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Verfahren zum Herstellen von Fasern aus Holz Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Fasern aus Holz für die Weiterverarbeitung
zu Platten im Trockenverfahren. Es ist bekannt, sogenannten Holzspanplatten aus
schüttfähigen Holzspänen, die mit Bindemittel versetzt sind, unter der Einwirkung
von Druck und Hitze herzustellen. Die verwendeten Holzspäne können entweder aus
größeren Holzstücken durch Zerschlagen und Zerreißen in Mühlen, beispielsweise Hammermühlen,
hergestellt werden. Sie heißen dann Reiß-oder Mahlspäne und sind von völlig unregelmäßiger,
kömig-splittriger, nicht vorherbestimmbarer Form. Sie ergeben ein grobporiges, unregelmäßiges
Plattengefüge.
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Die Späne können aber auch mittels Schneidwerkzeugen aus stückigem
Holz gewonnen werden und entweder als Abfallspäne bei der spanabhebenden Holzbearbeitung
anfallen (Hobel-, Fräs-, Schälspäne usw.) oder auf eigens der künstlichen Erzeugung
von flachen Schneidspänen zum Zweck der Spanplattenherstellung dienenden Maschinen
mit weitgehend vorbestimmten Eigenschaften erzeugt werden. Beim Herstellungsverfahren
solcher Spanplatten wird das Spangut vielfach geschüttet, gestreut, mittels Pufferbunkern
dosiert, pneumatisch oder mittels Bändern transportiert. Das Spangut darf daher
eine gewisse Länge und Rauheit des Einzelspanes nicht überschreiten, da es nur so
weit zu Strukturbildungen bei den Schüttvorgängen und sonstigen Manipulationen neigen
darf, daß diese durch einfache Einrichtungen, wie Stachelwalzen, Kratzerbänder,
Schwingschurren usw., aufgelöst werden können. Knäuelbildende Holzwolle oder stark
verfilzendes oder verklebendes Gut sind für die bekannten, trocken arbeitenden Holzspanplatten-Herstellungsverfahren
ungeeignet.
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Aus flachen Schneidspänen erhält man geschichtete Werkstoffe regelmäßiger
Struktur mit vorbestimmbaren Eigenschaften, deren Gefüge um so regelmäßiger und
feinporiger ist und deren Außenflächen um so geschlossener und glatter sind, je
dünner, glatter und regelmäßiger die Späne erzeugt werden.
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Es sind andererseits die sogenannten Holzfaserplatten bekannt. Sie
bestehen nicht aus Spänen, sondern aus Fasern. Diese sind nicht ohne weiteres schütt-
oder rieselfähig, sondern müssen zwecks völliger Desintegration in Einzelfasem entweder
in Wasser suspendiert und im Sedimentationsverfahren auf wasserdurchlässigen Unterlagen
abgeschieden werden (Naßverfahren) oder durch besondere Maßnahmen (Dampfexpansion,
Zellexplosion, nachträgliches Zermahlen oder Zerraspeln eines getrockneten, verfilzten
Vlieses) nach einem ursprünglich naß arbeitenden Aufschlußverfahren trocken desintegriert
werden, um alsdann, ähnlich wie die schüttfähigen Späne, nach einem Trockenverfahren
weiter zu Platten verformt werden zu können (Semidry-Verfahren). Die Eigenschaften
der naß oder trocken hergestellten Faserplatten sind um so hochwertiger, je sauberer,
d. h. je freier von Fasertrümmern einerseits und von Faserbündeln und Holzsplittern
andererseits der Faserstoff ist.
