專利名稱：聚合纖維材料中物質(zhì)，尤其用于絕緣的礦棉材料中粘合劑的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合纖維材料中的物質(zhì)的方法，尤其是聚合用于絕緣的礦棉材料中的粘合劑的方法，其中，具有一定的厚度而且在某些情況下在生產(chǎn)線上不斷移動(dòng)的纖維材料受到UV照射，從而使具有浸漬著纖維的預(yù)聚物形式的物質(zhì)產(chǎn)生聚合。此外，本發(fā)明還涉及一種使纖維材料中的物質(zhì)，尤其是用于絕緣的礦棉材料中的粘合劑進(jìn)行聚合的設(shè)備，它含有至少一個(gè)輻射源。
這種技術(shù)是US—A—5,275,874公開的。已有技術(shù)的目的是為了沿材料的厚度方向令材料均勻地聚合。由于存在下列事實(shí)由紫外線在材料內(nèi)部釋放的能量會(huì)隨離材料表面的距離增加而呈冪指數(shù)式下降，所以需要相當(dāng)長的處理時(shí)間以便最大程度地實(shí)現(xiàn)固化的均一性。在US—A—5,275,874的典型實(shí)施例中，當(dāng)材料通過多個(gè)并排的紫外線燈泡時(shí)(這與在常規(guī)的熱固化工藝中通過固化爐相類似)，穿過材料厚度的輻射強(qiáng)度降至入射輻射的1％。
使用這種處理方式，本發(fā)明的經(jīng)驗(yàn)告訴人們，礦棉材料表面的有機(jī)組份將不可避免地被燒焦即碳化。由于輻射強(qiáng)度(即在單位面積釋放的能量)隨著在被輻照表面下方的深度的增加而急劇下降，所以需要非常高的能量輸入，以致這樣會(huì)使礦棉材料輻照表面上的有機(jī)組份如粘合劑被碳化即燒焦。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的方法，采用這個(gè)方法，甚至在輻照表面下方相當(dāng)深的材料仍可以實(shí)現(xiàn)所需的聚合反應(yīng)，而不會(huì)在材料表面造成不利的分解反應(yīng)。
這個(gè)目的是通過下列方式實(shí)現(xiàn)的進(jìn)行輻照所用的輻射的強(qiáng)度足夠高，以便在需要聚合的最大深度上能提供超過某個(gè)閾值的剩余強(qiáng)度，在該強(qiáng)度閾值下，選定的粘合劑在紫外線的照射下的聚合能夠在一定的時(shí)間限度內(nèi)完成，而該時(shí)間限度可以排除由于對(duì)材料表面部分的有機(jī)組份進(jìn)行輻照而造成的不利的降解作用；并且對(duì)材料表面單元進(jìn)行輻照的處理時(shí)間保持在該時(shí)間限度之內(nèi)。對(duì)于纖維材料連續(xù)地在生產(chǎn)線上移動(dòng)的情況，這個(gè)輻照的持續(xù)時(shí)間還要選擇以便與生產(chǎn)線的速度相適應(yīng)。
在本發(fā)明的研究過程中發(fā)現(xiàn)，適合作為預(yù)聚物的材料都存在一個(gè)輻射強(qiáng)度(即每單位面積的輻射功率)閾值，當(dāng)高于該閾值時(shí)聚合反應(yīng)會(huì)在非常短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，即幾乎是瞬時(shí)的。但是，將輻射強(qiáng)度提到該閾值以上，并不能明顯地加速聚合而又不帶來負(fù)影響。另一方面，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生降解的輻照表面上的溫度增加基本上是與輻照時(shí)間的長短成正比的，而溫度上升的速度當(dāng)然是隨強(qiáng)度而增加的。
應(yīng)用紫外線輻射時(shí)，釋放的熱量是輻射強(qiáng)度的函數(shù)，這或者是因?yàn)閁V源同時(shí)發(fā)出熱輻射，或者是因?yàn)閁V輻射的能量損耗被轉(zhuǎn)化為熱輻射。這兩種效應(yīng)在材料的表面表現(xiàn)得最明顯，結(jié)果就在材料表面出現(xiàn)最高的溫度，因此一旦超過溫度限度之后就會(huì)導(dǎo)致分解。
