird. Als Gleitmittel wird hierbei eine wäss­rige Lösung oder Suspension eines nicht metallhaltigen, verflüchtigbaren organischen Gleitmittels vorgeschlagen, welches nach dem Austreiben keine alkalisch reagierenden Substanzen im Nadelfilz zurückläßt. Als geeignete Gleit­mittel werden ein aromatischer oder aliphatischer Polyglykolether, Fettsäurederivate wie Fettsäureetha­nolamid, Silikonöle oder nichtionogene Tenside sowie alkalimetallfreie anionische Tenside vorgeschlagen.

[0004] Ein Zusatz von Asbestfasern scheidet jedoch infolge der gesundheitsgefährdenden Wirkung von Asbestfasern von vorneherein aus.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Nadelfilz aus Steinwolle der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art anzugeben, welches zu einem ausschließlich aus Steinwolle, ohne Zusatz anderer Fasern, bestehenden Nadelfilz führt.

[0006] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeich­nenden Merkmale des Anspruchs 1.

[0007] Es hat sich überraschend gezeigt daß die Lösung der Aufgabe dann gelingt, wenn Steinwolle mit besonders dünnen Fasern verwendet wird, und diesen Fasern im Sinne einer Avivage ein Mittel mit für derartige Textilzu­satzstoffe unüblich hoher Viskosität zugesetzt wird. Steinwollefasern mit einer geringen durchschnittlichen Faserdicke von vorzugsweise weniger als 6 µm können im Querblasverfahren oder in Düsenblasverfahren bei Ver­wendung der Lehre der älteren deutschen Patentanmeldung P 38 07 420 erhalten werden und stehen somit zur Verfü­gung. Avivagen mit einer Viskosität von vorzugsweise über 2000 cP stehen beispielsweise als Staubbindemittel auf Mineralölbasis ebenfalls auf dem Markt zur Verfü­gung. Durch die Verwendung besonders dünner Steinwolle­fasern wird deren Sprödigkeit und Biegewiderstand her­abgesetzt, so daß die Fasern leichter von den Nadeln der Nadelbank mitgenommen und in den Steinwollefilz hinein­gezogen bzw., wenn eine ausreichend große Länge der Fa­sern vorliegt, durch diesen hindurchgezogen werden. Die Avivage verbessert die Geschmeidigkeit der dünnen Fasern noch erheblich. Die hohe Viskosität der Avivage, die bevorzugt in einem Gewichtsanteil des Mittels von we­nigstens 0,05 %, bezogen auf das Gewicht des trockenen Steinwollefilzes, der Steinwolle zugesetzt ist, läßt, wenn die Obergrenze von 10.000 cP nicht überschritten wird, überraschend eine Gleitbewegung der von den Nadeln erfaßten Fasern in ihre Verankerungsposition im Nadel­filz zu, hält aber nach Beendigung der Einwirkung der Nadeln infolge der hohen Viskosität die Fasern in der durch den Nadelungsvorgang im Nadelfilz gefundenen Lage. Zugleich wird der Zusammenhalt zwischen benachbarten Fasern verbessert und so erreicht, daß die Einwirkung der Nadeln nicht auf je einen Faden oder ganz wenige Fäden pro Nadel beschränkt ist, sondern von den unmit­telbar von den Nadeln erfaßten Fäden eine Mitnahme­wirkung auf benachbarte Fäden ausgeht und so die Fe­stigkeit des Nadelfilzes weiter verbessert wird. Wei­terhin erfolgt dadurch eine Ausdehnung der Nadeleinwir­kung auf einen größeren Umgebungsbereich der jeweiligen Nadel mit der Folge, daß die gesamte Steinwollebahn trotz der nur punktuellen Einwirkung der Nadeln insge­samt erheblich beispielsweise auf ein Mehrfaches ver­dichtet wird und mit vergleichsweise hoher Rohdichte wie ein dickes textiles Tuch ähnlich einer Wolldecke guter Festigkeit und Handhabbarkeit sowie bestmöglicher Ver­formbarkeit vorliegt.

