DE102009023641A1 - Vorrichtung zum Auftrennen textiler Faserbündel in Einzelfasern - Google Patents

Vorrichtung zum Auftrennen textiler Faserbündel in Einzelfasern Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum mechanischen Auftrennen textiler Faserbündel in Einzelfasern, mit einem Mühlenwerk, bei welchem in einem nach außen abgeschlossenen Behälterteil (2) ein rotierendes Schlagwerk (3) mit ein- oder mehrfach ausgeführten, auf einer Antriebswelle in Achsrichtung hintereinander angeordneten, propellerartigen Schlagelementen (4) mit Schlagflügeln (5) zur Auftrennung des Textilgutes in faserige und/oder dünnbündelige Bestandteile vorgesehen ist, und einem Aufnahme (1)- und einem Entnahmebereich (6) zum Austrag der textilen Fasern, wobei die Schlagflügel eine schneidenlose und kantenfreie Ausformung aufweisen und die Drehzahl der Schlagelemente mindestens 200 Umdrehungen/min beträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der sich textile Faserbündel, bestehend aus n Einzelfasern (n = 1, 2, 3, 4 ...) durch mechanische Zerfaserung in Faserbündel mit weniger als n Einzelfasern bis hin zu Einzelfasern aufspalten lassen. Beim textilen Materialrecycling sollen Fasern aus Textilabfällen möglichst verlustfrei und ohne wesentliche Fasereinkürzungen wiedergewonnen werden, um diese dann mit hohem Nutzen weiterverarbeiten zu können. Besonders Faserabfälle aus solchen hochfesten Stoffen, wie Aramid- und Carbonmaterial, aber auch aus Polyethylen-, Polyamid- oder Polyestermaterialien bieten schon infolge ihrer hohen Materialpreise eine durchaus gute Voraussetzung dafür, dass deren Wiederverwertung als Recyclingfasern in unterschiedlichsten textilen Weiterverarbeitungsprozessen eine wirtschaftlich vertretbare Lösung darstellt. So lassen sich beispielsweise recycelte Carbon- oder Para-Aramidfasern mit Vorteil als Verstärkungsfasern in polymere Matrixmaterialien einarbeiten, um die mechanischen Eigenschaften dieser Verbundwerkstoffe in erheblichem Maße zu verbessern. Recyclingfasern mit oder ohne Zumischung von Primärfasern können aber ebenso auch als Ausgangsmaterialien für eine Reihe anderer textile Verwendungen dienen, wie z. B. zur Fertigung von Vliesstoffen oder Fasergarnen.
  • Zur Rückgewinnung von textilen Fasern aus textilen Gewebeabfällen ist seit langem die Reißfasertechnologie bekannt, bei der man unter der reißenden und zerfasernden Wirkung eines Reißtambours textile Abfälle in fädige bzw. faserige Bestandteile zerlegt. Dabei werden allerdings nicht nur die Gewebe- und Garnstrukturen weitestgehend zerstört, sondern auch die Einzelfasern unter den erheblichen mechanischen Krafteinwirkungen stückweise zerlegt, wodurch es im Ergebnis dieses wenig materialschonenden Prozesses zu beträchtlichen Qualitätsverlusten durch Fasereinkürzungen sowie anderen unerwünschten Veränderungen in den mechanischen Fasereigenschaften, so in der Faserfestigkeit und dem elastischen Zugmodul kommen kann. Dementsprechend verringert sich auch die Gutausbeute an textil weiterverwertbaren Recyclingfasern oder diese sind dann nur noch durch Beimischung geeigneter primärer Trägerfasern für sich anschließende Weiterverarbeitungsprozesse geeignet.
  • Bekannt sind auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftrennen von Geweben in Gewebekomponenten nach DE 199 00 770 A1 . Gewebe bezeichnen hier nur textile Flächen, bestehend aus Kett- und Schussfäden, die mittels einer Webbindung miteinander verflochten sind. Bei dem dort beschriebenen Lösungsweg erfolgt die mechanische Auftrennung von Gewebeteilen mit Hilfe von in einem geschlossenen Bearbeitungsraum rotierenden Schlagelementen, welche gleich- oder gegensinnig umlaufend das Textilgut schlagend und scherend bearbeiten. Auf diese Weise werden die Gewebebindungen zerstört und eine Wirre von Kett- und Schussfadenstücken erzeugt. Gleichzeitig werden drehungsverfestigte Fadenstrukturen aufgelockert, so dass teilweise Einzelfasern abgelöst werden.