這些平行發(fā)生但具有不同過程的效應(yīng)被用于本發(fā)明，首先確定聚合反應(yīng)能夠快速進(jìn)行(例如在0.2秒內(nèi))的強(qiáng)度的閾值。將要處理的面積單元輻照這么長時(shí)間，然后將輻照的表面強(qiáng)度升高到這樣程度在該預(yù)定的時(shí)間間隔(例如0.2秒)內(nèi)溫度的上升沒有超出給定的溫度極限，超過該溫度極限將會(huì)導(dǎo)致降解效應(yīng)。由于在材料內(nèi)部輻照強(qiáng)度的下降，在預(yù)定的短時(shí)間內(nèi)可以施加的這個(gè)最大輻照強(qiáng)度則又限制著某一深度，在該深度內(nèi)強(qiáng)度維持在閾值之上，而且在該深度內(nèi)可以進(jìn)行基本均一的聚合反應(yīng)。
因?yàn)槊總€(gè)面積單元都僅在短時(shí)間內(nèi)暴露于高強(qiáng)度的輻照，因此可以在有限的空間內(nèi)進(jìn)行輻照從而節(jié)省生產(chǎn)線空間。當(dāng)材料是生產(chǎn)線上連續(xù)移動(dòng)的材幅時(shí)，必須選擇合適的各面積單元的輻照時(shí)間間隔，使之與生產(chǎn)線的速度(通常為0.1—1m/s)相適應(yīng)。
如果輻照的強(qiáng)度超過500mW/cm2，尤其超過1W/cm2，以及在特別優(yōu)選的例子中超過2W/cm2，那么可以使用商品化的UV源，這樣既節(jié)省又可以提供很高的表面輻照強(qiáng)度。眾所周知，在該領(lǐng)域中，這是因?yàn)榭紤]到礦棉材料對(duì)于這種波長的紫外光的選擇性的透射率較高，優(yōu)選使用波長區(qū)域高于250納米，更佳高于310納米的UV源。
對(duì)表面單元進(jìn)行輻照的時(shí)間優(yōu)選小于10秒，更佳小于1秒，最佳小于0.5秒。
在許多常規(guī)的生產(chǎn)方法中，用熔融玻璃制造出礦物纖維，沉積加入某種物質(zhì)例如粘合劑的預(yù)聚物作為纖維的涂層，然后固化該物質(zhì)例如粘合劑。在該情況下，當(dāng)該物質(zhì)正在被固化時(shí)，礦棉材料仍具有較高的溫度，因此在輻照影響下表面溫度的上升是會(huì)從一個(gè)較高的起始溫度開始并達(dá)到溫度極限的。尤其在這種情況下，最好在輻照之前將礦棉材料盡可能地冷卻，從而使因輻照處理而造成的溫度上升范圍盡可能大些。但因輻照的時(shí)間很短，在輻照同時(shí)進(jìn)行冷卻處理所起的效果不大，并不值得。對(duì)于所有那些在固化前礦棉材料處于較低溫度，更佳為處于室溫的生產(chǎn)方法，應(yīng)用本發(fā)明方法則是特別有利的。比如當(dāng)粘合劑是以蒸氣或氣霧劑形式引入時(shí)(如DE—A—4406863和DE—A—4410020所述)的場合。
纖維材料中的氧含量，在通常的加工過程中即為21％左右，這是周圍大氣中的氧含量，但在輻照過程中最好降低至低于10％，更佳為低于5％，最佳為低于1％。在使用自由基的常規(guī)聚合反應(yīng)中，降低氧含量的這個(gè)措施可以防止因輻照而產(chǎn)生的待聚合物質(zhì)的自由基被氧原子所占據(jù)，從而防止在這些地方的聚合不成功。在單體膜厚度非常薄以及輻照強(qiáng)度低時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要。
最好在材料的兩個(gè)主表面進(jìn)行輻照，從而使得輻照能量可以從兩面沿材料厚度方向穿透進(jìn)去。若兩個(gè)方向的輻射的透過深度在材料的中央重疊，就允許使輻照的總透過深度超過兩倍。如果在兩面同時(shí)進(jìn)行輻照，使得在材料內(nèi)部的某個(gè)部位同時(shí)存在來自兩面輻照的能量，這就特別充分地利用了這種重疊效應(yīng)。