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Die Gewinnung der Fasern kann auf folgende Arten erfolgen: a) mechanisches
Schleifen von Rundholz unter reichlicher Zugabe von Wasser durch Anpressen an Schleifsteine;
das Holz wird zuvor kalt (Weißschliff) oder heiß (Braunschliff) mit Wasser oder
Dampf vorgewässert und vorgeweicht; b) Druckbehandlung von kleinstückigem Holz (Hackschnitzeln)
mittels Wasserdampf und Zersprengung des Holzgefüges in die einzelnen Fasern durch
»Einschießen« des unter Druck stehenden Materials in einen Expansionsraum, gegebenenfalls
zwischen Mahlscheiben eines Raffineurs; c) Kochung von Holzschnitzeln mit Chemikalien
und anschließende Zermahlung im Raffineur, Kollergang oder Holländer; d) ein Sonderfall
ist die Herstellung des sogenannten Raffineurstoffes: An den kalt arbeitenden Holzschleifern
der Papierindustrie entsteht ein gewisser Anteil von aus dem Holzverband herausgerissenen
Splittern, größeren Faserbündeln und Rastsplittern. Dieses vom Papiermacher als
»Sauerkraut« bezeichnete Material ist durch das Wässern weitgehend vorgeweicht und
zum Teil auch durch den Anpreßdruck des Schleifholzes an den Schleifstein in seinem
Gefüge längs zur Faser vorgebrochen oder gelockert,
so daß es ohne
Wärme-, Explosionsdruck- oder chemische Vorbehandlung direkt zwischen den Scheiben
eines Raffineurs zu Fasern aufgeschlossen werden kann.
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Nach einem weiterhin bekannten Verfahren wird Rundholz mittels eines
Messerwellenzerspaners oder eines Flachscheibenzerspaners in gleichmäßige dünne
Späne zerlegt, die dann mittels eines einfachen Rührwerkes in Wasser in schmalere
Flachspäne aufgeteilt werden. Eine solche Zerspanung muß sehr sorgfältig durchgeführt
werden und setzt voraus, daß die zu zerspanenden Rundhölzer der Messerwelle oder
den Scheibenspanern faserparallel zugeführt werden, wobei die Messer genau auf die
Spandicke eingestellt werden. Infolge der stets wechselnden Beschaffenheit und Form
des einzusetzenden Rohholzes gibt es bis heute noch keine selbsttätig arbeitenden
Einrichtungen zur Beschickung derartiger Spaner, weshalb dieses Verfahren sehr arbeitsintensiv
ist. Ein weiterer Nachteil bei diesem Verfahren besteht darin, daß durch die Messerschneiden
die Fasern und Zellen des Holzes angeschnitten und damit beschädigt werden, weshalb
sie für eine Weiterverarbeitung, bei der auf den Fasercharakter Wert gelegt wird,
weniger geeignet sind.
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Es ist weiterhin ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem in einem Quetsch-
oder Mahnverfahren Rundhölzer zunächst zu großen, noch zusammenhängenden, teilweise
zerfaserten Bahnen aufgearbeitet werden, bei denen der Verband der einzelnen Fasern
untereinander teilweise jedoch völlig gelöst ist, aber zum anderen Teil doch noch
so weit zusammenhängt, daß geschlossene Bahnen von maschenartigem Gefüge entstehen.
Daran anschließend werden diese Bahnen weiter zerkleinert und zu Faserstoffen verarbeitet.
Die Verwendung von Rundholz begrenzt dieses bekannte Verfahren auf den Einsatz von
hochwertigem Holz, wie es üblicherweise für die Papier- und Zellstoffindustrie verwendet
wird. Es muß hier Holz von annähernd konstantem Durchmesser verwendet werden, falls
man nicht die Rundhölzer zu dünnen Scheiten aufspaltet, was aber einen weiteren
erhebliche Handarbeit erfordernden Verfahrensgang zur Folge hat. Um eine verhältnismäßig
geringe Durchmessertoleranz zulassen zu können, wird bei diesem Verfahren eine ziemlich
große Anzahl von Quetschwalzen benötigt, damit kein zu großer Holzdurchmesser zu
Verklemmungen und überbeanspruchungen der Quetschwalzen und ihrer Lagerung führt.
Da die Nutung der Walzen nicht verändert werden kann, verhalten sich die verschiedenen
Holzarten dem Quetschprozeß gegenüber ganz verschieden, so daß man für verschiedene
Hölzer mehrere, unterschiedlich genutete Sätze von Walzen benötigt. An den Quetschwalzen
entstehen stellenweise ungewöhnlich hohe Drücke, die zur völligen Zerstörung des
Holzzusammenhanges und unter Umständen auch der einzelnen Fasern selbst jeweils
an den Stellen führen, wo die Walzen mit den Nutenkanten mit außerordentlich hohem
Liniendruck das Rundholz erfassen. Dazwischen liegen aber andererseits wieder Bereiche
des Holzes, die innerhalb der Nuten praktisch drucklos die Walzenpartie passieren.
