DE1596332B2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von vliesen aus anorganischen fasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vliesen aus anorganischen Fasern, bei dem das faserbüdende Material durch Düsenöffnungen in einem Spinnrotor zu Fasern ausgestoßen und mittels eines Luftstromes nach oben zu einer luftdurchlässigen Sammelfläche befördert wird. Ferner ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gerichtet.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der FR-PS 11 53 121 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden die aus dem Spinnrotor ausgestoßenen Fasern mittels eines kräftigen Luftstromes, der durch unterhalb der Düsenöffnungen am Spinnrotor angebrachte Flügel erzeugt wird, zu kurzen Stücken gebrochen und nach oben zu einer Sammelfläche geblasen.

Bei dem bekannten Verfahren wird als wesentlich betrachtet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Brech- und Transportluftstroms stets vergleichsweise groß und mit der Drehgeschwindigkeit des Spinnrotors synchronisiert ist, da bei Fehlen einer derart starken Luftströmung bei dem bekannten Verfahren ein Aufblähen des extrudierten Materials und eine unerwünschte Faserverteilung befürchtet werden. Mit dem bekannten Verfahren sind demgemäß nur Vliese herzustellen, die aus relativ kurzen Faserstücken bestehen und die überdies den sich beim Extrudieren und Brechen der Fasern ergebenden Schrot enthalten, da dieser durch die starke Luftströmung stets mittransportiert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Vliesen aus anorganischen Fasern zu schaffen, das es ermöglicht, ohne besonderen Aufwand praktisch weitgehend schrotfreie Vliese aus vergleichsweise langen Fasern zu erhalten.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Luftstrom aus einer unterhalb des Spinnrotors erzeugten, leichten, diffusen Luftströmung besteht, die die aus den öffnungen extrudierten Fasern nach oben mitnimmt, während der Schrot durch die Zentrifugalkraft nach außen geschleudert und nicht von der Luftströmung mitgenommen wird.

Durch die Beschränkung der Funktion des Luftstroms auf eine Hebefunktion werden lange, feine Fasern erhalten, und es wird gleichzeitig sichergestellt, daß die Hebefunktion des Luftstromes nicht ausreicht, um den entstehenden Schrot mitzunehmen, so daß sich durch das Zusammenwirken zwischen dem sich drehenden Spinnrotor und dem Hebeluftstrom bezüglich des Schrots eine einwandfreie Trennfunktion bezüglich des störenden Schrots erreichen läßt.

Vorzugsweise ist bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens unterhalb des Spinnrotors ein zum Spinnrotor im wesentlichen konzentrischer Ring mit rotorseitigen Luftaustrittsöffnungen angeordnet.

Die Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht und im nachstehenden beispielsweise beschrieben.
F i g. 1 zeigt eine teilweise schematisch dargestellte Ansicht einer Vorrichtung zur Faserherstellung.

Fig. IA zeigt eine vergrößerte schematische Ansicht der Faseraufnahmevorrichtung der Vorrichtung nach Fig. 1.
Fig.2 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht eines Spinnrotors, wie er in der Vorrichtung nach F i g. 1 verwendet wird.

Die dargestellte Vorrichtung umfaßt ein Gestell 10 mit einer Grundplatte 12 und einem aufrechten Ständer 14, auf welchem ein Spinnrotor 16 gelagert und derart ausgebildet ist, daß faserbildendes Material durch Zentrifugalwirkung zu langen dünnen Fasern geformt wird.

Weiterhin sind eine Leitung 18, durch die faserbildendes Material in flüssiger Form aus einem Behälter 20 dem Spinnrotor 16 zugeführt wird, und eine Einrichtung 22 mit einem Gehäuse zur Ansammlung der gebildeten Fasern vorgesehen. Durch einen Infrarotstrahler 24 werden die Fasern getrocknet, wobei sie auf einem Förderer 26 angeordnet sind. In einem Ofen 28, den sie auf einem anderen Förderer 30 durchlaufen, vverden die Fasern kalziniert.

Nach Fig.2 weist der Spinnrotor 16 die Form einer hohlen Scheibe 32 auf, an deren Umfang eine ringförmige Reihe radial und horizontal liegender, in

gleichen Abständen angeordneter feiner öffnungen 34 mit einem Durchmesser von etwa 0,50 mm vorgesehen ist. Die Öffnungen 34 stehen mit dem hohlen Innenraum 36 der Scheibe 32 in Verbindung.

