DE4128127C2 - Verfahren zur Reinigung von mineralischen Kurzfasern - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Reini­ gung mineralischer Kurzfasern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Kurzfasern weisen eine mittlere Länge von typisch 0,1-5 mm und einen mittleren Durchmesser von ca. 0,1-10 Mikrometer auf. Die Fremdkörper sind überwiegend nicht-faserartige, nahezu kugelför­ mige Partikel oder Bruchstücke hiervon desselben Ma­ terials wie die Fasern, die als sogenannte "Shots" mit einem Durchmesser zwischen ca. 50 und 2000 Mikro­ meter bei der Herstellung der Fasern, z. B. aus hoch­ viskoser Flüssigkeit im Freistrahlverfahren durch Tröpfchenbildung entstehen.

Bei zyklischer Beanspruchung von daraus hergestellten Faserverbundwerkstoffen mit insbesondere einer Me­ tallmatrix wirken "Shots" ab einer Größe von 50-100 Mikrometer Durchmesser rißauslösend und beeinflussen so die ansonsten guten mechanischen Eigenschaften fa­ serverstärkter Metalle (beispielsweise solcher, wie sie für die Herstellung von Kolben für Verbrennungs­ motoren eingesetzt werden) ungünstig. Es ist aus die­ sem Grund wünschenswert, diese "Shots" durch entspre­ chende Reinigungsverfahren von den Fasern vollständig abzutrennen.

Ein bekanntes Verfahren zur Reinigung der Fasern ist die Flotation einer bevorzugt wässrigen Faser-Rohsu­ spension. Hierbei werden die Fasern infolge ihrer größeren spezifischen Oberfläche von den Fremdkörpern getrennt. Nachteilig ist, daß nicht die vollständige Trennung der Fasern von den Fremdkörpern erzielt wer­ den kann. Es ist z. B. denkbar, daß "Shots", welche in Faserknäueln enthalten sind, mit der Faser-Reinsu­ spension ausgetragen werden.

Es ist ferner aus der DE 39 02 665 A bekannt, die "Shots" durch Windsichten abzutrennen, wobei durch spezielle Vorrichtungen auch ein Abscheren der "Shots" von den mit ihnen verbundenen Fasern erzielt werden soll.

Aus der DD 110 838 ist es bekannt, die Fliehkraft zur Abtrennung der groben Bestandteile zu nutzen.

Ein anderes denkbares Verfahren ist die Reinigung der Fasern durch die Filtration einer bevorzugt wässrigen Faser-Rohsuspension. Hier kann zwar im Vergleich zur Flotation die vollständige Trennung des zu reinigen­ den Gemenges erreicht werden, problematisch ist aber immer die Filtration von Fasern, deren Länge größer ist als z. B. die Maschenweite des zur Filtration verwendeten Siebes.

Schon nach kurzer Zeit bildet sich nämlich ein Fil­ terkuchen, der sowohl Fasern als auch Fremdkörper zu­ rückhält, wodurch der Trennungsvorgang zum Erliegen kommt. Dieses Problem können die bekannten Filtrati­ onsmethoden nur unbefriedigend lösen. Im Ergebnis ist eine Reinigung durch Filtration letztlich nur in Ver­ bindung mit einer mechanischen Schädigung, insbeson­ dere der längeren und längsten in der Rohsuspension enthaltenen Fasern möglich, die in erheblichem Umfang zerbrechen und teilweise in pulverisierter Form an­ fallen können. Auf jeden Fall sind aber die durch Filtration gereinigten Fasern deutlich kürzer als im Ausgangszustand.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Reini­ gungsverfahren zu schaffen, bei dem die Kurzfasern von Fremdkörpern, insbesondere von "Shots", ab einer bestimmten Größe vollständig getrennt werden und da­ bei auch dann mechanisch nicht beschädigt werden, wenn sie wesentlich länger als z. B. der Durchmesser der kleinsten abzutrennenden "Shots" sind.