[0008] Es gibt Anwendungsfälle, bei denen die Avivage im Na­delfilz verbleiben soll, insbesondere dann, wenn ihre Staubbindewirkung für die weitere Handhabung des Nadel­filzes genutzt werden soll. Bei Verwendung besonders dünner Steinwollefasern und ggfs. einer erhöhten Zu­satzmenge an Avivage ist der so gebildete Nadelfilz für die weitere Verarbeitung ausreichend stabil und weist allenfalls ganz geringe Rückfederung auf.

[0009] Eine besonders gute Nadelbarkeit einer Filzbahn ergibt sich gemäß dem Ergebnis durchgeführter Versuche dann, wenn sie eine hohe Durchstoßkraft gemäß der Prüfmethode nach Renault aufweist, wie dies in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben ist. Filzbahnen einer solchen Durchstoßkraft weisen nach den vorliegenden Erfahrungen eine Struktur aufs welche die Vernadelbarkeit begünstigt.

[0010] Die Prüfung nach Renault erfolgt in Anlehnung an eine Methode der Firma Renault. Eine Probe, Format 90 mm x 90 mm, Flächengewicht 5,0 kg /m² für lose Wolle und 3,0 kg/m² für gebundenes Material, wird in einer Vorrichtung zwischen gelochten Platten eingespannt und dabei auf eine Dicke von 15 mm zusammengepreßt. Danach wird die Probe mit einem Stempel von 30 mm Durchmesser und 10 mm/min Prüfgeschwindigkeit durchstoßen, dessen Achse mit der Achse der beiden Öffnungen in den Platten fluchtet. Die untere Öffnung hat kreisrunde Form und einen Durchmesser von im Beispielsfalle 40 µm, so daß sich ein Spalt zwischen dem Außenumfang des Stempels und dem Rand der unteren, abstützenden Öffnung von 5 mm Breite ergibt. Gemessen wird die maximale Durchstoß­kraft.

[0011] In besonders bevorzugter Weise ist jedoch gemäß Anspruch 4 vorgesehen, daß die genadelte Filzbahn alsbald nach ihrer Nadelung mit einer Wärmebehandlung bei einer Tem­ peratur zwischen etwa 300°C und 500°C spannungsfrei ge­macht wird. Hierdurch werden die durch den Nadelungs­vorgang und die damit einhergehenden Verformungen von Fasern in die Fasern eingebrachten Biegespannungen ab­gebaut und so jegliche Rückfederungstendenz der Stein­wollefasern ausgeschaltet. Dabei wird zugleich die Avi­vage ausgetrieben, jedoch wird deren Haltewirkung dann auch nicht mehr benötigt, da die Rückfederungstendenzen der Fasern nicht mehr vorliegen.

[0012] Gemäß Anspruch 5 erfolgt die Wärmebehandlung bevorzugt unter Druckbelastung des Nadelfilzes, um beim Austreiben der Avivage vor dem Spannungsabbau in den Steinwollefa­sern eine Formänderung der Fasern infolge des verblei­benden Rückfederungsvermögens zu vermeiden. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, ist hierfür nur geringer Druck erforderlich, der ausreicht, die Fasern nach dem Wegfall der hochviskosen Avivage in ihrer nach dem Nadelungs­vorgang im Nadelfilz eingenommenen Stellung zu halten, bis die Spannungen abgebaut sind.

[0013] Da im Falle einer sogleich nachfolgenden Wärmebehandlung bzw. einer unmittelbar an den Nadelungsvorgang am Aus­gang der Nadelmaschine einsetzenden Druckbelastung bis zur Wärmebehandlung die Avivage lediglich für kurze Zeit eine Rückfederung der Steinwollefasern vermeiden muß, kann in diesem Fall mit relativ dickeren Steinfasern an der Obergrenze von 6 µm sowie minimalem Avivagegehalt an der Untergrenze von 0,05 % gearbeitet werden.

