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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Zerfaserung
auch unterschiedlichster textiler Materialien, wie die Ausführungsbeispiele
1 bis 3 zeigen.
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Ausführungsbeispiel 1
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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.
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Ausführungsbeispiel 2
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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.
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Ausführungsbeispiel 3
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19900770
A1 [0003, 0004]