<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung von Faseraggregaten und gegebenenfalls deren Weiterverarbeitung zu Faserkörpern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faseraggregaten und gegebenenfalls deren Weiterverarbeitung zu Faserkörpern.
Zweck der Erfindung ist es, einzelne, regelmässige und verhältnismässig zusammenhängende Faseraggregate zu bilden, die regelmässige Formen, beispielsweise sphäroidische Formen, haben.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass Natur-und/oder Kunststoffasern in einer Flüssigkeit suspendiert werden, diese Suspension dann durch eine Drehbewegung in eine Turbulenz geringer Geschwindigkeit gebracht wird, wodurch sich Faseraggregate durch Zusammenballen von Fasern bilden, wobei diese Drehbewegung so lange beibehalten wird, bis kugelige Faseraggregate entstanden sind, die hierauf von der Suspension abgetrennt und entweder getrocknet und gelagert oder im feuchten oder trockenen Zustand zu Faserkörpern geformt werden, wobei bei Anwendung eines Bindemittels dieses entweder der Suspension zugesetzt oder die feuchten oder trockenen Faseraggregate mit diesem imprägniert werden, woran sich erforderlichenfalls eine Wärmebehandlung der Faseraggregate oder Faserkörper anschliesst.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Faseraggregate bzw.-körper können hinsichtlich ihrer Dichte, Festigkeit und Porosität sowie hinsichtlich ihrer Wärme-und Schallisolierfähigkeit in weitem Bereich verschieden sein. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass sich die kugeligen Faseraggregate viel schneller und mit viel geringerem Aufwand trocknen lassen als beispielsweise ein Faservlies gleichen Volumens. Es ist insbesondere auch möglich, beliebig dicke Platten herzustellen, da der Trocknungsvorgang an den Faseraggregaten erfolgt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung werden vor der Formung der Faseraggregate zu Faserkörpern freie, aus der Suspension abgetrennte Fasern zugegeben. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Formung der Faseraggregate zu Faserkörpern durch Verpressen oder durch Trocknen der Faseraggregate auf einem Sieb vorgenommen. Wenn beim erfindungsgemässen Verfahren nach dem Rühren gefiltert wird, trennen sich die Aggregate von der Flüssigkeit und die nicht fasrigen Teile sowie die nicht zu Aggregaten zusammengefügten Fasern werden abgetrennt. Die Fasern werden also von den festen Bestandteilen des Bades abgetrennt, was besonders vorteilhaft bei der Behandlung von Papierbrei ist. Man kann auch wenigstens zwei Faserarten abtrennen, u. zw. aus der gleichen Suspension, beispielsweise bei der Behandlung zweier verschiedenartiger Papierbreie.
Dabei werden die durch Filterung abgetrennten Faseraggregate aufgelöst und wieder durch Rühren in eine homogene Suspension überführt, während die ander Bestandteile mit dem Filtrat abgeführt und weiterbehandelt werden.
Es können auch die abgetrennten fasrigen Aggregate abgeleitet werden, dann in einem warmen Luftstrom getrocknet werden ; dies ist wirtschaftlicher, als wenn man das Wasser dem Bogen des Papierbreies entzieht und den Bogen trocknet. Man erhält erfindungsgemäss voneinander unabhängige Faseraggregate, die leicht zu lagern, zu handhaben und zu behandeln sind.
<Desc/Clms Page number 2>
Ferner können die fasrigen Aggregate zusammengefügt werden, wobei man die andern Teile des Flüssigkeitsbades als Bindemittel benutzt, beispielsweise nach Imprägnierung mit einem andern Bindemittel, worauf die porösen Faserballungen getrocknet werden. Derart hergestellte Faserzusammenballungen können, je nach der Menge des Bindemittels, zum Belegen von Mauern, Böden und Wänden, zur Wärmeisolierung oder zum Schalldichtmachen benutzt werden.
Die Faseraggregate können auch mit einem Harz oder mit einem Vorpolymer imprägniert werden, um Faserkörnchen zu bilden, die dann unter Hitze komprimiert werden und dann kleine Form-oder Walzkörper bilden. Aus diesen Körpern können dann Verstärkungen fasriger Struktur hergestellt werden.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird die Fasersuspension derart gerührt, dass 1. die Drehbewegungen der Fasern die Fasern entlang ihrer Berührungslinien zusammenfügen, u. zw. entweder untereinander oder mit sich bildenden Faseraggregaten. Unabhängige Faserzusammenfügungen, die verhältnismässig konsistent sind, bilden sich dann untereinander ; und dass 2. ein Umlauf der Masse in der Suspension bewirkt, dass viele Fasern und die sich bildenden Faseraggregate in die benachbarten Zonen mit festen Flächen eindringen, oder dass die Querkräfte, als Folge des Geschwindigkeitsgradienten der Flüssigkeit, die Fasern in Drehung versetzen und eine Gegenströmung der Flüssigkeit hervorrufen.
