DE10052175A1 - Verfahren zur mechanischen Bearbeitung von Fasern oder Faserprodukten - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanischen Bearbeitung von Fasern, Faserrohstoffen oder Faserprodukten mittels eines Werkzeugs. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug vor oder während der Bearbeitung der Fasern, der Faserrohstoffe oder der Faserprodukte mit einem Schmiermittel behandelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanischen Bearbeitung von Fasern bzw. Faserrohstoffen (im folgenden von dem Begriff Fasern mit umfaßt) oder Faserprodukten mittels eines Werkzeugs.

Fasern und Faserprodukte spielen eine bedeutende und gegenwärtig zunehmend wichtige Rolle für die Industrie. Die traditionelle Anwendung von Fasern pflanzlicher und zum Teil auch tierischer Herkunft sowie von sogenannten Chemiefasern hatte in der Vergangenheit ihren Schwerpunkt bei der Herstellung textiler Faserstoffe, z. B. für die Herstellung von Kleidung. Außerdem wurden aus Fasern Garne, Gewebe und Taue hergestellt. Daneben gewinnen natürliche Fasern (Naturfasern) in zunehmen­ dem Maße Bedeutung bei technischen Anwendungen. Z. B. können natürliche Fa­ sern als Verstärkungs- bzw. Armierungsfasern in unterschiedlichen Werkstoffen ein­ gesetzt werden und können hier vor allem synthetisch gewonnene Fasern ersetzen. Diese Werkstoffe, die natürliche Fasern enthalten, können eine organische Matrix haben (Kunststoffe) oder eine anorganische Matrix (z. B. Baustoffe).

Bei natürlichen Fasern pflanzlicher Herkunft sind zwei Fälle zu unterscheiden. Er­ stens kann es sich um Holzfasern handeln, d. h. die faserigen Bestandteile von Höl­ zern. Die wirtschaftliche Bedeutung von solchen Holzfasern liegt unter anderem in der Erzeugung von Zellulosefasern, z. B. zur Herstellung von Papier. Zweitens kann es sich um die Fasern von Faserpflanzen handeln, die in erster Linie wegen ihres Fasergehaltes kultiviert werden. Hier ist zwischen Stengelfasern (Bastfasern), wie Flachs, Hanf, Jute, Ramie, Nessel, Kenaf und anderen, und Blattfasern, wie z. B. Si­ sal und Faserbanane, sowie Fruchtfasern, wie z. B. Baumwolle und Kokos, zu unter­ scheiden. Die Fasern der Faserpflanzen sind ebenso wie die Holzfasern vorwiegend aus Zellulose aufgebaut.

Bevor sie zum Einsatz kommen, müssen Fasern bzw. deren Rohstoffe in geeigneter Weise mechanisch aufbereitet werden. Die mechanische Aufbereitung kann die Ein­ zelfasern oder Faserbündel betreffen. Für die mechanische Bearbeitung der Fasern und Faserrohstoffe wird eine Vielzahl von unterschiedlichen Maschinen eingesetzt. Der dabei unmittelbar mit den Fasern bzw. dem Faserrohstoff in Kontakt tretende Maschinenteil wird hier als Werkzeug bezeichnet. Ein solches Werkzeug ist bei­ spielsweise das Messer einer Schneidemaschine, mit der Pflanzenfasern in eine de­ finierte Stapellänge geschnitten werden. Dabei werden bei sog. Guillotine- Schneidemaschinen Taktzeiten bis zu 400 Schnitten pro Minute erreicht. Außerdem werden auch andere Produkte, die aus Fasern bestehen oder Fasern enthalten, me­ chanisch bearbeitet.

Bei der Bearbeitung von Fasern oder Produkten aus oder mit Fasern ist der Ver­ schleiß am Werkzeug der bearbeitenden Maschine vor allem in automatisierten Pro­ zessen mit hohem Durchsatz und großen Stückzahlen ein großes Problem. Bei­ spielsweise führt bei einer Guillotine-Schneidemaschine der Verschleiß an dem Messer bei hohen Taktzahlen dazu, daß das Messer ca. jede Stunde nachgeschlif­ fen werden muß.