Ein gleichmäßiger oder steuerbarer Aufschluß kann daher bei diesem Verfahren nicht
gewährleistet sein.
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Der Holzaufschluß nach der Erfindung vereinigt Merkmale des Naßverfahrens
mit solchen des Trockenverfahrens, wobei man einen Stoff erhält, der weder als Faser
im Sinn der Papier- und Faserplattentechnik noch als Span im Sinn der Spanplattentechnik
bezeichnet werden kann, sondern bisher in der Holzwerkstofftechnik unbekannte Eigenschaften
besitzt und sich daher zu einem bisher unbekannten, technisch wertvollen Holzwerkstoff
verarbeiten läßt, der als Faserspanplatte bezeichnet werden soll. Die Erfindung
geht dabei von der Erkenntnis aus, daß zwischen den Abmessungen von trocken erzeugten
Spänen und den Abmessungen von naß gewonnenen Fasern ein deutlicher und sogar recht
breiter Bereich klafft, und sie gibt Wege an, in diesen Größenbereich gehörende
Holzpartikeln nicht nur als in ihren Eigenschaften zufallsbestimmte Partikelgemische
zu erzeugen, sondern sie als in ihren Eigenschaften in vorbestimmten Grenzen und
Werten durch entsprechend gesteuerte Verfahrensschritte wohldefinierte Gemische
herzustellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß Holzstücke in der
bevorzugten Form von Hackschnitzeln in kaltem oder heißem Wasser so lange eingeweicht
und aufgequollen werden, bis der Querverband der Fasern untereinander erweicht und
aufgelockert ist; sie werden dann ähnlich weiterbehandelt, wie es oben für den sogenannten
Raffineurstoff beschrieben wurde, nämlich einer Behandlung durch Quetschen, Ziehen,
Rollen, Walken, Kneten unterworfen, z. B. in einem Raffineur, einem Kollergang oder
einer Zahnscheibenmühle, derart, daß das Gut in längere Faserketten und Faserbündel
aufgelöst wird, die teilweise noch zusammenhängen und dickere Kerne aufweisen, jedoch
in ihrem Gesamtverband so gelockert sind, daß sie zum Teil pinselartig aufgefasert
und die Enden einzelner Faserbündel und Faserketten bis zu den Einzelfasern verästelt
sind, aber mit einem als Stamm dienenden Faserbündel noch zusammenhängen, ohne daß
damit eine Schleif-, Dampfdruck- oder chemische Behandlung verbunden ist.
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Die eingeweichten, gequollenen Holzstücke können nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung vor ihrer Weiterverarbeitung unter Auflockerung ihres Gefüges
einem so hohen Preßdruck unterworfen werden, daß sie seil- oder pinselartig verdreht
werden können. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Holzstücke in Vibration
versetzt werden.
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Es ist bekannt, geschnittene Flachspäne, sowohl Hobelspäne wie Kunstspäne,
in Wasser zu quellen und anschließend durch naß arbeitende Mahlgeräte (Holländer,
Kollergänge, Rührwerke) zu Fasern oder Faserbündeln zu desintegrieren. Dabei entsteht
ein völlig anderes Produkt als nach der Erfindung. Wird der Aufschluß weit getrieben,
so erhält man echte Einzelfasern, wird nur schwach aufgeschlossen, so werden die
Späne lediglich in schmalere, gegebenenfalls nadelförmige Flachspäne zerlegt; in
jedem Fall ist die Spandicke durch den vorausgehenden Zerspanungsprozeß vorbestimmt.
Wird Holz längs oder quer zur Faserrichtung durch Messer zerspant, entstehen immer
Flachspäne, diese können daher gar nicht der für die Erfindung wesentlichen rollenden,
walkenden, ziehend-knetenden, quetschenden Mahlung unterworfen werden.