Die um eine vertikale Achse drehbare Scheibe 32 wird von einer vertikal verlaufenden, rohrförmigen Welle 38 angetrieben, die ihrerseits über ein Zahnradpaar 40, 41 durch einen drehzahlveränderlichen Elektromotor 42 angetrieben wird. Der Elektromotor ist mit einem Flansch 43 fest an dem Ständer 14 befestigt, wobei seine Achse vertikal angeordnet ist. Die Antriebswelle 38, die bezüglich der Motorachse in horizontaler Richtung versetzt angeordnet ist, ist in oberen und unteren Lagern-44 und 46, die beide von dem Ständer 14 getragen werden, um eine vertikale Achse drehbar gelagert. Die Nabe des Zahnrades 41 ist fest und koaxial mit der Motorwelle 47 verbunden, und die hohle Nabe des Zahnrades 40 ist fest und koaxial an der Antriebswelle 38 befestigt.

Die von dem Behälter 20 kommende Leitung 18 ist mit einem vertikalen Endstück versehen, welches mit Hilfe einer Halteklemme 48 mit dem Gestell 10 fest verbunden ist und durch die Nabe des Zahnrades 40 und den hohlen Mittelteil der Antriebswelle 38 verläuft und im Inneren der Scheibe 36 endet. Zwischen dem oberen Ende der Antriebswelle 38 und der Leitung 18 ist eine Buchse 50 angeordnet, um eine Flüssigkeitsdichtung herzustellen.
Die öffnungen 34 in der Scheibe 32 sind genügend

klein, um aus einer faserbildenden Mischung mit einer Viskosität von 40 bis 45 Poises bei etwa 27° C Fasern herzustellen, deren Durchmesser kleiner als 5 Mikron und vorzugsweise 2 bis 3 Mikron betragen. Es ist klar, daß bei zu geringer Viskosität der Mischung ein hoher Prozentsatz an Schrot oder nicht faseriger Lösung zusammen mit der Faser erzeugt wird, während Mischungen mit äußerst hoher Viskosität die öffnungen 34 verstopfen können. Die Scheibe 32 wird von dem Motor 42 mit einer Umfangsgeschwindigkeit zwischen 1500 und 2100 m/min, vorzugsweise mit 1800 m/min, angetrieben. Der Scheibendurchmesser beträgt vorzugsweise 300 bis 600 mm. Die Scheibengeschwindigkeit ist in dem erwähnten Geschwindigkeitsbereich eingestellt, um die zur Extrusion bestmögliche Zentrifugalkraft für die entsprechende Viskosität des faserbildenden Materials zu schaffen. Wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe 32 zu gering ist, neigt das faserbildende Material dazu, in den öffnungen 34 zu trocknen, so daß sie verstopfen und die Produktion herabgesetzt wird, während bei zu hoher Geschwindigkeit die Fasern zu kurz und zu schwach werden, und zwar im Vergleich zu den Qualitätsfasern, welche bei entsprechend optimaler Geschwindigkeit hergestellt wenden können.

Das faserbildende Material wird dem Spinnrotor 16 von dem Behälter 20 unter einem von einem Luftkompressor 52 erzeugten Druck zugeführt. Der Kompressor ist mit dem Inneren des Behälters 20 über eine Leitung 53 und auch mit einem Luftring 54 über eine Leitung 55 verbunden. Der Luftring 54 ist um die Antriebswelle 38 auf einem etwas größeren Durchmesser als dem der Scheibe 32 angeordnet, wobei an der oberen Fläche des Luftringes eine Reihe von in der Zeichnung nicht dargestellten öffnungen vorgesehen sind, um einen leichten, diffusen Luftstrom zu erzeugen, welcher nach oben in die Nähe des Umfanges des Spinnrotors 16 verläuft und die aus den öffnungen 34 extrudierten Fasern nach oben mitnimmt. In der Leitung 18 ist ein Ventil 58 vorgesehen, durch welches der Behälter 20 entleert werden kann.
- Das Gehäuse 22 wird von einer Hängekonstruktion 60 getragen. Ein endloses Förderband 66 aus gewebtem Nylon oder anderem porösem Material läuft innerhalb des Gehäuses 22 über drei im Dreieck angeordnete Rollen 68, von denen eine von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Motor angetrieben wird. Nach Fig. IA umfaßt das Gehäuse 22 eine Bodenwand 70, deren linke Seite eine große öffnung aufweist, welche von einem Teil des Förderbandes 66 abgedeckt ist. Der rechts liegende Teil der Bodenwand 70 ist undurchlässig. Die Anordnung ist so ausgerichtet, daß der offene Teil der Bodenwand 70 über dem Spinnrotor 16 angeordnet ist.