Bei der Bearbeitung von Metall werden üblicherweise Schmiermittel eingesetzt, um die Werkzeuge zu kühlen und gegen Verschleiß zu schützen. Außerdem werden bewegbare, aneinander reibende Maschinenteile aus Metall geschmiert. Bei der Be­ arbeitung von Stein wird Wasser als Kühlmittel eingesetzt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur mechanischen Be­ arbeitung von Fasern, Faserrohstoffen oder Faserprodukten mittels eines Werk­ zeugs bereitzustellen, bei welchem der Verschleiß des Werkzeugs verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 ge­ löst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen ergeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug vor oder während der Bearbeitung der Fasern oder der Faserprodukte mit einem Schmiermittel behandelt wird. Unter Faserprodukten werden hier Produkte verstan­ den, die aus Fasern bestehen oder Fasern enthalten. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß bei der Verwendung von in der Industrie zur Verhinderung des Ver­ schleißes von bewegten Maschinenteilen benutzten Schmiermitteln auch der Werk­ zeugverschleiß bei der Bearbeitung von Fasern und Faserprodukten erheblich ver­ mindert werden kann. Dies ist wirtschaftlich von Vorteil, da die Standzeiten der bear­ beitenden Werkzeuge erhöht werden können und dadurch der Durchsatz erhöht wird. Außerdem ist weniger Personal erforderlich, da das Werkzeug seltener nach­ geschliffen werden muß.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Fasern bzw. Faserrohstoffe pflanzliche, tierischer oder mineralischer Herkunft sein. Sind die Fasern oder der Faserrohstoff pflanzlicher Herkunft, können z. B. Holz-, Bast-, Frucht- oder Blattfa­ sern bzw. Rohstoffe mit Holz-, Bast-, Frucht- oder Blattfasern bearbeitet werden. Als zu bearbeitende Bastfasern kommen z. B. Flachs, Hanf, Kenaf, Jute, Nessel, Ramie und ähnliche Fasern in Frage. Außerdem können synthetisch oder halbsynthetisch hergestellte Fasern oder Faserrohstoffe bearbeitet werden. Solche synthetischen oder halbsynthetischen Fasern werden durch chemische Veränderungen aus natür­ lich vorkommenden organischen Stoffen, wie z. B. Erdöl, gewonnen. Sie werden in diesem Fall häufig als Chemiefasern bezeichnet. Beispielsweise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Aramidfasern bearbeitet werden. Außerdem können synthetische oder halbsynthetische Fasern oder Faserrohstoffe aus mineralischen Rohstoffen gewonnen werden, wie z. B. Glas- oder Gesteinsfasern.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorteilhafterweise außerdem textile Faserprodukte bearbeitet. Solche textile Faserprodukte können beispielsweise Vlie­ se, Garne, Gewebe, Gewirke, Schnüre, Seile, Taue, Filze, Flocken, Watten, Geotex­ tilien und Textilverbundstoffe sein.

Außerdem können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Faserverbundwerkstoffe bearbeitet werden. Solche Faserverbundwerkstoffe enthalten Fasern in funktionell signifikanten Anteilen, d. h. ohne die Fasern würde der Verbundwerkstoff seine Funk­ tion nicht erfüllen. Dabei kann der Faseranteil, wie z. B. bei Porenbeton, nur 0,25 Gew.-% betragen. Außerdem gibt es Faserverbundwerkstoffe, wie z. B. Kunststoff- Faserplatten mit einem Faseranteil von 95 Gew.-%. Die Faserverbundwerkstoffe ha­ ben für die Verbindung der Fasern eine Matrix und nicht nur ein Hilfsmittel, wie z. B. Kleber, Avivagen, Filzstoffe, etc. Die Matrix kann anorganisch, z. B. Keramik, Ze­ ment, Kalk oder Gips, sein. Zusätzlich sind noch Füllstoffe, wie z. B. Sand enthalten, so daß man Baustoffe, wie Beton, Mörtel oder Estrich, erhält. Außerdem kommen als Matrix auch Kunststoffe, wie z. B. Thermoplaste, Duroplaste oder Biopolymere in Frage, die auch auf nachwachsenden Rohstoffen basieren können. Beispiele für or­ ganische Matrizen sind ferner Harze, Wachse, Asphalt, Bitumen, Gummi oder Latex.