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Es gehört zum Wesen der Erfindung, den Mahlprozeß so zu steuern, daß
weder durch zu starke Mahlung zu einem nennenswerten Teil Einzelfasern noch durch
eine zu schwache Mahlung ein grobkörniges Spangut, ähnlich dem in Hammermühlen
gewonnenen
entstehen kann, sondern daß eben jener bisher völlig unbekannte Faserspanstoff,
wie er beschrieben wurde, hergestellt wird. Man erreicht das, indem man stets von
völlig mit kaltem oder heißem Wasser durchtränkten Hackschnitzeln ausgeht und, beispielsweise
bei Verwendung eines Raffineurs, den Scheibenabstand, die Scheibenbeschaffenheit
(Steinstruktur, Zahnung oder Rippung von Stahlscheiben usw.), die Drehzahl, den
Anpreßdruck und gegebenenfalls die Wasserzugabe so steuert, daß der gewünschte Aufschlußgrad
erreicht wird, was jedem mit der Bedienung eines Steinzeug-Raffineurs; eines Stahlscheiben-Raffineurs,
einer Zahnscheibenmühle oder eines Kollerganges vertrauten Facharbeiter ohne weiteres
möglich ist.
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Der Aufschluß und insbesondere das Arbeiten der Maschine kann unterstützt
werden, wenn in an sich bekannter Weise zusammen mit dem feuchten Hackschnitzelgut
Wasser in oder durch die Aufschlußvorrichtung geleitet wird. Es können mehrere Aufschlußgeräte
der genannten Art, sowohl gleiche wie verschiedene für einen stufenweise fortschreitenden
Aufschluß hintereinandergeschaltet werden.
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Folgende Analogiebeispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren noch
näher erläutern. Beispiell Wird eine mit Wasser durchtränkte Holzwalze unter eine
ein wenig zu schwere Last gelegt, um diese zu verschieben, so wird die Walze während
des Rollens (auf hartem Boden) zerquetscht. Dabei entstehen nicht Splitter oder
unregelmäßige Bruchstücke, auch keine nennenswerten Kompressionen und Dauerdeformationen
der Zellen und Einzelfasern, sondern zunächst vorwiegend eine Lockerung und teilweise
Lösung des. Faserverbandes in seiner Querrichtung; das Holz wird »zerpinselt«, die
vorher starre Rolle läßt sich wie ein Seil verdrehen.
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Beispie12 Man klopfe vorsichtig mit einem Hammer auf ein vorher in
Wasser eingeweichtes Hackschnitzelteilchen; die Schläge sollen so leicht sein, daß
das gewachsene Holzgefüge nicht wesentlich zerquetscht, komprimiert und damit quer
und längs gebrochen wird, aber doch so kräftig, daß die beschriebene Lockerung und
Spaltung quer zum Faserverband eintritt. Wenn solches mehr oder weniger »zerpinseltes«Holz
dann unter weiterer rollender und walkender Bearbeitung gleichzeitig Zugkräften
ausgesetzt wird, beispielsweise in einem Raffineur, so entstehen kürzere Partikeln,
teils Faserbündel und Faserketten, teils Partikeln mit noch mehr oder weniger körnigem,
stückigem, länglichem Kern, der nach den Enden zu in Bündel aufgespalten ist, die
ihrerseits sich wieder bis zu Einzelfasern verästeln können. Häufig entstehen Formen,
wie kleine Bäume, Moos oder Pflanzenschößlinge, bei denen ein Stamm oder Stengel
sich in eine Krone verzweigt und verästelt. Der Stamm selbst ist dabei aber nicht
mehr kernig fest, wie ein trocken in einer Hammermühle zerschlagenes Holzteilchen,
sondern weist überwiegend jenen beschriebenen quergelockerten, seilartig verdrehbaren
Verband auf.