聚合或固化并不一定需要沿材料的厚度方向都是均勻的。尤其在兩側(cè)輻照中，如果靠近表面的材料層被固化而又或多或少地留有聚合程度較低的內(nèi)層，那么便足夠了。在固化粘合劑時(shí)，這樣便可以使外部的機(jī)械強(qiáng)度獲得增加，使得有時(shí)很重要的耐彎曲性幾乎不會(huì)受到低機(jī)械強(qiáng)度的板中央部分的影響。在需要除耐彎曲性之外的其他性能時(shí)，如表面牢度、表面強(qiáng)度等，常采取不完全的固化。當(dāng)聚合除粘合劑之外的其他物質(zhì)時(shí)，按物質(zhì)的官能以及產(chǎn)品的用途不同可在厚度方向采取不均一的聚合。
在厚度方向進(jìn)行非均一聚合時(shí)，根據(jù)DE—A—4406863和DE—A—4410020所講授的技術(shù)，可事先將物質(zhì)按非均一分布的方式引入材料，例如使用粘合劑時(shí)，在靠近表面的地方可以達(dá)到比板中央部分更高的粘合劑濃度，從而在生產(chǎn)中可以實(shí)現(xiàn)一定量粘合劑的最佳使用效果。
對(duì)于預(yù)聚物，尤其多官能的丙烯酸和甲基丙烯酸組合物是適用的，這是眾所周知的。其他可以使用的物質(zhì)是含有可聚合的、不飽和官能團(tuán)例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基、乙烯基醚、烯丙基或馬來酸酯基等能夠起鏈延伸和/或交聯(lián)反應(yīng)的官能團(tuán)，以單體、低聚物或聚合物形式存在的預(yù)聚物。粘合劑可以是這些組合物的混合物，而且含有光引發(fā)劑以便能夠通過UV光進(jìn)行聚合反應(yīng)。已發(fā)現(xiàn)，含有環(huán)氧丙烯酸酯的預(yù)聚物混合物特別適用于本發(fā)明。
本發(fā)明的用于實(shí)施本發(fā)明方法的設(shè)備的特征在于，提供了一種將UV輻照會(huì)聚成至少一束小寬度的會(huì)聚光束的裝置。
因?yàn)檫@種會(huì)聚，可以實(shí)現(xiàn)所需的高水平的表面強(qiáng)度。
尤其在運(yùn)行的生產(chǎn)線上進(jìn)行聚合時(shí)，優(yōu)選將UV會(huì)聚成線形，例如沿生產(chǎn)網(wǎng)狀物的寬度方向延伸。然后可以調(diào)節(jié)線形會(huì)聚光束的寬度以適應(yīng)生產(chǎn)網(wǎng)狀物的運(yùn)輸速度，從而在不用移動(dòng)部件的條件下滿足各表面單元所需的輻照處理時(shí)間。
然而，作為另一種形式，會(huì)聚也可以是點(diǎn)狀，并且這樣形成的、細(xì)的、高強(qiáng)度的光束按所需的預(yù)定方式掃過材料。如果是異形制品，物質(zhì)可以在表面為非平面的纖維材料中固化，例如具有空心圓柱體形狀的管件。會(huì)聚光束的移動(dòng)甚至可以通過更經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)，例如通過掃描鏡。對(duì)于聚合時(shí)間特別短的物質(zhì)，以點(diǎn)形狀會(huì)聚的光束的高強(qiáng)度或高功率密度能夠穿透更大的聚合深度。特別是，這種細(xì)光束的掃描式移動(dòng)可以更好地適應(yīng)不同的生產(chǎn)線速度。對(duì)于某些應(yīng)用場合，用光束僅掃描纖維材料總面積中的一部分而在其中留下未掃描的空白區(qū)域便已足夠，在這些未掃描的空白區(qū)域處，聚合是不需要的或者由于相鄰輻照的距離效應(yīng)事實(shí)上已經(jīng)發(fā)生聚合。
在優(yōu)選實(shí)施例中，會(huì)聚光束被導(dǎo)向有限的會(huì)聚點(diǎn)，即將光束會(huì)聚成一點(diǎn)而不是平行光線。通過合適的會(huì)聚，可以將會(huì)聚點(diǎn)置于材料中所需的深度，從而在那里可以在較小的面積上獲得相對(duì)更高的強(qiáng)度，盡管由于其上方的纖維的散射作用強(qiáng)度會(huì)有所減弱。會(huì)聚光束的這種形狀對(duì)于線形會(huì)聚光束是特別適用的。