Somit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Verstärkungs- bzw. Ar­ mierungsfasern bearbeitet werden sowie Produkte, die solche Fasern enthalten.

Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Schmiermittel ist ein Fett, ein Wachs, ein Öl, ein Gleitlack, eine Paste, eine Emulsion und/oder ein Festschmier­ stoff. Ferner kann das Schmiermittel eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Schmiermittel sein. Als Öle bzw. als ölige Bestandteile, d. h. als Basisöle für die Fette und Pasten, können Schmiermittel pflanzlicher, tierischer oder mineralischer Herkunft sowie halb- oder vollsynthetisch hergestellte Produkte verwendet werden. Mineralöle können beispielsweise Erdöldestillate, Säure- oder Solventraffinate, Zweitraffinate oder Brightstockqualitäten sein. Als Öle mit pflanzlicher Herkunft wer­ den vor allem Rapsöle eingesetzt. Als ein Öl tierischer Herkunft kann z. B. Klauenöl eingesetzt werden. Als synthetische Öle können z. B. Polyether, Polyalphaolefine, Polyglycole, Silikonöle, Carbonsäureester und/oder Phosphorsäureester verwendet werden. Ferner können Komplexester, Poly(iso)butylene oder Perfluoralkylether ein­ gesetzt werden.

Fette sind eingedickte Öle. Als Eindickungsmittel dienen Metallseifen wie z. B. Lithi­ um-12-hydroxystearat, Polyharnstoffe, Bentonite oder Gele wie z. B. Siliziumoxid. Pasten sind Mischungen aus Feststoffen und Ölen. Als Feststoffe können dabei Metalle (z. B. Kupfer, Aluminium etc.), Metalloxide (z. B. Titandioxid, Zinkoxid etc.), Metallsulfide (z. B. Zinksulfid, Molybdändisulfid etc.), PTFE, Graphit, Phosphate (z. B. Zinkpyrophosphat) und Silikate (z. B. Talkum) verwendet werden.

Als vorteilhafte Schmiermittel haben sich insbesondere Schneidölfluide auf Mineral­ ölbasis, PTFE-Fette auf der Basis eines vollsynthetischen Öles und Gleitlacke erwie­ sen.

Das Schmiermittel kann auf das Werkzeug durch Sprühen, Tränken, Auftropfen, Vernebeln, Einreiben, Beschichten oder Einpinseln aufgebracht werden. Wird das Werkzeug besprüht, kann als Treibmittel z. B. CO₂, N₂O, Propan-Butan und/oder DME (Dimethylether) eingesetzt werden.

Die mechanische Bearbeitung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren insbeson­ dere angewendet werden kann, schließt ein Schneiden, Mahlen, Bohren, Hobeln, Sägen, Fräsen, Schleifen, Brechen, Sieben, Sichten, Verblasen, Öffnen, Kardieren, Schwingen, Hecheln, Strecken, Verspinnen und/oder Extruieren ein.

Die Werkzeuge, die bei der Bearbeitung der Fasern oder Faserprodukte eingesetzt werden können, sind in der Regel aus einem Spezialstahl, wie etwa Titan, Chrom, Nickel, Vanadium oder Molybdän enthaltenden Stahl gefertigt. Außerdem kann das Werkzeug auch aus einer Spezialkeramik, wie etwa Siliziumkarbid, Bornitrid, Por­ zellan oder Aluminiumoxid (Korund) gefertigt sein. Als Werkzeug kann z. B. ein Schneidmesser eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Vergleichsbeispiel

Das Schneidmesser einer Guillotine-Schneidemaschine der Firma Bergers (Typ CUT 250) wird mit einer Schleifmaschine der Firma Bergers (Typ MS85) nachgeschliffen und geläppt. Danach wird mit der Schneidemaschine ein Band aus Flachsfasern mit einer Breite von 25 cm und einer Dicke von 2 cm auf eine Stapellänge von 1 mm geschnitten. Der Durchsatz beträgt bei dieser Schnittlänge und einer Raumdichte des Faserbandes von 0,7 g/cm³ ca. 60 kg pro Stunde. Dies entspricht einer Taktzeit der Schneidemaschine von 300 Schnitten pro Minute. Nach einer Stunde ist das Schneidmesser der Schneidemaschine stumpf. Die Stumpfheit wird einerseits da­ durch erkannt, daß die Schnittqualität nachläßt, d. h. Fasern nicht mehr geschnitten werden sondern aus dem bearbeiteten Faserbündel herausgezogen werden. Ande­ rerseits zeigt die Schneide des Messers im Querschnitt eine Abrundung mit einem Krümmungsradius von mehr als 0,005 mm.

