DE19634725A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Fasermaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Behandlung von Fasermaterial.

Natur- und Kunstfasern finden in vielen industriellen Bereichen Verwendung. Um die Natur- und Kunstfasern oder daraus bestehende Materialien verwenden zu können, ist häufig eine Vorbearbeitung der Fasern erforderlich. Naturfasern einerseits können z. B. in einer schmutzbe­ hafteten Form als Kammzug vorliegen, so daß vor einer Verarbeitung eine Reinigung und Aufbereitung erforder­ lich ist. Aus Kunstfasern bestehende Fasermaterialien andererseits liegen meist ohne Verunreinigungen vor, es sind jedoch für viele Verarbeitungsverfahren Oberflä­ chenmodifikationen des Fasermaterials erforderlich. Soll das Kunstfasermaterial beispielsweise in eine Kunststoffmasse eingebettet werden, so ist für eine gute Haftungsvermittlung zwischen dem Fasermaterial und der das Fasermaterial einhüllenden Kunststoffmasse eine Entpassivierung der Oberfläche des Fasermaterials erforderlich.

In der Praxis sind Verfahren zur Behandlung von Faser­ material bekannt geworden, bei denen zur Reinigung und Aufbereitung des Fasermaterials verschiedene Reini­ gungs- und Ätzverfahren mit Bädern oder Dampfatmosphä­ ren verwendet worden sind. Um in solchen Bädern oder Atmosphären bearbeitetes Fasermaterial verarbeiten zu können, wird das gereinigte und/oder geätzte Fasermate­ rial getrocknet. Die Reinigungs- und Ätzbäder erfordern jedoch einen hohen Entsorgungsaufwand. Auch besteht die Gefahr, daß Chemikalien durch eine unzureichende Trock­ nung des Fasermaterials von dem Fasermaterial in die Umwelt freigesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Fasermaterial zur Verfügung zu stellen, die eine umweltschonende Rei­ nigung und Aufbereitung von Fasermaterial erlauben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 12.

Gemäß der Erfindung wird das Fasermaterial in einer Plasmabearbeitungsphase in einem Plasmabearbeitungsbe­ hälter oberflächenmodifiziert. Durch diese Oberflächen­ modifizierung in einem Plasma werden chemische Ätzbäder überflüssig. Dabei besteht keine Gefahr, daß Chemika­ lien über das Fasermaterial in die Umwelt freigesetzt werden, da die Plasmabearbeitungsphase in einem Hoch­ vakuum durchgeführt wird. Selbst an dem Fasermaterial anhaftende flüchtige oder lose Bestandteile einer vor­ angehenden Reinigung oder anderen chemischen Behandlung werden in der Plasmabearbeitungsphase abgelöst und ver­ bleiben in der Bearbeitungsanlage.

Der Plasmabearbeitungsprozeß wird dadurch unterstützt, daß das Fasermaterial zunächst in einer lösungsmittel­ unterstützten Reinigungsphase gereinigt und anschlie­ ßend in einer Vakuumtrocknungsphase getrocknet wird. Die lösungsmittelunterstützte Reinigungsphase, in der als Lösungsmittel Wasser, Kohlenwasserstoffe oder halo­ genierte Kohlenwasserstoffe, insbesondere Waschbenzin und Per, verwendet werden können, löst insbesondere feste Verunreinigungen von dem Fasermaterial. Durch die lösungsmittelunterstützte Reinigungsphase haften an dem Fasermaterial nur geringe Verunreinigungsmengen an, die in dem Plasmabearbeitungsprozeß abgetragen werden müß­ ten.

In der Vakuumtrocknungsphase werden dem Fasermaterial flüchtige oder flüssige Stoffe entzogen, so daß während der nachfolgenden Plasmabearbeitungsphase ein hochfei­ nes Vakuum aufrechterhalten werden kann. Dadurch läßt sich Fasermaterial gemäß dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren, und insbesondere in einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung, sehr effektiv und mit hoher Qualität bearbei­ ten. Die behandelten Fasermaterialien aus Natur- oder Kunstfaser weisen für nachfolgende Bearbeitungsprozes­ se, beispielsweise eine Einbettung in Kunststoffe oder ein Verspinnen optimale Eigenschaften auf.