結(jié)合附圖，從下列實(shí)施例的描述中可以清楚地領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1輻照強(qiáng)度水平與受兩側(cè)UV輻照的礦棉產(chǎn)品壁厚度的典型函數(shù)關(guān)系圖。
圖2為在不同輻照強(qiáng)度水平下，聚合轉(zhuǎn)化率與時(shí)間關(guān)系圖。
圖3為在不同輻照強(qiáng)度水平下，礦棉材料表面熱圖。
圖4為在本發(fā)明的兩側(cè)UV輻照中，沿被處理的礦棉產(chǎn)品的壁厚度方向的聚合程度與強(qiáng)度水平的關(guān)系。
圖5為本發(fā)明的線形會(huì)聚UV輻照的設(shè)備的簡化示意圖，和圖6為本發(fā)明的將UV輻照點(diǎn)狀會(huì)聚在礦棉材料上的設(shè)備的簡化示意圖。
為了便于理解，相同的參考符號(hào)分別用于表示相同或相應(yīng)的部件，或者作用。
圖1為局部UV輻照強(qiáng)度水平與在表面受到兩側(cè)UV輻照的纖維材料，例如礦棉產(chǎn)品，的厚度的典型函數(shù)關(guān)系圖。
橫坐標(biāo)X軸為礦棉產(chǎn)品的壁厚度或深度d，在該例子中壁厚度為12厘米。左縱坐標(biāo)Y軸為UV輻照的強(qiáng)度水平IUV，從0—100％，右縱坐標(biāo)Y軸為UV輻照的強(qiáng)度水平IUV，從0—2000mW/cm2。在該例子中，2000mW/cm2對(duì)應(yīng)于100％UV輻照強(qiáng)度水平。
在右縱坐標(biāo)的右側(cè)以及在左縱坐標(biāo)的左側(cè)，畫出的、指向圖中央的箭頭代表能量為hv的入射UV輻照。因?yàn)閺牡V棉產(chǎn)品的兩側(cè)進(jìn)行輻照，所以曲線1表示的強(qiáng)度水平和厚度d的關(guān)系圖基本上是相對(duì)中央線呈對(duì)稱的，因此在下面只需考慮圖的左半部分。可以看出，經(jīng)過一個(gè)較短的透過深度d后，強(qiáng)度水平IUV便急劇下降。在該例子中，在經(jīng)過不到1厘米的透過深度后，強(qiáng)度水平IUV從最初礦棉表面處的100％強(qiáng)度水平IUV降至低于50％，透過深度為約2厘米時(shí)早已降至10％之下，而且在礦棉產(chǎn)品的中間，降至表面上入射強(qiáng)度水平IUV的5％之下。隨著透過深度而引起的強(qiáng)度水平IUV的急劇下降，一方面是由于UV輻照在礦棉材料中的低透射性造成的，另一方面是因?yàn)樵诘V棉材料的最上層中UV輻照能量被轉(zhuǎn)變成熱能量，而沒有起到聚合作用。
對(duì)所示的曲線1的強(qiáng)度水平的第一個(gè)評(píng)估結(jié)果是，在纖維材料中令人滿意的物質(zhì)聚合只限于靠近表面的部分材料。因?yàn)閁V輻照強(qiáng)度水平下降得太快因此不可能在中央部分提供足夠高的剩余強(qiáng)度以便在中央進(jìn)行令人滿意的聚合。因此，如果增加輻照強(qiáng)度水平IUV，使得纖維材料的中央部分仍可以被成功地聚合，那么這會(huì)導(dǎo)致在表面存在非常高的強(qiáng)度水平從而不可避免地破壞表面一側(cè)的材料，例如表面一側(cè)有機(jī)組份如可聚合物質(zhì)或粘合劑的被碳化或燒焦。
