DE19626557A1 - Verfahren zur Aufbereitung von Pflanzenfasern und Vorrichtung zur Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung wollartiger Feinfasermassen aus pflanzlichen Rohfasern.

Problembeschreibung

Die Verwendung nachwachsender Rohstoffe auf Basis von Pflanzenfasern setzt voraus, daß der Schritt von den getrockneten Pflanzenteilen zu mechanisch und chemisch möglichst homogenen Fasermassen zuverlässig und preisgünstig realisiert werden kann.

Natürliche Faserrohstoffe sind Bündel der einzelnen Feinfasern (Fibrillen), teilweise verholzt und damit relativ hart, teilweise bestehen auch - so bei Hanf und Lein - Zonen leicht verdichteter Fasern, die sich leicht voneinander trennen lassen, neben solchen, die sich nur schwer in die Feinstruktur auflösen. Bei der klassischen Aufbereitung der genannten Stoffe werden die dadurch entstehenden Rückstände Schäben genannt.

Die klassische Aufbereitung beruht darauf, daß sich die Faserbündel bei grober mechanischer Einwirkung in Form von Quetsch- oder Schlagvorgängen weitgehend voneinander lösen, die nicht aufgelösten Schäben werden dann mechanisch abgetrennt und die feinen Faserbündel durch Hecheln weiter strukturiert.

Dieser Vorgang wird - von der traditionellen Handbearbeitung abgesehen - heute zumeist mit relativ langsam laufenden Mühlen nach dem Prinzip der Hammermühle oder Prallmühle, teilweise auch der Sternwalzenmühle durchgeführt.

Dabei kommt es zu zwei Problemen, die auf die Qualität der gewonnenen Fasermasse Rückwirkungen haben: zum einen wird ein erheblicher Teil der Fasern gequetscht (unter Zerstörung von Zellstrukturen), was bei deren Gebrauch eine geringere Elastizität und verminderte Aufnahmefähigkeit für Luft, Feuchte und Flüssigkeiten zur Folge hat. Zum andern neigen gerade die textil- oder papiertech­ nisch besonders erwünschten langen Fasern dazu, sich um die Walzen aufzu­ wickeln, was den gesamten Aufbereitungsvorgang zum Stillstand bringen kann.

Eigencharakter der Erfindung

Erfindungsgemäß werden diese Probleme vermieden und statt dessen eine sehr homogene, fein fibrillierte Masse großer Faserlänge bei guter Elastizität gewonnen, wenn der Aufbereitungsvorgang mit einer schnelldrehenden Messermühle durchge­ führt wird, die einige Besonderheiten aufweist:
Die Messermühle besteht aus einer sich drehenden Achse, an der - senkrecht zur Achsenrichtung - fest oder drehbar zahlreiche (mindestens 12, vorteilhaft sind bspw. 72 Messerstücke) Stahlstücke befestigt werden, deren Arbeitskante jeweils zu einem Messer geschliffen wird. Erfindungsgemäß sind diese Schliffe für die bei Mühlen üblichen Verhältnisse sehr schmal (0,5 bis 2 mm), so daß die geschliffenen Messer in großer Anzahl auf einer schnell drehenden (z. B. 4000 bis 8000 Umdrehungen je Minute) Walze angebracht werden können.

Es sind verschiedene Anordnungen für dieses Prinzip möglich, wie die Abb. 1 und 2 verdeutlichen:
Dabei ist wesentlich zu beachten, daß im Außenbereich der mit Messern bestückten Welle keine Einkerbungen, Vertiefungen, Ausbuchtungen o. dgl. den Gang der Fasermasse behindern. Die Messerbefestigung wird daher vorteilhafterweise versenkt in die tragende Achse oder die Hülle der Hauptwalze eingebaut.

Es kann vorteilhaft sein, die Ebene der Messerstücke gegenüber der Drehebene zu neigen; auf diese Weise arbeitet sich die Messermühle teilweise leichter durch das Material, das Prinzip dieser Anordnung zeigt Abb. 3.

Bei geeigneter Führung der zu bearbeitenden Masse bewirken die durch die beschriebene Messermühle entstehenden hochfrequenten Schläge auf die rohen Faserbündel, daß diese teilweise untereinander reiben, wobei es zu einem quetschfreien, ziehenden Schneiden oder Zerreißen in Längsrichtung der Faserbündel kommt. Es ergibt sich eine wollartige Konsistenz des Produktes.

Dieser Effekt kann durch Zugabe von Mineralien, bspw. Tonerde, Quarzsand o. dgl., noch gesteigert werden. Mit einem einzigen Arbeitsgang lassen sich so auch sehr inhomogene Fasermassen aufbereiten.