An einer Endwand des Gehäuses 22 ist ein Sauggebläse 72 oder eine andere entsprechende Luftabsaugvorrichtung vorgesehen, um die Raumluft nach oben durch den Teil des Förderbandes zu saugen, der die öffnung in der Bodenwand 70 bedeckt, und dann die Luft wieder zurück in den Raum zu schicken, so daß im Inneren des Gehäuses 22 ein Unterdruck aufrechterhalten wird, um dadurch an der Unterseite des Teiles des Förderbandes 66, welches die in der Bodenwand 70 vorgesehene öffnung überquert und diese abdeckt, eine Saugwirkung zu erzeugen.

Bei dieser Anordnung werden die extrudierten Fasern von dem aus dem Luftring 54 ausgestoßenen Luftstrom nach oben in die Nähe des Teiles des Förderbandes 66 angehoben, das mit einer Saugwirkung beaufschlagt ist, und die gebildeten Fasern werden daran gesammelt und festgehalten. Die Dicke der angesammelten Faserablagerung ist durch die Geschwindigkeit des Förderbandes 66 und die Ausstoßmenge des Spinnrotors 16 bestimmt und in geringem Ausmaß durch die Saugkraft an der Ansammlungsfläche des Förderbandes 66.

Auf der Ansammlungsfläche des Förderbandes 66 wird ein ausreichendes Vakuum erzeugt, wenn ein Sauggebläse vorgesehen ist, dessen Kapazität 45 m³ Luft pro Minute bei einer Bodenöffnung oder Ansammlungsfläche von etwa 0,37 m² beträgt. Vorzugsweise wird ein Luftgebläse verwendet, das etwa 120 m³ Luft pro Minute für jeden m² an effektiver Ansamm-Iungsfläche an dem Förderband 66 absaugt.

Das Förderband 66 beschreibt einen dreieckförmigen Weg in Richtung der in Fig. IA gezeigten Pfeile. Die Fasern, die sich an dem Förderband 66 ansammeln, während dieses an der öffnung des Gehäuses 22 vorbeiläuft, werden unmittelbar unter den undurchlässigen Teil der Bodenwand 70 befördert, wo die Saugwirkung aufhört und die Fasern auf das obere Ende des Förders 26 fallen. Der Förderer 26 umfaßt ein geneigt angeordnetes Förderband 74, das um zwei Rollen 76 umläuft, von denen eine von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Motor angetrieben wird.

Der Hauptzweck des Förderers 26 ist es, das Trocknen und Zusammendrücken der Fasern unter der eindringenden Wärme der Infrarotstrahler 24 zu erleichtern. Zu diesem Zweck ist der Förderer 26 genügend lang ausgebildet, beispielsweise etwa 3 m, um eine Heizzeit von etwa 10 Minuten bei einer Bandgeschwindigkeit von etwa 0,3 m/min zu erreichen.

Zwischen den Enden des Förderers 76 wird die

35· Faserdecke auf dem Förderband 74 durch die Wirkung eines weiteren Förderers 78 verdichtet, der ein endloses Band 80 und Rollen 82 umfaßt, die nach dem in F i g. 1 gezeigten Schema angeordnet sind. Es ist zu bemerken, daß das Band 80 und das Band 74 in Richtung der Faserbandbewegung konvergieren, um die gewünschte Verdichtung zu bewirken und ein Faserband mit der bei dieser Verfahrensstufe gewünschten Dichte zu erzielen.

Der Spinnrotor 16 kann beispielsweise pro Stunde

0,15 bis 0,30 m³ laseriges Material herstellen, und die auf den Förderer 26 abgegebene Faserdecke weist eine Dichte von etwa 0,008 g/cm³ auf. Nach der durch den Förderer 78 bewirkten Verdichtung kann die Faserdekke eine Dichte von 0,032 bis 0,048 g/cm³ aufweisen. Wenn die Trocknungstemperaturen für die auf dem Förderer 26 befindliche Faserdecke in der Größenordnung von 130 bis 190⁰C liegen, eignet sich als Gurtmaterial für die Bänder 74 und 80 ein Siebmaterial aus Aluminium. Die getrocknete und verdichtete Faserdecke ist nun in dem Zustand, in welchem sie in dem Ofen 28 kalziniert werden kann.