在圖2中，顯示了在不同的UV輻照強(qiáng)度水平下，纖維材料中物質(zhì)的聚合對(duì)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。橫坐標(biāo)X軸為輻照時(shí)間(秒)，為0—1.5秒。左縱坐標(biāo)Y軸為相應(yīng)的聚合轉(zhuǎn)化率P，為0—100％。曲線IUV1至IUV7顯示了不同的UV輻照強(qiáng)度水平IUV，其中IUV1＝2mW/cm2，IUV2＝5mW/cm2，IUV3＝11cmW/cm2，IUV4＝25mW/cm2，IUV5＝55mW/cm2，IUV6＝128mW/cm2，和IUV7＝220mW/cm2。因此從IUV1至IUV7，強(qiáng)度水平IUV是增加的。
所有7條曲線都具有典型的共同特征。在這些特征中，首先是在圖的原點(diǎn)0處具有共同的起點(diǎn)。在稍稍延遲后，都是具有正斜率dP/dt的上升曲線，隨后是具有恒定正斜率dP/dt的幾乎是直線的上升區(qū)域。而且在所有曲線中，該直線上升區(qū)域后為稍平緩的上升曲線，即正斜率dP/dt有所下降。然后到達(dá)一個(gè)幾乎水平的線性區(qū)域而不再上升，即具有恒定的約為0的斜率dP/dt。達(dá)到該恒定區(qū)域的聚合轉(zhuǎn)化率P的極限值被定義為在某特定的輻照強(qiáng)度水平IUV下聚合P的飽和極限。
在曲線的前半部分中，直線上升的陡峭的斜率隨著UV輻照強(qiáng)度水平IUV的上升而增加，在IUV1為2mW/cm2的曲線中不明顯，但在IUV7為220mW/cm2的曲線中存在極陡峭的斜率。從曲線前部的陡峭上升向水平的、幾乎直線的曲線部分轉(zhuǎn)變的弧形部分在兩個(gè)強(qiáng)度水平IUV1和IUV2中不明顯，在強(qiáng)度水平IUV3中可以辨別出，在強(qiáng)度水平IUV4至IUV7中存在很明顯的、從陡峭上升向曲線的水平部分轉(zhuǎn)變的弧形。此外，隨著強(qiáng)度水平IUV的增加，該轉(zhuǎn)變弧形出現(xiàn)的時(shí)間更早。
這意味著，對(duì)于較低強(qiáng)度水平IUV的UV輻照，礦棉材料必需被輻照較長時(shí)間直至不再有聚合的增加，而聚合程度無論如何是較低的。但是，如果用較高的UV輻照來照射礦棉材料，那么在非常短的時(shí)間內(nèi)便可以達(dá)到高聚合程度，聚合程度很快地達(dá)到最大值并且不再增加，而只是恒定地發(fā)展。這意味著，對(duì)于每個(gè)大輻照強(qiáng)度水平存在輻照時(shí)間的極限值，在該極限值內(nèi)可以達(dá)到最大聚合值而延長輻照時(shí)間超過該極限值并不能進(jìn)一步增加聚合程度。
在所示的實(shí)施例中，在強(qiáng)度水平IUV7為220mW/cm2時(shí)，在約0.05秒后就發(fā)生聚合的急劇增加，而且在0.2—0.3秒的輻照時(shí)間后就達(dá)到其最大值，在該例子中為約80％。這表明，在高輻照強(qiáng)度水平下，在短時(shí)間的輻照之后便能達(dá)到較高的聚合最大值。
下面結(jié)合圖3更詳細(xì)地闡述在不同的UV輻照強(qiáng)度水平下纖維材料或礦棉材料表面熱情況。橫坐標(biāo)X軸為時(shí)間(秒)?？v坐標(biāo)Y軸為礦棉材料表面的溫度(℃)。在20℃的水平虛線表示室溫的參考值。在該例子中，假設(shè)在輻照前礦棉材料的溫度為約20℃。在200℃的第二條虛線表示在常用的礦棉材料表面上的有機(jī)組份，例如可聚合物質(zhì)或粘合劑的熱負(fù)荷上限。在圖中，顯示了在兩個(gè)不同強(qiáng)度水平IUV1和IUV2下，溫度對(duì)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，其中IUV1為最小的強(qiáng)度水平，為11mW/cm2，而IUV2為最大的強(qiáng)度水平，為2000mW/cm2?？梢钥闯觯诤愣ǖ腢V輻照強(qiáng)度水平下，礦棉材料表面的溫度幾乎與時(shí)間成正比增加。該直線式溫度上升與強(qiáng)度水平IUV的關(guān)系為該溫度直線的斜率隨著強(qiáng)度水平的增加而增加。如果礦棉材料用高強(qiáng)度水平的UV輻照進(jìn)行照射，那么在較短的時(shí)間內(nèi)便會(huì)達(dá)到溫度極限值，比如200℃，在該溫度極限值下會(huì)在礦棉材料的表面發(fā)生破壞。