  • Die in den textilen Gewebe- und Faserstrukturen zwischen den Faserfäden vorhandenen mechanischen Haftkräfte erfordern zum Öffnen dieser Strukturen beträchtliche Krafteinwirkungen, die vor allem im Prozess des Reißens, aber auch bei der Mühlen-Behandlung des Textilgutes nach DE 199 00 770 A1 schon infolge der dort auftretenden ungleichmäßigen Kräfteverteilungen nicht nur leicht zu Faserschädigungen durch Faserbruch usw. führen, sondern wegen zu geringen, weil nur ungleichmäßig wirksam werdenden Scherungskräften das Auflösen der Faserstrukturen bis hin zu den Einzelfasern nicht oder nur in unvollkommenem Maße bewerkstelligen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung der Mühlentechnik dahingehend zu verbessern, dass sich die zuvor beschriebenen Mängel bei der Aufspaltung von Faserbündeln in Einzelfasern vermeiden lassen.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der vorliegenden Aufgabe mittels einer modifizierten Hammermühle, bei der die propellerartigen Schlagflügel der rotierenden Schlagelemente zur Bearbeitung des vorgelegten Fasermaterials eine den Merkmalen des ersten Patentanspruchs entsprechende vorteilhafte Ausformung erhalten. Zur vollständigen und materialschonenden Auftrennung des Fasermaterials in Einzelfasern beträgt ferner die Drehgeschwindigkeit der Schlagelemente dabei mindestens 200 Umdrehungen pro Minute. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt deren universelle Anwendung für die Gewinnung von Recyclingfasern aus unterschiedlichsten Materialien, wie z. B. von Polypropylen, Viskose, Polyester, Polyamid, para-Aramid und – unter Einbeziehung entsprechender Schutzmaßnahmen für die zum Einsatz gelangende Mühlentechnik – von Carbonfasermaterial. Auch eine Verarbeitung von feuchten Fasermaterialien ist dabei möglich.
  • Durch die Wahl unterschiedlicher Bearbeitungsparameter – so der Umdrehungsgeschwindigkeit des Schlagwerks und der Bearbeitungsdauer – sowie des Faserzustandes kann auf wechselndes Fasermaterial und dessen Qualität reagiert und auf materialschonende Weise der gewünschte Zerfaserungsgrad, der z. B. im Luftstromverfahren für Kurzfasern Werte bis über 90% erreichen kann, eingestellt werden. Die Vorrichtung eignet sich weiterhin für die Faserrückgewinnung aus in größeren Mengen anfallenden textilen Produktionsabfällen. Auch wegen ihrer mit den jeweiligen Primärfasern annähernd übereinstimmenden textilmechanischen Eigenschaften sind die so gewonnenen Recyclingfasern für eine vielfältige textile Weiterverarbeitung, so z. B. zur Anfertigung von Vliesstoffen oder Fasergarnen, geeignet.
  • Die Erfindung soll nachstehend beispielhaft und anhand einer vereinfachten Schnittdarstellung näher erläutert werden:
    Das textile Fasermaterial mit einer Faserbündellänge von 1 bis 200 mm wird über eine Aufnahme 1 einem nach außen abgeschlossenen Behälterteil 2 einer modifizierten Hammermühle mit einem rotierenden Schlagwerk 3 zugeführt. Das Schlagwerk besitzt mehrfach ausgeführte und in Bearbeitungsrichtung auf dessen Drehachse hintereinander angeordnete propellerartige gleichgestaltete Schlagelemente 4 mit Schlagflügeln 5. Eine hier nicht dargestellte Antriebseinheit treibt das Schlagwerk mit gleichbleibender oder wechselnder Umdrehungszahl an. Benachbarte Schlagelemente rotieren dabei gleichgerichtet oder auch gegenläufig. Das durch Schwerkraft oder auch pneumatisch durch die Zone der rotierenden Schlagflügel bewegte Fasermaterial wird dadurch schlagend bearbeitet. Die zugegebenen Faserbündel, deren Fasern durch Adhäsion, Kohäsion und/oder Verdrillen oder auch durch die Einbindung in eine textile Fläche zusammenhalten, werden dabei zerfasert und zu Faserbündeln mit weniger Einzelfasern bis hin zu Einzelfasern zerlegt, so dass einzelne Wirrfasern oder Haufwerke im Durchmesser kleiner Bündel