Das Rühren der Suspension soll mit wenig Turbulenz erfolgen, damit die Querkräfte, die durch die Relativbewegungen der Suspension und der festen Flächen hervorgerufen werden, so schwach sind, dass sie die in der Suspension gebildeten Faseraggregate nicht auflösen. Die Oberflächen der mit der Suspension in Berührung kommenden festen Maschinenteile sollen glatt sein und die Fasern wenig festhalten, damit die beim Rühren gebildeten Faseraggregate nicht aufgelöst werden. Wenn die vorgenannten Bedingungen erfüllt sind, sind die Änderungen der Struktur der Suspension eine Funktion der morphologen und der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Fasern. Einige Fasern verbinden sich nicht untereinander, während wieder andere Fasern schnell regelmässige Faseraggregate bilden.
Dieses Verhalten der Fasern kann man modifizieren, u. zw. entweder durch physikalische oder chemische Mittel oder durch Änderung der Eigenschaften der Suspension.
Im Falle von ähnlich langen Papierfasern bilden sich, wenn die auf die Fasern einwirkenden Drehmomente infolge des Rührens der Suspension keine bestimmte Richtung haben, Aggregate regelmässiger scheibenförmiger Form mit verhältnismässig gleichmässigen Abmessungen, die etwa der mittleren Faserlänge entsprechen. Die Aggregate sind leicht durch Filterung abzutrennen und können insgesamt mehr als 80% der gesamten Fasermasse ausmachen. Die Abmessungen der kleinen Scheiben hängen nicht nur von den Abmessungen der Fasern ab, sondern auch von ihrer Konzentration und von der Art des Rührens.
Die sich ergebenden Erzeugnisse sind Faserkügelchen mit einem Durchmesser zwischen 0, 2 bis 15 mm. Nach Trocknung und Absonderung haben sie eine geringe Dichte zwischen 0, 05 und 0, 70 g/cm3. Das Absondern von Faseraggregaten aus der Suspension nach der Behandlung ist besser als bei der ursprünglichen homogenen Suspension. Ausserdem kann das Trocknen des abgesonderten fasrigen Breies der unabhängigen Aggregate in bekannter Weise in einem warmen Luftstrom erfolgen, was bisher bei Papierbrei nicht direkt erfolgen konnte, der vielmehr in einem Bogen abgesondert werden musste und in diesem Zustand getrocknet werden musste oder vor der Trocknung in Stücke zerteilt werden musste. Die Trocknung des sich in Form von kleinen und sehr durchlässigen Aggregaten ergebenden Breies in einem warmen Luftstrom ist vorteilhafter und wirtschaftlicher.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können auch die Fasern der andern in der Suspension befindlichen Elemente abgetrennt werden, wie beispielsweise feine Teile, Beschwerungen und pflanzliche Teile. Die nicht fasrigen Elemente werden von den Aggregaten nur sehr wenig aufgenommen und bleiben deshalb meistens in der Suspension. Sie können also durch eine Filterung, bei der die Aggregate zurückgehalten werden, leicht abgeschieden werden. Bestimmte fasrige Elemente, deren Eigenschaften, wie Starrheit, Oberflächenbeschaffenheit und Länge, eine Verbindung mit andern Fasern nicht gestatten, können ebenfalls von den andern Fasern abgetrennt werden. Dadurch kann die Eigenschaft eines Papierbreies als Ganzes modifiziert werden.
Für die Behandlung eines Papierbreies genügt es also, die Aggregate oder die Faserkügelchen durch Filtern abzutrennen, sie dann aufzulösen und durch Rühren wieder in eine homogene Suspension zu bringen mit einer Flüssigkeit bestimmter Art und Menge.
Beim erfindungsgemässen Verfahren können die gebildeten Faserkügelchen unter sich zusammengefügt werden, beispielsweise in feuchtem Zustand, wobei die nicht zusammengeballten Elemente der Suspension eventuell als Bindemittel dienen. Auch ein vorheriges Imprägnieren mit einem Bindemittel ist möglich. Das Bad kann bei Beginn der Behandlung ein Zusatzmittel enthalten, das als
<Desc/Clms Page number 3>
Bindemittel wirkt, beispielsweise Harze, Kautschuk oder polymerisierbare oder netzartige Produkte.