Vorzugsweise wird das in der Reinigungsphase gereinigte Fasermaterial unmittelbar und unter Ausschluß von Umge­ bungseinflüssen der Vakuumtrocknungsphase zugeführt. Dadurch wird die Gefahr einer erneuten Verschmutzung des Fasermaterials beseitigt. Wenn das in der Vakuum­ trocknungsphase getrocknete Fasermaterial unmittelbar und unter Ausschluß von Umgebungseinflüssen in einer Vakuumatmosphäre der Plasmabearbeitungsphase zugeführt wird, wird auch zwischen diesen Prozeßschritten eine Gefahr der Verschmutzung des Fasermaterials verhindert. Darüber hinaus wird bei einer solchen Prozeßführung Energie eingespart, da es nicht erforderlich ist, das Fasermaterial nach der Trocknung auf das für Vakuumpro­ zesse notwendige Druckniveau zu bringen.

Zur Rückgewinnung von Flüssigkeiten, mit denen das Fa­ sermaterial während der Reinigungsphase behandelt wird, werden die in dem in der Vakuumtrocknungsphase abge­ saugten Gasstrom enthaltenen Dampfanteile abgeschieden. Die Prozeßführung ist dabei vorzugsweise so, daß die abgesaugten Dampfanteile fraktioniert werden, so daß hochreines Reinigungsmittel zur Verfügung steht.

Das hochreine Reinigungsmittel sollte zunächst in einer letzten Reinigungsstufe der Reinigungsphase verwendet werden, wobei das Reinigungsmittel danach im Gegenstrom zum zu reinigenden Fasermaterial geführt werden sollte. Dadurch wird sichergestellt, daß das Fasermaterial ab­ schließend mit einem Reinigungsmittel bearbeitet wird, das die höchstmögliche Reinheit aufweist.

Das Verfahren zur Behandlung von Fasermaterial läßt sich vorteilhaft in einer speziell ausgebildeten Vor­ richtung durchführen, bei der ein Reinigungsbehälter, ein Vakuumtrockner und ein Plasmabearbeitungsbehälter über druckfeste Leitungen miteinander verbunden sind. Vorzugsweise weist eine solche Vorrichtung Führungsvor­ richtungen und Materialschleusen auf, so daß strangför­ miges Fasermaterial, insbesondere Kammzug von Schafwol­ le oder Kunstfaserstränge, bearbeitbar sind. Zur Erzeu­ gung des Vakuums im Vakuumtrockner und in dem Plasma­ bearbeitungsbehälter ist vorzugsweise eine gemeinsame Vakuumpumpe vorgesehen, wodurch der apparative Aufwand für die Vorrichtung begrenzt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den Zeichnungen im Zusammenhang mit der Be­ schreibung.

Nachfolgend wird anhand bevorzugter Ausführungsformen die Erfindung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Behandlung von Fasermaterial und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Behandlung von Fasermaterial.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Behandlung von Fasermaterial 100 weist einen Reinigungsbehälter 102, einen diesem nachgeschalteten Vakuumtrockner 104 und einen dem Vakuumtrockner 104 nachgeschalteten Plasma­ bearbeitungsbehälter 106 mit einer Materialaustritts­ schleuse 108 auf. Der Reinigungsbehälter 102, der Vaku­ umtrockner 104, der Plasmabearbeitungsbehälter 106 und die Materialaustrittsschleuse sind derart mit Füh­ rungsvorrichtungen (nicht gezeigt) versehen, daß ein strangförmiges Fasermaterial kontinuierlich durch diese hindurch entlang dem strichpunktiert gezeigten Bearbei­ tungsweg in Richtung des Pfeils A transportierbar ist.