Die Erfindung löst das Problem mit den im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Indem die Faser mit Hilfe eines bestimmten strömenden Trägermediums in Bewegung versetzt werden, richten sich diese in Bereichen laminarer Strömung mit Strö­ mungsgeschwindigkeitsgradienten (z. B. in Wandnähe bzw. in der Nähe der schlitzförmigen Trennvorrich­ tung) mit ihrer Längsachse mehr oder weniger parallel zur Strömungsrichtung aus, so wie es z. B. von Baum­ stämmen bekannt ist, die von fließenden Gewässern mitgeführt werden.

Dadurch, daß das strömende Trägermedium mit den Roh­ fasern (Rohmischung) an einer Trennvorrichtung mit wenigstens einer schlitzförmigen, also viel längeren als breiten Ausnehmung in Richtung der Längserstrec­ kung dieser Ausnehmung entlanggeführt wird, können von den im Trägermedium mitgeführten Fasern, diejeni­ gen, die sich nahe genug an dieser Ausnehmung befin­ den, von der Suspensionsflüssigkeit durch die Schlit­ ze hindurch mitgenommen werden. Der Durchtritt des Trägermediums durch die Schlitze erfolgt wegen des Druckgefälles zwischen der strömenden Rohmischung auf der Rohseite der Trennvorrichtung und der hiermit durch die schlitzförmigen Ausnehmungen in Verbindung stehenden strömungsfreien Reinseite der Trennvorrich­ tung. Es liegt hier das Prinzip einer Querstromfil­ tration vor. Es entsteht Faserfiltrat, dessen Rein­ heitsgrad allein von der Weite der Trennvorrichtungs- Schlitze bestimmt wird. Da "Shots" ab einer Größe von 50-100 Mikrometer unerwünscht sind, bewegt sich dementsprechend die Weite der Ausnehmung in dieser Größenordnung. Damit können die wesentlich dünneren Fasern ohne mechanische Beschädigung durch die Aus­ nehmungen durchwandern, während z. B. die "Shots" auf der Rohseite der Trennvorrichtung von der Ausnehmung zurückgehalten werden und mit der restlichen Rohmi­ schung von der Rohseite der Trennvorrichtung abflie­ ßen.

Mit Vorteil wird eine wässrige Rohsuspension im Kreislauf gefördert und jeweils nur ein Teil als Reinfasern zusammen mit einem Teil des Kreislaufmedi­ ums ausgefiltert. Die Faserkonzentration in der Roh­ mischung soll im wesentlichen 0,1 Volumen % nicht überschreiten.

Besonders geeignet hierfür ist ein rohrförmiges Schlitzsieb, bei dem sich ein einziger langer Spalt spiralförmig über die gesamte Rohrlänge windet. Der­ artige Siebe sind im Handel erhältlich und müssen nicht erst eigens hierfür angefertigt werden.

Es zeigen

Fig. 1 ein Fließschema des Reinigungsverfahrens,

Fig. 2 eine ausschnittsweise Oberflächenansicht auf ein beispielsweise einsetzbares Filter, das in Richtung des Pfeiles A angeströmt wird.

Die zu reinigenden mineralischen Rohfasern werden in einem Vorratsbehälter 1 zu einer wässrigen Suspension mit einer Faservolumenkonzentration von etwa 0,1 Vol. % angesetzt. Diese Suspension wird mit Hilfe einer Pumpe 2 im Kreislauf entlang eines Querstrom-Filters 3 geführt. Das Querstromfilter 3 besitzt Durchgangs­ schlitze 4, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Länge der Schlitze beträgt etwa 10 mm. Die Breite der einzelnen Schlitze, die jeweils gleich ist, richtet sich nach der Größe der abzutrennenden Verunreinigungen, von denen die Rohfasern gereinigt werden sollen.

Sind Rohfasern mit einem mittleren Durchmesser von 3 Mikrometer und einer mittleren Länge von 100-500 Mikrometer zu reinigen und sollen diese Fasern nach der Reinigung keine Verunreinigungen mit Durchmessern oberhalb 50 Mikrometer besitzen, so müssen die Schlitze eine Breite von 50 Mikrometer aufweisen, da­ mit die betreffenden Verunreinigungen zurückgehalten werden können.

Die Schlitzlängen können zweckmäßigerweise so ausge­ bildet sein, daß sie sich jeweils über die gesamte Filterlänge erstrecken. Wird ein rohrförmiges Filter eingesetzt, so kann ein einziger spiralförmig verlau­ fender Schlitz verwendet werden. Solche Filter sind als Kantenspaltfilter bekannt.