Beispiel 1

Das Schneidmesser wird nun in gleicher Weise wie vor dem vorgenannten Ver­ gleichsbeispiel nachgeschliffen. Nach dem Schleifen wird die Schneide geläppt und anschließend mit einem Schmierfett mittels eines Lederlappens dünn eingerieben und wieder in die Schneidemaschine eingesetzt. Als Schmierstoff wird ein Inertfett der Firma Setral Chemie GmbH (Typ SYN-setral-INT-250-S-2) verwendet. Es ist ein PTFE-Fett auf der Basis eines vollsynthetischen Öles. Die Guillotine- Schneidemaschine mit dem eingefetteten Schneidmesser wird nun unter den glei­ chen Bedingungen wie bei dem Vergleichsbeispiel zum Schneiden von Flachsfasern eingesetzt. Die Standzeit, d. h. die Zeit, in der das Schneidmesser scharf genug ist, um die Flachsfasern zu schneiden, beträgt nun 1,5 Stunden. Erst nach dieser Zeit­ dauer weist das Schneidmesser die gleiche Stumpfheit wie in dem Vergleichsbei­ spiel auf.

Beispiel 2

Wie beim Vergleichsbeispiel wird das Messer geschliffen. Danach wird die Schneide geläppt und anschließend mit einem ein schmierendes Additiv enthaltenden Spray der Firma Setral Chemie GmbH (Typ CUT-setral-CST-2) behandelt. Dieses Schmiermittel ist ein Schneidölfluid auf Mineralölbasis. Danach wird das Messer in die Guillotine-Schneidemaschine eingesetzt. Das Schneiden der Flachsfasern erfolgt daraufhin auf gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel, außer daß während des Be­ triebs die Schneide ca. alle fünf Minuten kurz wiederholt für ca. zwei Sekunden be­ sprüht wird. Die Standzeit des Messers beträgt nun zwei Stunden, bis die gleiche Stumpfheit wie bei dem nicht behandelten Messer des Vergleichsbeispiels erreicht wird.

Beispiel 3

Wie beim Vergleichsbeispiel wird das Messer geschliffen. Danach wird die Schneide geläppt und der Gleitlack DIO-setral-57 N der Firma Setral Chemie GmbH aufge­ sprüht. Nach einer 5minütigen Trockenzeit wird der Gleitlack mit einem weichen Le­ dertuch poliert. Der Gleitlack basiert auf Molybdändisulfid als Festschmierstoff, ei­ nem Bindersystem und leicht flüchtigen Lösemitteln. Die Guillotine- Schneidemaschine mit dem behandelten Schneidmesser wird unter denselben Be­ dingungen wie bei dem Vergleichsbeispiel zum Schneiden von Flachsfasern einge­ setzt. Nun beträgt die Standzeit 3 Stunden. Nach dieser Zeitdauer weist das Schneidmesser die gleiche Stumpfheit wie in dem Vergleichsbeispiel auf.

Durch die Erhöhung der Standzeiten beim Schneiden der Fasern muß das Messer im Beispiel 1 nur noch viermal, im Beispiel 2 nur roch dreimal und im Beispiel 3 nur noch zweimal gegenüber sechsmal beim Vergleichsbeispiel, bei dem die Schneide nicht behandelt wurde, während eines sechsstündigen Arbeitszyklus nachge­ schliffen werden. Die Schleif- und Läppzeit sowie das damit verbundene Ein- und Ausbauen des Messers betragen ca. 10 Minuten.

Das im Beispiel 1 eingesetzte Schmiermittel ist ein extrem gut haftendes Fett. In dem geschnittenen Produkt sind keine Spuren dieses Schmiermittels nachweisbar. Eine Verschmutzung tritt demnach nicht auf.