Der Reinigungsbehälter 102 weist ein geschlossenes Ge­ häuse 110 auf, an dessen Eintrittsseite eine erste Ma­ terialschleuse 112 und an dessen Austrittsseite eine zweite Materialschleuse 114 angeordnet ist. Die Materi­ alschleusen sind so ausgelegt, daß das Fasermaterial ohne Behinderung in den Reinigungsbehälter 102 hinein und wieder heraus geführt werden kann, Umgebungsluft jedoch weitgehend abgeschlossen wird. Der Reinigungs­ behälter 102 weist außerdem drei Tauchbecken 116, 118, 120 auf, die teilweise mit einem Reinigungsmittel füll­ bar sind, so daß das Fasermaterial in ihnen getaucht werden kann. Zwischen den einzelnen Tauchbecken 116, 118, 120 können Überläufe vorgesehen sein, so daß das Reinigungsmittel im Gegenstrom zum Fasermaterial kaskadenartig von dem letzten Tauchbecken 120 über das mittlere Tauchbecken 118 zum ersten Tauchbecken strömt. Außerdem sind in dem Reinigungsbehälter 102 Düsen 122, 124, 126 vorgesehen, aus denen ein Reinigungsmittel oder ein Reinigungsmittel-Luft-Gemisch austritt, mit dem das Fasermaterial abgespritzt wird. Das in dem Rei­ nigungsbehälter 102 verwendete Reinigungsmittel wird über Ablaufleitungen 128 einer Reinigungsmittel-Aufbe­ reitungsanlage 130 zugeführt, in welcher aus dem Reini­ gungsmittel Verschmutzungen abgeschieden werden. Von der Reinigungsmittel-Aufbereitungsanlage 130 führt eine Reinigungsmittelleitung 132 zu den Düsen 122, 124, die im Bereich des ersten und zweiten Tauchbeckens 116, 118 angeordnet sind und dort eine Vor- und eine Zwischen­ reinigung durchführen.

Der Reinigungsbehälter 102 ist direkt an den Vakuum­ trockner 104 angeschlossen, der eine erste Vakuumkammer 134, eine zweite Vakuumkammer 136 und eine dritte Vaku­ umkammer 138 aufweist. Die Vakuumkammern 134, 136, 138 sind über Saugleitungen 140 an eine Vakuumpumpe 142 angeschlossen. Von der Vakuumpumpe 142 verläuft eine Dampfleitung 144 zu einem Kondensator 136, der als Rek­ tifizierkolonne ausgeführt ist. In diesem Kondensator 136 wird hochreines Reinigungsmittel abgeschieden, das von einer in einer Versorgungsleitung 148 angeordneten Pumpe 150 zu den in dem Reinigungsbehälter 102 angeord­ neten Düsen 126 transportiert wird, die im Bereich des dritten Tauchbeckens 120 angeordnet sind. Mit diesen Düsen 126 wird eine Endreinigung durchgeführt. Die zu der Vakuumpumpe 142 führenden Saugleitungen sind derart dimensioniert und/oder mit Einstellventilen versehen, daß in den Vakuumkammern 134, 136, 138 ein zunehmend stärkeres Vakuum erzeugt werden kann.

In Transportrichtung (Pfeil A) des Fasermaterials ist stromab des Vakuumtrockners 104 unmittelbar der Plasma­ bearbeitungsbehälter 106 angeordnet. Dieser weist keine eigene Saugquelle auf und wird über den Vakuumtrockner 104 evakuiert. Die zur Erzeugung eines Plasmas in dem Plasmabearbeitungsbehälter 106 erforderlichen Elektro­ den sowie ggf. Inert- und/oder Reaktionsgasanschlüsse sind nicht gezeigt.