有關(guān)這些相互關(guān)系的新知識(shí)可以在本發(fā)明的教授下進(jìn)行使用，即當(dāng)輻照礦棉材料達(dá)到下列程度時(shí)可縮短輻照時(shí)間從陡峭上升向聚合最大值的轉(zhuǎn)變弧形能夠在該時(shí)間內(nèi)達(dá)到。這樣便可以使用那些長時(shí)間輻照時(shí)會(huì)破壞表面但是在這么短的輻照時(shí)間內(nèi)不會(huì)破壞表面的強(qiáng)度水平，而且可以將足夠的強(qiáng)度引入材料的中央，從而可以在這么短的輻照時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)令人滿意的聚合。
結(jié)合圖1—2所示的物理關(guān)系，很明顯存在一個(gè)工作區(qū)間，它取決于UV輻照的強(qiáng)度水平、礦棉材料的厚度d、輻照時(shí)間t和所示的溫度極限，其中有可能在不造成表面損壞的情況下實(shí)現(xiàn)纖維材料中物質(zhì)的最大的和快速的聚合。
在輻照之前，由于以前的處理步驟，礦棉材料可能處于高溫。由于輻照而造成的加熱會(huì)導(dǎo)致很快超過溫度極限，從而在常用的礦棉材料表面上的有機(jī)組份如可聚合物質(zhì)或粘合劑形成熱負(fù)荷。因此可以在輻照之前冷卻礦棉材料，例如分別在DE—A—4406863和DE—A—4410020所述的合適設(shè)備進(jìn)行冷卻，從而可以避免因輻照而導(dǎo)致的溫度快速上升超過溫度極限以及因此而造成的損壞。
在圖4中顯示了在本發(fā)明中，不同的強(qiáng)度水平和聚合程度，與受到兩側(cè)UV輻照的礦棉產(chǎn)品的厚度d之間的典型關(guān)系。橫坐標(biāo)與圖1中所示的相同，在該例子中，礦棉產(chǎn)品的厚度d為12厘米。在左縱坐標(biāo)標(biāo)出的強(qiáng)度水平IUV為0—100％，而左右座標(biāo)強(qiáng)度水平從0—2000mW/cm2。在該例子中，100％強(qiáng)度水平對(duì)應(yīng)于2000mW/cm2。此外，在右縱坐標(biāo)標(biāo)出了從0—100％的聚合程度P。與圖1相似，左側(cè)和右側(cè)的箭頭hv為由于UV輻照而輸入的能量。與圖1相似，曲線1同樣顯示了在不同厚度d強(qiáng)度水平的變化。曲線3顯示了在受到來自左側(cè)的輻照而導(dǎo)致的聚合P的變化，而曲線4顯示了在受到來自右側(cè)的輻照而導(dǎo)致的聚合P的變化，如果受到兩側(cè)的輻照，則在曲線3和4上重疊得到如曲線2所示的聚合P。在所示的典型例子中，曲線3和4幾乎是以礦棉材料的中央為其中心軸而呈互相鏡面對(duì)稱的，因此曲線2也幾乎是中心對(duì)稱的。
在下面，先考慮曲線1和3，在此基礎(chǔ)上將得到強(qiáng)度水平變化和聚合P之間的關(guān)系。盡管在曲線1中經(jīng)過很短的透過深度后強(qiáng)度便急劇下降，但只要強(qiáng)度水平IUV仍超過足夠高的極限值，那么發(fā)生的幾乎仍是最大程度的聚合。如果達(dá)不到該極限值，則曲線3會(huì)下降并最終為0。從右發(fā)出的輻射曲線4也有相同情況。如果同時(shí)考慮到圖1—3中所給出的解釋，那么很明顯，在礦棉產(chǎn)品表面使用足夠高的起始UV輻照強(qiáng)度時(shí)，高起始UV輻照強(qiáng)度會(huì)急劇下降，但是不會(huì)降至發(fā)生可覺察的聚合反應(yīng)所需的特定的強(qiáng)度極限。在相應(yīng)選定的輻照時(shí)間內(nèi)可以在礦棉材料的全部厚度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)幾乎均一的良好的聚合。用這種方式進(jìn)行聚合，可以在全部厚度范圍聚合礦棉材料。然而，通過改動(dòng)暴露時(shí)間，也可以使礦棉材料中的物質(zhì)僅在表面附近被聚合，而在中央部分不發(fā)生聚合，或者使中央部分的聚合程度較低。