Der Ofen 28 hat eine feuerfeste Wandkonstruktion, die von einem Gestell 83 getragen wird und weist eine erste Kammer 84 und eine zweite Kammer 86 auf, die jeweils mit Heizelementen 87 und 87 A ausgerüstet sind, um zwei Heizzonen zu bilden. Die erste Kammer 84 arbeitet bei einer Temperatur von etwa 370⁰C, um die Fasern noch weiter zu trocknen und die letzten von der chemischen Ausgangsmischung herrührenden Säurespuren zu entfernen. Die zweite, an letzter Stelle liegende Kammer 86 arbeitet bei einer Temperatur von etwa 1040⁰C, um die Fasern zu kalzinieren.

Der Förderer 30 läuft mit der gleichen Bandgeschwindigkeit wie der Förderer 26 und weist ein rostfreies

Stahlband 88, zwei Rollen 90 und einen Motor 92 auf, der über einen Treibriemen 93 eine der Rollen 90 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die des Förderers 26 antreibt. Weiterhin ist ein Förderer 94 mit einem endlosen rostfreien Stahlband 96 vorgesehen, das um drei Rollen 98 läuft. Das in der ersten Kammer 84 vorgesehene Stahlband 96 wird mit einer entsprechenden Geschwindigkeit angetrieben und dient zur weiteren Verdichtung der Faserdecke bis auf eine Dichte von 0,048 bis 0,128 g/cm³.

Nach F i g. 1 wird diese Verdichtung in gleicher Weise wie von den Förderern 26 und 78 durchgeführt. Die Bänder 88 und 96 sind in Laufrichtung konvergierend angeordnet, so daß die maximale Verdichtung nahe der Trennwand zwischen der ersten und der zweiten Kammer des Ofens 28 erreicht wird.

Obgleich sich die Vorrichtung ganz allgemein zur Faserherstellung aus anorganischen Stoffen und Glasmaterial anwenden läßt, eignet sie sich auch besonders gut zur Herstellung langer Fasern mit Durchmessern unter 5 Mikron aus viskosen, wäßrigen Lösungen von Stoffen, die bei Raumtemperatur zerfallen oder auf andere Weise reagieren und feuerfeste Oxide bilden. Beispielsweise kann mit der dargestellten Vorrichtung eine wäßrige Lösung aus Zirkoniumsalzen zu langen Fasern mit Durchmessern unter 5 Mikron verarbeitet werden.

ZrO2-Fasern können aus einer faserbildenden Mischung hergestellt werden, die Zirkoniumoxychlorid, Wasser und vorzugsweise ein Additiv zur Stabilisierung der Fasern, um die kubische Form des kristallinen Gittermoleküls zu erzeugen, umfaßt. Additive wie CaO.

Y2O3, CeÜ2 oder MgO haben zu dem gewünschten Ergebnis geführt.

In gleicher Weise können Aluminiumoxidfasern aus einer Lösung aus Aluminiumchlorid und/oder Aluminiumsulfat hergestellt werden, wobei ein oder mehrere Additive, wie Salzsäure, Essigsäure, Kieselfluorwasserstoffsäure, pulverisiertes Aluminium, Boroxid, Chromoxid, kolloidales Siliziumdioxid und kolloidales Aluminiumoxid verwendet werden können. Insbesondere kann eine geeignete faserbildende Mischung aus 1500 Teilen Aluminiumchlorid in ' wäßriger Lösung, 400 Teilen pulverisiertem Aluminium, 100 Teilen kolloidalem Siliziumdioxid und 10 Teilen Boroxid bestehen. Vorzugsweise soll die faserbildende Mischung gegen Rekristallisation stabil sein, eine Viskosität von 40 bis 45 Poises bei Raumtemperatur aufweisen und mit einem flüssigen Trägermittel versehen sein, das in Luft leicht verdunstet. Als Trägermittel eignet sich Wasser,

während öle und Silikone wegen ihrer niedrigen Verdunstung nicht verwendbar sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Vliesen aus anorganischen Fasern, bei dem das faserbüdende Material durch Düsenöffnungen in einem Spinnrotor zu Fasern ausgestoßen und mittels eines Luftstroms nach oben zu einer luftdurchlässigen Sammelfläche befördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom aus einer unterhalb des Spinnrotors erzeugten, leichten, diffusen Luftströmung besteht, die die aus den öffnungen extrudierten Fasern nach oben mitnimmt, während der Schrot durch die Zentrifugalkraft nach außen geschleudert und nicht von der Luftströmung mitgenommen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Spinnrotors ein zum Spinnrotor im wesentlichen konzentrischer Ring (54) mit rotorseitigen Luftaustrittsöffnungen angeordnet ist.