Das im Plasmabearbeitungsbehälter 106 behandelte Faser­ material kann über die Materialaustrittsschleuse 108, die eine erste Austrittskammer 152, eine zweite Aus­ trittskammer 154 und eine dritte Austrittskammer 156 aufweist, kontinuierlich ausgeschleust und einer weite­ ren Verarbeitung, beispielsweise in einer Spinn- oder Wirkmaschine, oder einem Einbettungsprozeß zugeführt werden. Anstelle der Materialaustrittsschleuse 108 kann jedoch auch ein Materialbehälter vorgesehen sein, in welchem das Fasermaterial zunächst zwischengelagert, insbesondere aufgespult, wird. Wenn ein solcher Materi­ albehälter voll ist, kann er durch einen neuen Materi­ albehälter ersetzt werden. Um den apparativen Aufwand gering zu halten, sind die Materialaustrittskammern 152, 154, 156 über Saugleitungen 158 mit der Vakuumpumpe 142 verbunden. Das Druckniveau in den Materialaus­ trittskammern 152, 154, 156 ist dabei so eingestellt, daß ein Eindringen von Umgebungsluft in den Plasmabearbei­ tungsbehälter 106 durch die Materialaustrittsschleuse 108 verhindert wird.

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung 200 zur Behandlung von Fasermaterial gemäß einer zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform in Fig. 1 lediglich durch die Ausgestaltung des Vakuumtrockners 204 und der Material­ austrittsschleuse 208. Vorrichtungsteile der Vorrich­ tung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform, die Vor­ richtungsteilen der Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen, sind daher mit Bezugszei­ chen versehen, die um 100 gegenüber der ersten Ausfüh­ rungsform erhöht sind. Auf die Beschreibung dieser Tei­ le im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform wird insoweit verwiesen.

Der Vakuumtrockner 204 der Vorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform weist drei erste Vakuumpumpen 260, 262, 264 auf, die jeweils individuell der ersten, zweiten bzw. dritten Vakuumkammer 234, 236, 238 zugeord­ net sind und ein in den einzelnen Vakuumkammern 234, 236, 238 individuell einstellbares Vakuum erzeugen.

Der durch die drei ersten Vakuumpumpen 260, 262, 264 her­ vorgerufene apparative Aufwand ist zwar höher als der durch eine gemeinsame Vakuumpumpe hervorgerufene, je­ doch steht diesem höheren Aufwand eine leichtere Ein­ stellbarkeit der Prozeßführung gegenüber.

Ferner weist die Materialschleuse 208 bei der Vorrich­ tung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform weitere Va­ kuumpumpen 266, 268, 270 auf, die jeweils individuell einer Materialaustrittskammer 252, 254, 256 zugeordnet sind. Da für die Materialaustrittsschleuse separate Vakuumpumpen 266, 268, 270 vorgesehen sind, kann der von diesen Pumpen abgesaugte Gasstrom separat von dem von den Vakuumpumpen 260, 262, 264 abgesaugten Gasstrom auf­ bereitet werden. Dadurch wird die Aufbereitung von aus dem Plasmabearbeitungsbehälter 206 abgesaugten Gasen einerseits und von im Vakuumtrockner 204 abgesaugten flüssigen und flüchtigen Bestandteilen erleichtert. Vorzugsweise sind die ersten Vakuumpumpen 260, 262, 264 und die weiteren Vakuumpumpen 266, 268, 270 so einge­ stellt, daß der Plasmabearbeitungsbehälter 206 über die weiteren Vakuumpumpen 266, 268, 270 evakuiert wird.

Claims (23)

1. Verfahren zur Behandlung von Fasermaterial, ins­ besondere von Kammzug, Textilien, Vliesstoffen und Woll-Faserbündeln, bei dem das Fasermaterial zu­ nächst in einer lösungsmittelunterstützten Reini­ gungsphase gereinigt wird, anschließend in einer Vakuumtrocknungsphase getrocknet wird und danach in einer Plasmabearbeitungsphase oberflächenmodi­ fiziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der lösungsmittelunterstützten Reinigungs­ phase eine Naß- oder Dampfreinigung durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das in der Reinigungsphase gereinig­ te Fasermaterial unmittelbar und unter Ausschluß von Umgebungseinflüssen der Vakuumtrocknungsphase zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Vakuumtrocknungs­ phase getrocknete Fasermaterial unmittelbar und unter Ausschluß von Umgebungseinflüssen in einer Vakuumatmosphäre einer Plasmabearbeitungsanlage zugeführt wird, in der das Fasermaterial während der Plasmabearbeitungsphase oberflächenmodifiziert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vakuumtrocknungsphase das Vakuum stufenweise erhöht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vakuumtrocknungsphase die dem Fasermaterial entzogene Flüssigkeiten aus dem abgesaugten Gasstrom zu einer erneuten Verwen­ dung abgeschieden werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Vakuumtrocknungsphase dem Faserma­ terial entzogenen Flüssigkeiten aufbereitet werden und als Reinigungsmittel wiederverwendet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß in einer letzten Reinigungs­ stufe der Reinigungsphase verwendetes Reinigungs­ mittel abgeleitet und einer früheren Reinigungs­ stufe der Reinigungsphase zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reinigungsphase verwen­ detes Reinigungsmittel aufgefangen, aufbereitet und erneut verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in der Plasmabear­ beitungsphase plasmageätzt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß als Reinigungsmittel Wasser oder Per verwendet wird.