纖維材料中任何未聚合部分的物質(zhì)可以通過與大氣中氧和其他試劑的反應(yīng)而發(fā)生老化，從而消除它們的反應(yīng)性并且使物質(zhì)成為惰性材料。
圖5為本發(fā)明的線形會(huì)聚UV輻照的設(shè)備的簡化示意圖。UV輻照源10，最好是線形UV輻照源，位于反射器12的第一個(gè)焦點(diǎn)上，反射器的截面最好是拋物線或橢圓形。由UV輻照源10發(fā)出的UV輻照被反射器12會(huì)聚在第二個(gè)焦點(diǎn)14。第二個(gè)焦點(diǎn)14位于待輻照的礦棉材料16表面的附近或者位于礦棉材料內(nèi)。礦棉材料16可以是礦棉材料網(wǎng)狀物，也可以是例如在傳送裝置(未標(biāo)出)上被運(yùn)輸，在下面有至少一個(gè)UV輻照源10和/或在上方有至少一個(gè)UV輻照源10。最小寬度為b的線形會(huì)聚的光束18以相對(duì)于運(yùn)輸方向成直角的角度掃過礦棉材料16。
圖6為本發(fā)明的將UV輻照源點(diǎn)狀會(huì)聚在礦棉材料上的設(shè)備簡化示意圖。在該例子中，UV輻照源10是點(diǎn)狀的，而且位于大體為半橢圓形的反射器12的第一個(gè)焦點(diǎn)。使用這種半橢圓形的反射器12，輻照源12的UV輻照被會(huì)聚在第二個(gè)焦點(diǎn)14。另一方面，第二個(gè)焦點(diǎn)14位于礦棉材料16的表面附近或內(nèi)部。礦棉材料16可以是已制成的三維立體物品，而其表面各處被會(huì)聚的UV光束18所掃描，對(duì)于各輻照平面單元而言其角度為約90度的透射角度。這可以通過用合適的移動(dòng)裝置移動(dòng)UV輻照源10，和/或用移動(dòng)的鏡子元件來實(shí)現(xiàn)，這些都沒有標(biāo)出。
圖5和6的設(shè)備在待處理礦棉材料水平使用有限的會(huì)聚的輻照點(diǎn)。然而使用細(xì)的、具有無限會(huì)聚輻照點(diǎn)的光束(即平行光線)時(shí)，也可以獲得很類似的效果。
在處理過程中，纖維材料中的氧含量最好被降低至低于10％，更佳為低于5％，最佳為低于1％，從而可以在實(shí)踐中同時(shí)避免待聚合的物質(zhì)的自由基(在UV輻照中由光引發(fā)劑所產(chǎn)生)與氧發(fā)生反應(yīng)以及在該位置不能發(fā)生聚合。
如果顯著降低纖維材料中氧氣的含量，那么可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的更充分的聚合。使用惰性氣體來減少可能形成的臭氧是有好處的，因?yàn)樵诜嵌栊缘臍夥罩?，有部分氧氣分子?huì)被UV輻照的能量分開而形成氧自由基，進(jìn)而可能形成臭氧，而通常在惰性的氣氛中就沒有這種氧分子了。
氧氣含量的降低可以用簡便的方法實(shí)現(xiàn)，例如用另一種氣體吹洗礦棉材料，比如用氮?dú)?，或者更?jīng)濟(jì)地用二氧化碳或水蒸汽。
權(quán)利要求
1.一種聚合纖維材料中物質(zhì)，尤其是聚合用于絕緣的礦棉材料中的粘合劑的方法，其中纖維材料具有一定的厚度(d)而且在某些情況下是在生產(chǎn)線上連續(xù)移動(dòng)的，該纖維材料受到UV輻照以便使具有浸漬著纖維的預(yù)聚物形式的物質(zhì)聚合，其特征在于，用足夠高的輻照強(qiáng)度(IUV)輻照材料，以便在需要聚合的最大深度能提供超過某閾值的剩余強(qiáng)度，在該閾值下選定的粘合劑在紫外線的照射下的聚合能夠在一定的時(shí)間限度內(nèi)完成，而該時(shí)間限度可以防止由于對(duì)材料表面部分的有機(jī)組份進(jìn)行輻照而造成的不利的降解作用，當(dāng)纖維材料連續(xù)地在生產(chǎn)線上移動(dòng)時(shí)，該處理時(shí)間應(yīng)適應(yīng)生產(chǎn)線的速度；其特征還在于對(duì)所述材料表面單元進(jìn)行輻照的時(shí)間(t)在該時(shí)間限度之內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在礦棉材料表面上該輻照強(qiáng)度(IUV)超過500mW/cm2，較佳超過1W/cm2，以及最佳超過2W/cm2