im Entnahmebereich 6 vorliegen. Das zur Bearbeitung verwendete Material befindet sich im Trockenzustand, kann aber auch eine Feuchte bis zu 50% aufweisen. Zwecks Verbesserung der Reib- und Gleiteigenschaften oder der Verminderung der elektrostatischen Aufladung der Fasern können diese durch eine entsprechende Präparation auch vorbehandelt sein. Zur möglichst schonenden Faserbehandlung sind die Schlagflügel 5 so abgerundet ausgebildet, dass sie keinerlei scharfe Kanten, Spitzen oder gar schneidenartige Ausformungen mehr aufweisen und somit von diesen Stellen ansonsten verursachte erhöhte Schlageinwirkungen auf das Fasermaterial, welche beim Betrieb des Schlagwerks zu Faserschädigungen führen würden, ausgeschlossen werden können. Aus dem Entnahmebereich werden die Fasern nach Stilllegung des Schlagwerks entfernt – im kontinuierlichen Betrieb durch Absaugen – und anschließend der Weiterverarbeitung zugeführt. Die Länge der Bearbeitungsstrecke sowie die Anzahl der Schlagelemente, die Drehzahl der Schlagflügel und die Bearbeitungsdauer werden in Abhängigkeit vom Ausgangsmaterial, dem gewünschten Zerfaserungsgrad sowie anderen Faktoren gewählt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Zerfaserung auch unterschiedlichster textiler Materialien, wie die Ausführungsbeispiele 1 bis 3 zeigen.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • 250 g auf 40 mm geschnittene Para-Aramidfilamentgarne der Feinheit 336 tex wurden 15 s in einer Hammermühle PHM4-5 bei Einsatz eines Siebbodens mit einer Lochweite von 5 mm behandelt. Es resultierte eine Wirre aus Einzelfasern und gespaltenen Faserbündeln, die danach bei der Herstellung eines gekrempelten Nadelvlieses im Vergleich zu unbehandelten Filamentgarnstücken zu einem gleichmäßigeren Vliesstoff verarbeitet werden konnten.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Basaltfaserbündel einer Länge von 50 mm und einer Masse von 0,00537 g lagen als Schüttgut mit einer Schüttdichte von 200 kg/m3 vor. Dieses Material wurde in Chargen zu je 300 g 12 s in einer Hammermühle PHM4-5 bei Einsatz eines Siebbodens mit einer Lochweite von 5 mm behandelt. Es resultierte eine Wirre aus Einzelfasern und gespaltenen Faserbündeln mit einer Schüttdichte von 26 kg/m3. Diese Materialauflockerung resultierte aus dem Längsspalten der Faserbündel in Teilbündel und Einzelfasern.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • 300 g unter Verwendung eines mit einem Glasfadensystem vernähter Carbon-UD Gelegestücke als Flächen von 16 cm2 bis 25 cm2, mit Kantenlängen < 8 cm und einer Flächenmasse von 630 g/m2 wurden in einer Hammermühle PHM4-5 10 s bei Einsatz eines Siebbodens mit einer Lochweite von 5 mm behandelt. Es resultierte ein wirres Gemenge aus einzelnen Carbonfasern und Carbonfaserbündeln bestehend aus einer unterschiedlichen Anzahl von Einzelfasern, vermengt mit Faden- und Faserstücken der Nähfäden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19900770 A1 [0003, 0004]

Claims (1)

  1. Vorrichtung zum mechanischen Auftrennen textiler Faserbündel, bestehend aus n Einzelfasern (n ≥ 2) in Faserbündel mit weniger als n Einzelfasern und/oder Einzelfasern, mit einem Mühlenwerk, bei welchem in einem nach außen abgeschlossenen Behälterteil (2) ein rotierendes Schlagwerk (3) mit ein- oder mehrfach ausgeführten, auf einer Antriebswelle in Achsrichtung hintereinander angeordneten, propellerartigen Schlagelementen (4) mit Schlagflügeln (5) zur Auftrennung des Textilgutes in faserige Bestandteile vorgesehen ist, und einem Aufnahme(1)- und einem Entnahmebereich (6) zum Austrag der textilen Fasern, wobei die Schlagflügel eine schneidenlose und kantenfreie Ausformung aufweisen und die Drehzahl der Schlagelemente mindestens 200 Umdrehungen/min beträgt.
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