Die Strömung der Suspension ist in Längsrichtung der Filter-Schlitze 4 ausgebildet.

An dem Filter liegt zwischen Roh- und Reinseite eine Druckdifferenz an, wodurch entsprechend dem Quer­ strom-Filterprinzip ein Teil der Suspension mit den Reinfasern das Filter 3 durchdringt, während der üb­ rige Teil als mit abzutrennenden Teilchen angerei­ chert in den Vorratsbehälter zurückgeführt wird. Die Druckdifferenz an dem Filter 3 wird über Ventile 5 und 6 in geeigneter Weise eingestellt.

Auf der Reinseite des Filters 3 werden die Reinfasern auf einem Sieb 7 von der Flüssigkeit als Trägermedium abgetrennt. Die Flüssigkeit wird in den Kreislauf rückgeführt.

Das Trennverfahren wird vorzugsweise chargenweise be­ trieben, wobei die Faserkonzentration in der Kreis­ laufflüssigkeit bis zu einem eingestellten unteren Wert abnimmt. Die Kreislaufflüssigkeit kann danach ausgetauscht werden, d. h. es muß dann eine neue Sus­ pension in dem Vorratsbehälter 1 angesetzt werden.

Möglich ist es jedoch auch, Rohfasermaterial kontinu­ ierlich oder diskontinuierlich in die Kreislaufflüs­ sigkeit nachzuführen und einen Kreislaufflüssigkeits­ austausch erst bei einem vorgegebenen Höchstwert an Verunreinigungen in der Kreislaufflüssigkeit vorzu­ nehmen.

Mit Vorteil kann die beschriebene Reinigungsmethode zur Prüfung des Shotgehalts von Kurzfasern angewandt werden.

Um z. B. die Shotkonzentration (Shots größer als 100 Mikrometer) von Rohfasern zu bestimmen, werden ca. 30 g Fasermaterial in 1 Liter Wasser suspendiert und in der beschriebenen Weise solange im Kreislauf an einem Schlitzsieb (Schlitzweite 100 Mikrometer) vorbeige­ führt bis alle Fasern das Sieb passiert haben. Die auf der Rohseite verbleibende wässrige Lösung enthält die Shots. Diese werden durch Abfiltrieren über ein z. B. handelsübliches Papierfilter isoliert. Die Shot-Konzentration wird nun entweder mikroskopisch oder gravimetrisch hieraus bestimmt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Reinigung von insbesondere minera­ lischen Kurzfasern, bei dem die mit Fremdkörpern verunreinigten Fasern von diesen wenigstens ab einer bestimmten Größe getrennt werden und bei dem das Rohfasermaterial in ein Trägermedium ein­ gebracht wird, welches in eine strömende Bewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermedium und das Rohfasermaterial an einer Trennvorrichtung mit wenigstens einer schlitzförmigen Ausnehmung in Richtung der Längs­ erstreckung der Ausnehmung entlanggeführt wird, wobei zumindestens ein Teilstrom des Trägermedi­ ums zusammen mit Fasern durch die Ausnehmung hin­ durchtritt, wodurch ein Faserfiltrat entsteht, dessen Reinheitsgrad allein von der Weite der Ausnehmung bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Fasern einen E-Modul von wenigstens 100 GPa aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Fasern einen mittleren Durch­ messer von mindestens 0,1 Mikrometer und maximal 10 Mikrometer aufweisen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Fasern eine mittlere Länge von mindestens dem 10fachen Wert ihres mittleren Durch­ messers aufweisen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermedium gasförmig ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermedium flüssig ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Trägermedium mit den Rohfasern an einer Trennvorrichtung entlanggeführt wird, deren we­ nigstens eine schlitzförmige Ausnehmung mindestens um den Faktor 3 länger als breit ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Rohfasern und Verunreinigungen versetzte Trägermedium nach dem Prinzip der Querstrom-Filtrati­ on im Kreislauf entlang eines Filters geführt wird, durch das ein nur noch Reinfasern enthaltender Teil­ strom fließt, der nach Abtrennen der Reinfasern er­ neut dem Kreislaufstrom zugeführt wird.