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用的UV輻照的波長超過250納米，更佳超過310納米。
4.如權(quán)利要求1—3所述的方法，其特征在于，對(duì)表面單元進(jìn)行輻照的時(shí)間(t)短于10秒，更佳小于1秒，最佳小于0.5秒。
5.如權(quán)利要求1—4所述的方法，其特征在于，在輻照之前冷卻礦棉材料的表面。
6.如權(quán)利要求1—5所述的方法，其特征在于，在該礦棉材料中的氣體的氧氣含量被降至低于10％，更佳為低于5％，最佳為低于1％。
7.如權(quán)利要求1—6所述的方法，其特征在于，在該材料的兩個(gè)主表面進(jìn)行輻照。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行輻照。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，在該材料的中間區(qū)域提供低聚合區(qū)域。
10.如權(quán)利要求1—9所述的方法，其特征在于，使用含有環(huán)氧丙烯酸酯的混合物質(zhì)作為形成粘合劑的預(yù)聚物。
11.一種聚合纖維材料中的物質(zhì)、尤其是聚合用于絕緣的礦棉材料中的粘合劑的設(shè)備，它包括至少一個(gè)UV輻照源(10)，其特征在于，配有一個(gè)將UV輻照會(huì)聚成至少一個(gè)具有小寬度(b)的會(huì)聚光束(18)的裝置(12)。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，該會(huì)聚光束(18)是線形的，而且最好保持固定不動(dòng)。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，該會(huì)聚光束(18)是點(diǎn)狀的，它從礦棉材料(16)的一邊快速地輻照到另一邊，最好輻照到全部表面積。
14.如權(quán)利要求11—13所述的設(shè)備，其特征在于，該會(huì)聚光束(18)的焦點(diǎn)(14)位于待處理的礦棉材料的內(nèi)部。
15.如權(quán)利要求11—14所述的設(shè)備，其特征在于，UV輻照源(10)被置于礦棉材料(16)的主表面的兩側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚合纖維材料中的物質(zhì)，尤其聚合用于絕緣的礦棉材料中粘合劑的方法和設(shè)備，其中具有一定厚度的纖維材料受到UV輻照以便使具有浸漬著纖維的預(yù)聚物形式的物質(zhì)聚合，其中，用足夠高的輻照強(qiáng)度輻照材料，以便在需要聚合的最大深度提供超過某閾值的剩余強(qiáng)度，在該閾值下選定的粘合劑的聚合能在一定時(shí)間限度內(nèi)完成，該時(shí)間限度可以防止材料表面部分有機(jī)組分的降解；以及輻照處理時(shí)間(t)在該時(shí)間限度之內(nèi)。
文檔編號(hào)D04H1/554GK1129020SQ95190381
公開日1996年8月14日 申請(qǐng)日期1995年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月17日
發(fā)明者F·梅茨, P·沙爾捷, C·德克 申請(qǐng)人:伊索弗·圣-戈班