Dieses zusätzliche Material kann gelöst sein oder in einer Emulsion vorhanden sein, damit es sich bei der Bildung oder nach der Bildung der Faseraggregate in diese miteinschliesst. Nach Trocknung oder anderer Wärmebehandlung ergibt sich ein neues Produkt von mehr oder wenigen porösen Aggregaten,
EMI3.1
Bindemitteln, können Platten od. dgl. hergestellt werden, deren Eigenschaften in weitem Bereich hinsichtlich Dichte, Starrheit, Porosität, Wärmeisolierung und Schallaufnahme verschieden sein können. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die gebildeten Faserkügelchen nach der Trocknung mit einem Harz oder mit einem Vorpolymer imprägniert werden und können so die Form von Faserkörnchen haben. Durch Kompression und gegebenenfalls Wärmebehandlung kann man Körper herstellen, wo die Fasern eine Verstärkung sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann beispielsweise mit einer Vorrichtung ausgeführt werden, die mit einer Wanne für das zu behandelnde Bad und mit einer Vorrichtung zum Rühren des Bades unter geringer Turbulenz versehen ist. Das Rühren kann in einer zylindrischen, sich drehenden Wanne erfolgen, oder es kann ein Rührwerk in einer ortsfesten Wanne vorgesehen sein. Die Vorrichtung zum Rühren kann zyklisch wirken oder kontinuierlich. Im letzteren Falle liegt die Wanne horizontal, und in der Wanne kann eine Schnecke das Rührwerk sein. Das Rühren kann auch durch Einspritzen von Gas erfolgen.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert, u. zw. zeigen die Fig. 1 bis 3 schaubildlich mehrere zyklisch wirkende Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens und Fig. 4 zeigt eine kontinuierlich wirkende Vorrichtung als Ausführungsbeispiele.
Die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens nach den Fig. 1 bis 3 wirkt zyklisch und die nach Fig. 4 kontinuierlich.
Im ersten Falle besteht die Vorrichtung aus einem Behälter --1--, in dem sich das Behandlungsbad befindet, das den Behälter zweckmässig nur teilweise ausfüllt. Das Behandlungsbad hat eine freie Oberfläche --2-- und steht mit den festen Wandflächen des Behälterinneren in Berührung.
Diese festen Flächen sind zweckmässig glatt, d. h., sie sind nicht rauh und ihre Formgebung ist so, dass keine plötzlichen Krümmungen vorhanden sind, die das Zusammenfügen der Fasern behindern könnten.
Die Relativbewegung der Suspension und der festen Oberflächen, die das Rühren ergibt, erfolgt entweder durch Bewegung des Behälters selbst (Fig. 1 und 2), durch Bewegung eines im Innern des Behälters befindlichen Teiles-3- (Fig. 3), durch Anwendung anderer Kräfte, beispielsweise durch Einspritzen eines Gases, oder durch mehrere der vorgenannten Massnahmen.
Zweckmässig ist der Behälter-l-zylindrisch und das Rühren wird durch Drehung eines Rührwerkes um die Zylinderachse bewirkt. Der Behälter-l-kann selbst gedreht werden (Fig. 1 und 2) oder es wird ein besonderes Rührwerk --3-- gedreht (Fig. 3). Die Achse des Behälters kann horizontal (Fig. 1), geneigt (Fig. 2) oder senkrecht verlaufen (Fig. 3).
Durch die Schwerkraft und durch die Drehung ergibt sich ein Umlauf der Fasern, und der auf die Wandungen wirkende Geschwindigkeitsgradient genügt, um eine Drehung der Fasern in verschiedenen Ebenen hervorzurufen.
Gemäss Fig. 3 dreht sich eine schraubenförmige Fläche. Die Form dieser Fläche kann aber auch anders sein.
Die zyklisch wirkende Vorrichtung (Fig. 1 und 2) hat Mittel zum Füllen und Entleeren des Behälters --1--.
Die kontinuierlich wirkende Vorrichtung gemäss Fig. 4 besteht aus einem Behälter--l--und aus einem Rührwerk, das bewirkt, dass ein gerichteter Umlauf vom Eintritt bis zum Austritt der Suspension entsteht.
Der Behälter--l--ist gemäss Fig. 4 wieder zylindrisch und enthält eine Schnecke--4--mit etwa horizontaler Achse. Diese Schnecke kann übrigens auch ein Rührwerk sein.