Eine besonders vorteilhafte Gestaltung stellt die Kombination der genannten Prinzipien zur Konstruktion der Messermühle mit einem dafür angepaßten Stator, der stehenden Außenhülle des Schneidwerkes, dar. Es hat sich in Versuchen gezeigt, daß ein nicht rotationssymmetrischer Querschnitt - beispielsweise ein Oval - als Form des Stators zu einem zeitweiligen Ausweichen des teilbehandelten Rohmaterials führt, was offenbar positive Auswirkungen auf die Elastizität der Fasern zur Folge hat.

Die Funktion des Stators als Führungshülle für das zu behandelnde Material kann mit seiner Funktion als Siebwerk, Prall- oder Reibewand kombiniert werden, indem zur Führung Stäbe, Gitter oder geriffelt bzw. rauh gestaltete Blechwände Verwen­ dung finden.

Auch die Anordnung stehender Messer an der Wandung kann bei einigen Faserarten Vorteile bieten.

Das Konstruktionsprinzip führt außerdem zu einer relativ leichten Form der die Faseraufbereitung bewerkstelligenden Vorrichtung, so daß diese mobil gestaltet werden kann, um beispielsweise auch direkt auf dem Feld eingesetzt zu werden.

Vorteilhafte Konstruktionsformen ergeben sich ferner dadurch, daß eine Messer­ mühle nach dem geschilderten Prinzip in Modulbauweise hergestellt werden kann, so daß - beispielsweise in an sich bekannter Weise mit Klauenkupplungen oder entsprechenden Aufnehmern - mehrere gleichartige oder kompatible Einheiten zu einer längeren Walze vereint werden können.

Das Gerät wird seinerseits mit herkömmlichen peripheren Geräten kombiniert, so vorteilhaft bspw. mit einem Ballenauflöser vor der Messermühle und einem Siebgerät sowie einem Sammelbehälter nachgeschaltet. Soweit Schäben im ersten Durchgang noch nicht gleichförmig aufbereitet worden sind, kann damit eine Trennung zum Zwecke der Qualitätsabstufung oder zur Nachbearbeitung vorgenommen werden.

Eine weitere Variante ergibt sich dann, wenn die Ebene des Messerstahls nicht vollkommen flach in Drehrichtung liegt, sondern leicht im Sinne der Anordnung bei einem Propeller geneigt wird. Auf diese Weise läßt sich ein Einfluß auf die Fördergeschwindigkeit nehmen und dem Verstopfen der Mühle bei schwergängigen Materialien vorbeugen, vgl. hierzu Abb. 3.

Die Versuche mit der beschriebenen Anordnung haben gezeigt, daß sich auch die mit den bisher bekannten Verfahren schwierig zu fibrillierenden Rohstoffe wie Koniferennadeln, Getreidestroh, Ölleinstroh, Nessel sowie die Stengel einiger Bambus- und Schilfarten auf diese Weise behandeln lassen. Das Verfahren erschließt somit bislang in der genannten Weise nicht oder nur erschwert nutzbare Rohstoffe.

Claims (11)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Pflanzenmaterial zum Zwecke der Gewinnung von feinstrukturierten Fasermassen, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Drehachse direkt oder mit ihr über Trägerarme und eine Haltewelle verbunden geschliffene Stahlmesser senkrecht zur Drehachse starr oder eingeschränkt drehbar befestigt sind, die bei hoher Umlaufgeschwindigkeit (mind. 4000 Umdrehungen je Minute) die zu bearbeitenden Rohfasermasse pulsierend beaufschlagen und dabei durch direkte Trennwirkung und die bei der inneren Reibung entstehenden Zugkräfte quer zur Hauptrichtung der Faserbündel eine Fibrillierung der Fasern bewirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messer schmal geschliffen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Messer an der Walze oder dem Träger versenkt erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Messer propellerartig geneigt sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Fasern ein Mineral zur Steigerung der inneren Reibung beigegeben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das sich drehende Messerwerk umhüllende Einhausung ein zeitweises Ausweichen der Fasermasse erlaubt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fibrillierungsvorgang mit peripheren Geräten, insbesondere je einem Füll- und Absiebvorgang, kombiniert wird.

8. Vorrichtung zur Aufbereitung von Fasern enthaltendem vorzugsweise pflanzlichen Rohmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Walze direkt oder an über Trägerarme und daran mit Haken oder Klauenaufnahme befestigten Trägerwellen Messer befestigt werden, die mit hoher Geschwindigkeit einen durch geeignete Leitbleche herangeführten Massenstrom von Rohfasern pulsierend beaufschlagen, um damit eine Fibrillierung zu erreichen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stator fungierende Hülle im Querschnitt nicht rotationssymmetrisch gestaltet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung als Gitter, Sieb oder Reibefläche gestaltet oder mit stehenden Messern bestückt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskante der Messer besonders schmal (unter 2 mm) gestaltet, versenkt und/oder propellerartig geneigt angebracht sind.