12. Vorrichtung zur Behandlung von Fasermaterial, ins­ besondere von Kammzug, Textilien, Vliesstoffen und Woll-Faserbündeln, mit einem Reinigungsbehälter (102; 202) für eine lösungsmittelunterstützte Rei­ nigung des Fasermaterials, einem Vakuumtrockner (104; 204) und einem Plasmabearbeitungsbehälter (106; 206).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Reinigungsbehälter (102; 202) Tauch­ becken (116, 118, 120; 216, 218, 220) für eine Naßrei­ nigung und/oder Düsen (122, 124, 126; 222, 224, 226) für eine Dampf- oder Sprühreinigung aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumtrockner (104; 204) direkt oder über eine druckfeste Leitung an den Reinigungsbehälter (102; 202) angeschlossen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Plasmabearbeitungs­ behälter (106; 206) direkt oder über eine druckfe­ ste Leitung an den Vakuumtrockner (104; 204) ange­ schlossen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-15, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vakuumtrockner (104) mehrere Kammern (134, 136, 138) aufweist, die an eine gemeinsame Vakuumpumpe (142) angeschlossen sind, wobei die Vakuumpumpe (142) dazu ausgelegt ist, im Betrieb der Vorrichtung (100) den Plasma­ bearbeitungsbehälter (106) zu evakuieren.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-16, da­ durch gekennzeichnet, daß zum Abscheiden von Flüs­ sigkeiten aus dem aus dem Vakuumtrockner (104; 204) abgesaugten Gasstroms ein Kondensator (146; 246) vorgesehen ist, dessen Ablauf vorzugsweise über eine Pumpe (150; 250) und eine Versorgungsleitung (148; 248) an den Reinigungsbehälter (102; 202) an­ geschlossen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kondensator (146; 246) nach Art einer Rektifizierkolonne aufgebaut ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-18, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Reinigungsbehäl­ ter (102; 202) das Reinigungsmittel im Gegenstrom zur Transportrichtung des Fasermaterials geführt ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-19, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Aufbereitung und Wiederverwendung von Reinigungsmittel eine Reini­ gungsmittelaufbereitungsanlage (130; 230) an den Reinigungsbehälter (102; 202) angeschlossen ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-20, da­ durch gekennzeichnet, daß zum Transport von strangförmigem Fasermaterial Führungsvorrichtungen und Materialschleusen (112, 114, 108; 212, 214, 208) vorgesehen sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-21, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vakuumtrockner (104; 204) als Materialeintrittsschleuse für den Plasmabearbeitungsbehälter (106; 206) ausgebildet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-22, da­ durch gekennzeichnet, daß der Plasmabearbeitungs­ behälter (106; 206) eine Materialaustrittsschleuse (108; 208) mit mehreren Kammern (152, 154, 156; 252, 254, 256) aufweist, die mit Vakuumpumpen (142; 266, 268, 270) verbunden sind, die geeignet sind, in den Kammern (152, 154, 156; 252, 254, 256) von der Umgebung zu dem Plasmabearbeitungsbehälter (106; 206) hin ein ansteigendes Vakuum zu erzeugen.