[0014] Bei Bedarf kann im Anschluß an die Wärmebehandlung gemäß Anspruch 6 eine Behandlung der Nadelfilzbahn mit einem üblichen Staubbindemittel erfolgen, um bei der weiteren Handhabung Staubanfall zu minimieren.

[0015] Die Ansprüche 7 bis 9 geben besonders bevorzugte Aviva­ gemittel an. Ein Avivagemittel gemäß Anspruch 8 steht auf dem Markt unter der Bezeichnung "Präparol", und ein solches gemäß Anspruch 9 unter der Bezeichnung "Kom­pressol" zur Verfügung. Diese Mittel haben eine Visko­sität zwischen 5.000 cP und 7.000 cP, während sonstige Staubbindemittel, Schlichten oder ähnliche in der Tex­tilindustrie eingesetzte Stoffe eine Viskosität von le­diglich eingen hundert cP besitzen. "Präparol" oder "Kompressol" werden in Wasser emulgiert, und diese Elmusion mit einem Wasseranteil von etwa 90 % kann im Fallschacht unterhalb des Zerfaserungsagregats auf die Fasern aufgedüst und so gleichmäßig verteilt eingebracht werden. Ausgezeichnete Ergebnisse haben sich mit einer Verwendung diese Avivagemittel in einer Menge von 0,02 bis 0,8 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trockengewicht der Steinwollebahn, ergeben.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Nadelfilz aus Stein­wolle,
bei dem Steinschmelze wie Basalt, Diabas etc. zer­fasert und auf einem Band unter Bildung einer Filz­bahn abgelegt wird, und
bei dem die Filzbahn auf einen Bruchteil ihrer ur­sprünglichen Dicke verdichtet und einem Nadelvorgang unterzogen wird, wobei die Steinfasern zur Verbes­serung ihrer Geschmeidigkeit mit einer Avivage ver­sehen sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steinfasern in der Filzbahn mit geringem Durchmesser, zweckmäßig mit einem Maximum der Häu­figkeitsverteilung der Faserdicke unter 6 um erzeugt werden,
daß als Avivage ein Mittel mit einer hohen Viskosi­tät insbesondere zwischen 2000 und 10000 cP, vor­zugsweise zwischen 3000 und 7000 cP verwendet wird, und
daß die Avivage insbesondere mit einer Mindestmenge von 0,05, vorzugsweise 0,4-0,8 und einer Höchstmenge von 5 Gewichtsprozent des Mittels bezogen auf das Gewicht der trockenen Filzbahn zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Filzbahn eine derartige Bahn (ohne Avivage) verwendet wird, die gemäß der Prüfmethode nach Renault mit einem freien Ringspalt von 5 mm einer Durchstoßkraft von mindestens 80 N, vorzugsweise 150 - 200 N, widersteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Filzbahn eine derartige Avivage verwen­det wird, daß diese gemäß der Prüfmethode nach Renault mit einem freien ringspalt von 5 mm einer Durchstoßkraft von mindestens 100 N, vorzugsweise 200 - 500 N, widersteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­kennzeichnet, daß die genadelte Filzbahn alsbald mit einer Wärme- behandlung bei einer Temperatur zwi­schen etwa 300°C und 500°C spannungsfrei gemacht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnete daß auf die genadelte Filzbahn bevorzugt unmittelbar anschließend an den Nadelungsvorgang Druck aufge­bracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß der wärmebehandelten Filzbahn ein Staubbindemittel zugesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Avivage ein Mittel auf Mineralölbasis ver­wendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel eine mineralölhaltige Zubereitung von Alkylphenolpolyglykolethern verwendet wird, die be­zogen auf den Mineralölanteil vorzugsweise etwa 15 % an polyzyklischen Aromaten enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Avivage eine Mischung eines aus der Naph­tenfraktion stammenden Mineralöls mit vorzugsweise etwa 20 % überwiegend nichtionischem Emulgator ver­wendet wird.