Das im Beispiel 2 eingesetzte Schmiermittel ist ein schnell flüchtiges Fluid mit Ver­ schleißschutzadditiven. Auch hier tritt eine Verschmutzung des geschnittenen Pro­ dukts nicht auf. Bei der industriellen Anwendung kann dieses Schmiermittel mit ei­ nem automatischen Sprühsystem aufgetragen werden.

Auch bei dem in Beispiel 3 eingesetzten Schmiermittel (Gleitlack) tritt keine Ver­ schmutzung des geschnitten Produktes auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur wie in den vorgenannten Beispie­ len 1 bis 3 beim Schneiden von reinen Fasern eingesetzt werden, sondern auch beim Schneiden der zuvor genannten Faserprodukte. Insbesondere können Ver­ bundwerkstoffe, wie z. B. flachsfaserverstärkter Porenbeton sowie synthetische oder halbsynthetische Fasern, wie z. B. Aramidfasern, mit dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren bearbeitet werden.

Als mechanische Bearbeitung kommt bei Pflanzenfasern insbesondere das Schnei­ den, Mahlen, Öffnen, Kardieren und ähnliches in Frage und bei Holz bzw. Holzfasern ferner das Bohren, Hobeln, Sägen, Fräsen und Schleifen. Die Werkzeuge, die bei der Bearbeitung der Fasern oder Faserprodukte eingesetzt werden können, sind da­ bei aus einem Spezialstahl gefertigt, der z. B. rostfrei sein kann. Die erfindungsge­ mäße Behandlung des Werkzeugs mit einem Schmiermittel beim mechanischen Be­ arbeiten von Fasern und Faserprodukten führt dabei zu den folgenden Vorteilen:

• - Das Messer kann im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel um 50% (Beispiel 1) bzw. 100% (Beispiel 2) oder um 200% (Beispiel 3) länger verwendet werden, be­ vor es wegen zu starkem Abschleifens neu geschliffen und geläppt werden muß.
• - Hierdurch wird zusätzliche Produktionszeit gewonnen.
• - Des weiteren wird Personalzeit eingespart.
• - Sowohl die eingesetzten Messer, als auch die Messerschleifmaschine und die Läppmaschine haben eine um 50% (Beispiel 1) bzw. 100% (Beispiel 2) oder 200% (Beispiel 3) höhere Lebensdauer.

Claims (12)

1. Verfahren zur mechanischen Bearbeitung von Fasern, Faserrohstoffen oder Fa­ serprodukten mittels eines Werkzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß das Werk­ zeug vor oder während der Bearbeitung der Fasern, der Faserrohstoffe oder der Faserprodukte mit einem Schmiermittel behandelt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder der Faserrohstoff pflanzlicher, tierischer oder mineralischer Herkunft sind.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Holzfasern, Bastfasern, Blattfasern, Fruchtfasern oder Rohstoffe mit Holz-, Blatt-, Bast- oder Fruchtfasern bearbeitet werden.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß synthetisch oder halbsynthetisch hergestellte Fasern bearbeitet werden.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß textile Faserpro­ dukte bearbeitet werden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Faserverbund­ werkstoffe bearbeitet werden.

7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel ein Fett, ein Wachs, ein Öl, ein Gleitlack, eine Paste, eine Emulsion und/oder ein Festschmierstoff ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl oder der ölige Bestandteil des Schmiermittels pflanzlicher, tierischer oder mineralischer Herkunft ist oder halb- oder vollsynthetisch hergestellt wurde.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetischen Öle Polyether, Polyalphaolefine, Polyglycole, Silikonöle, Carbonsäureester und/oder Phosphorsäureester sind.

10. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel auf das Werkzeug durch Sprühen, Tränken, Auftropfen, Vernebeln, Einreiben, Beschichten und/oder Einpinseln aufgebracht wird.

11. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Bearbeitung Schneiden, Mahlen, Brechen, Bohren, Ho­ beln, Sägen, Fräsen, Schleifen, Sieben, Sichten, Verblasen, Öffnen, Kardieren, Schwingen, Hecheln, Strecken, Verspinnen und/oder Extruieren ist.

12. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Schneidmesser ist.