Es kann sich auch der Behälter-l-drehen, und die Schnecke --4-- kann fest sein oder umgekehrt, oder die Schnecke und der Behälter können aus einem Stück bestehen und gedreht werden.
Auf jeden Fall bewirkt die Drehung des Rührmittels, d. h. des Behälters und/oder der Schnecke,
EMI3.2
und die behandelte Suspension wird durch einen Auslass--8--in einen Umlauf --9-- gebracht, um nachher gefiltert und getrocknet zu werden oder zwecks Zusammenballung oder Verdünnung.
Die Bewegung des zu behandelnden Bades kann auch durch Druckdifferenz erfolgen.
<Desc/Clms Page number 4>
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand mehrerer Beispiele erläutert.
Beispiel l : Bs wurden gebleichte Buchenfasern in Suspension mit Wasser in einer Konzentration von 3% behandelt. Der Behälter (Fig. 2) enthält Polyvinylchlorid, und seine Achse ist um 45% geneigt. Das Verhältnis Durchmesser zu Höhe des Zylinders ist etwa 1. Die Umfangsgeschwindigkeit der zylindrischen Wandung beträgt 40 m/min. Nach ungefähr 5 h Behandlung ist fast die ganze Fasermenge der Suspension in kleine regelmässige Scheibchen von etwa 1 mm Durchmesser umgewandelt.
Beispiel 2 : Gemäss diesem Beispiel wurden ebenso wie im Beispiel 1 harzige Fasern behandelt, wobei sich Faserscheibchen mit einem Durchmesser von etwa 3 mm bilden.
Beispiel 3 : Es werden in Suspension befindliche Rottannenfasern bei einer Konzentration von 1, 5% in der Vorrichtung nach Fig. 1 behandelt. Die Drehgeschwindigkeit betrug 30 m/min. Nach mehrstündigem Rühren trennten sich Faserscheibchen mit etwa 5 mm Durchmesser aus der Suspension ab.
Beispiel 4 : Es wurden in Suspension befindliche Strohfasern mit einer Konzentration von 3% in der Vorrichtung nach Fig. 3 behandelt. Nach 6 h enthielt die Suspension etwa zu 80% Faserzusammenballungen in Form kleiner Scheibchen verschiedener Grösse mit einem Durchmesser zwischen 0, 5 und 2 mm. Die übrigen Anteile des Breies aus Stroh verblieben zum grössten Teil in der Suspension, und die Fasern hatten das Bestreben, sich in Richtung gleicher Längen in Scheibchen entsprechender Durchmesser zu gruppieren.
Beispiel 5 : Es sollten sehr poröse Zusammenballungen erzielt werden. Zu diesem Zweck wurde eine Suspension von Scheibchen aus Buchenfasern gemäss Beispiel l auf ein Sieb gebracht. Der so erzielte Brei aus den Scheibchen wurde getrocknet. Die feinen Anteile und die in der Suspension verbleibenden Fasern dienen als Bindemittel zwischen den Kügelchen, und man erhält auf diese Weise eine sehr leichte Zusammenballung mit einer Dichte von etwa 0, 14 und von grosser Porosität.
Beispiel 6 : Es sollten Zusammenballungen mit grossem Widerstand erzeugt werden. Zu diesem Zweck wurde die Suspension der Scheibchen nach Fig. 1 abgesondert und wieder in Suspension gebracht, ohne dass die Scheibchen sich auflösen. Die Scheibchen waren in einer Lösung von Wasser und Alkohol eines Vorkondensats von Resorcinöl suspendiert. Nach Rühren, Absondern und Trocknen und nach einer leichten Hitzebehandlung von 15 min bei 1100C ergeben sich sehr feste Zusammenballungen mit grosser Porosität.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Faseraggregaten und gegebenenfalls deren Weiterverarbeitung zu
EMI4.1
Flüssigkeit suspendiert werden, diese Suspension dann durch eine Drehbewegung in eine Turbulenz geringer Geschwindigkeit gebracht werden, wodurch sich Faseraggregate durch Zusammenballen von Fasern bilden, wobei diese Drehbewegung so lange beibehalten wird, bis kugelige Faseraggregate entstanden sind, die hierauf von der Suspension abgetrennt und entweder getrocknet und gelagert oder im feuchten oder trockenen Zustand zu Faserkörpern geformt werden, wobei bei Anwendung eines Bindemittels dieses entweder der Suspension zugesetzt oder die feuchten oder trockenen Faseraggregate mit diesem imprägniert werden, woran sich erforderlichenfalls eine Wärmebehandlung der Faseraggregate oder Faserkörper anschliesst.
EMI4.2