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Man kann die Arbeit der Mahlgeräte (Raffineur, Kollergang, Zahnscheibenmühle
usw.) entlasten und noch schonender gestalten, wenn man eine erste Gefügelockerung
etwa analog dem beschriebenen Hammerschlag durchführt, indem man die gewässerten
Hackschnitzel vor der Mahlung einem solchen mechanischen Druck aussetzt, daß die
Gefügelockerung eintritt. Füllt man gewässerte Fichtenholzhackschnitzel beispielsweise
in einen oben offenen Stahlzylinder, setzt dann einen Kolben auf die Füllung auf
und übt auf diese einen Preßdruck von beispielsweise größenordnungsmäßig 100 kg/em2
aus, so kann man nach Entleeren des Zylinders die einzelnen voher starren Holzstücke
seil- oder pinselartig verdrehen, weil ihr Gefüge quer zur Faser gelockert ist.
Es wurde gefunden, daß sowohl Kolbenpressen wie auch kontinuierlich arbeitende Schneckenpressen
vorteilhaft für diesen Voraufschluß verwendet werden können. Auch einstellbare Walzen
können den Voraufschluß bewirken. Mit ihnen können nicht nur Hackschnitzel, also
bereits rieselfähiges Gut, gequetscht und aufgelockert werden, sondern auch größere,
insbesondere lange Holzteile, wie beispielsweise Schwarten, Säumlinge und Spreißel
der Sägewerkindustrie, wobei die Aufteilung in kurzstückiges Gut, wie es den Mahlgeräten
zugeführt wird, erst anschließend, beispielsweise in Zerhackern, erfolgt.
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Der Voraufschluß läßt sich wirksam unterstützen, wenn die Preßwerkzeuge
und/oder das Preßgut während des Vorpressens durch einen Schwingungserreger bekannter
Bauart in Vibration versetzt werden.
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Ein besonderer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung, auch gegenüber
allen bekannten Verfahren, bei denen an Messern entstandene Holzspäne auf nassem
Weg weiterzerfasert werden, liegt darin, daß Hackschnitzel leicht aus größeren Holzstücken
in bekannter Weise erzeugt und alsdann, da sie schütt-, riesel- und fließfähig sind,
weitgehend automatisch dem weiteren Aufschluß- und Verarbeitungsprozeß zugeführt
werden können. Bekanntlich liegt ein bis heute noch nicht beseitigter Nachteil der
trocken arbeitenden Holzspanplattenindustrie darin, daß eine vollautomatische Beschickung
der Zerspanungsmaschinen bisher nicht möglich ist. Die für die Zerspanung verwendeten
Holzstücke, deren Länge je nach den verwendeten Zerspanern im allgemeinen zwischen
etwa 30 cm und 2 m schwankt, bedürfen zum ordnungsgemäßen Einlegen in die Zerspanungsmaschinen
der menschlichen Hand. Lediglich Teilmechanisierungen dieses Arbeitsvorganges sind
bisher gelungen. Hackschnitzel dagegen lassen sich in bekannter Weise vollautomatisch
manipulieren.
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Die nach der Erfindung aufgeschlossenen Faserspäne zeigen zwar ihrer
Verästelung und Fibrillierung entsprechend bereits eine ausgesprochene Verfilzungstendenz,
doch ist diese weit geringer als bei echten Einzelfasern und derart, daß das Faserspangut
sich mit den in der trocken arbeitenden Holzspanplattentechnik gebräuchlichen Maschinen
ohne besondere Schwierigkeiten zu Platten und Formkörpern nach dem Trockenverfahren
weiterverarbeiten läßt. Die Späne können also getrocknet, gesichtet, mit Bindemittel
versetzt, zu Matten gestreut und schließlich unter Druck und Hitze in bekannter
Weise verformt und gehärtet werden. An einzelnen Stellen des Verfahrensganges können
an sich bekannte Auflockerungseinrichtungen, wie Stachelwalzen, Kratzerbänder, Schwingschurren
usw., eingebaut werden.
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Die aus dem Faserspanstoff nach den Regeln der trocken arbeitenden
Holzspanplattentechnik erzeugten Faserspanplatten haben bei gleicher Zusammensetzeng
und
Wichte wie Holzspanplatten aus geschnittenen Flachspänen ähnliche Eigenschaften
wie diese.