DE2001886A1 - Method for opening fibers or threads - Google Patents
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Description
/ DR-E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN/ DR-E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN
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Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Tokyo (Japan)Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Tokyo (Japan)
Verfahren zum öffnen von Fasern oder FädenMethod of opening fibers or threads
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Öffnen von steifen oder starren Fasern oder Fäden und insbesondere auf eh Verfahren zum Öffnen von steifen oder starren Fasern oder Fäden durch öffnen eines Kabels oder eines Stapelmaterials aus steifen oder starren Fasern oder Fäden mittels eines.Gasstroms von hoher Geschwindigkeit. The invention relates to a method for Opening of stiff or rigid fibers or threads and especially on any method of opening stiff or rigid fibers or threads by opening a cable or a staple material made of stiff or rigid fibers or threads by means of a high velocity gas stream.
Anorganische Fasern, beispielsweise Glasfasern, Asbest, Steinwolle, keramische Fasern und Metallfasern und kohlenstoffhaltige Fasern, z.B. carbon!sierte oder verkokte Polyacrylnitrilfasern, die durch Backen von Polyacrylrfctrilfasern bei etwa 3000C hergestellt warden,Inorganic fibers such as glass fibers, asbestos, rock wool, ceramic fibers and metal fibers and carbonaceous fibers, eg carbon! Catalyzed or carbonized polyacrylonitrile fibers, the warden prepared by baking Polyacrylrfctrilfasern at about 300 0 C,
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besitzen einen großen Modul, jedoch eine niedrige Geschmeidigkeit oder Formbarkeit. Daher besitzen derartige Fasern eine sehr hohe Steifigkeit und sind außerdem sehr spröde oder brüchig gegenüber einem Bieg-en.have a high modulus, but low flexibility or malleability. Therefore, such fibers have a very high rigidity and are also very brittle or fragile to bending.
Demgemäß ist im Falle des Öffnens eines Kabels oder Stapelmaterials aus steifen oder starren Fasern ein Verfahren, das zum öffnen von üblichen organischen Fasern angewendet werden kann, nicht anwendbar. Wenn z.B. die vorstehend angegebenen anorganischen.Fasern ^ oder carbonisieren* Fasern mittels einer Reißmaschine ^ (garnett machine) oder einer Walzenabstreifmaschine (roller guard machine) geöffnet werden, die am allgemeinsten zum öffnen von organischen Fasern angewendet werden, werden die Fasern oder Fäden leicht unter Kürzung der Länge der Fasern oder Fäden geschnitten oder getrennt una^außerdem die Fasern oder Fäden einen hohen Widerstand gegenüber Biegen und auch eine Selbstschmierfähigkeit besitzen, ist es schwierig, eine Bahn oder Lage der Fasern durch Verschlingen oder Verflechten der Fasern miteinander zu bilden. Dies stellt ein wichtiges Problem im Falle der Herstellung von Filzen, Faservliesen oder ungewebten Tuchwaren dar.Accordingly, in the case of opening a cable or staple material is made of stiff or rigid fibers a method that can be used to open common organic fibers is not applicable. if for example, the above-mentioned inorganic fibers ^ or carbonize * fibers using a tearing machine ^ (garnett machine) or a roller stripping machine (roller guard machine), which are most commonly used to open organic fibers the fibers or threads are easily cut or separated while shortening the length of the fibers or threads una ^ moreover the fibers or threads have a high resistance against bending and also having a self-lubricity, it is difficult to find a web or layer of fibers by intertwining or intertwining the fibers together. This poses an important problem in the Case of the production of felts, fiber fleeces or non-woven cloth goods.
Außerdem war es seit kurzem bei Verwendung als Füllstoffe für Metalle ader synthetische Harze häufig notwendig, kurze Fasern von geringerer Länge als 10 mm zu öffnen, wobei jedoch die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten noch nicht überwunden werden konnten. In addition, recently, when used as fillers for metals other than synthetic resins, it has often been necessary to open short fibers less than 10 mm in length, but the difficulties described above have not yet been overcome.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zum öffnen von Fasern oder Fäden, das in wirksamer Welse auf derartige Fälle zur Anwendung gelangen kann» The object of the invention is therefore to create a method for opening fibers or threads that can be used effectively in such cases »
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Dieser Zweck wird gemäß der Erfindung durch die Anwendung eines turbulenten Gasstromes von hoher Geschwindigkeit erreicht. .This purpose is achieved according to the invention through the use of a turbulent gas flow of high velocity achieved. .
Insbesondere wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Öffnen von Fasern oder Fäden geschaffen, bei welchem man ein Kabel oder einen Stapel von Fasern, die auf eine Länge von unterhalb 25*1 mm geschnitten sind, einem rohrförmigen Fasernffnungsabschnitt mit einer Düse für die Einführung eines Gasstroms bei einer hohen Geschwindigkeit oder einem rohrförmigen Faseröffnungsabschnitt mit.einer Konfiguration oder Ausbildung, die zur Bildung eines turhlenten Gasstromes in dem Abschnitt geeignet ist, zuführt und die Fasern durch den Faseröffnungsabschni'tt leitet, wobei sie von dem Gasstrom von hoher Geschwindigkeit, der eine Geschwindigkeit an der Düse von oberhalb 30 m/sec aufweist, getragen werden.In particular, according to the invention is a method created for opening fibers or threads, in which a cable or a stack of fibers cut to a length of less than 25 * 1 mm, a tubular Fiber opening section with a nozzle for introducing a gas stream at a high speed or a tubular fiber opening section mit.einer Configuration or training leading to the formation of a turhlenten Gas stream is suitable in the section, supplies and directing the fibers through the fiber opening section, being separated from the high velocity gas stream, the speed at the nozzle of more than 30 m / sec has to be worn.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auf beliebige Arten von Fasern angewendet werden und wird.jedoch insbesondere wirksamer auf derartige Fasern angewendet, die eine hohe Steifigkeit, jedoch eine geringe Geschmeidigkeit oder Formbarkeit aufweisen und daher gegenüber Biegen brüchig oder spröde sind und eine geringe Festigkeit,^ den Knoten besitzen, wie z.B. anorganische Fasern, wie Glasfasern, Asbestfasern, Steinwolle, Schlackenwolle und keramische Fasern und kohlenstoffhaltige Fasern, beispielsweise carbonisierte Fasern. Außerdem kann das Verfahren gemäß der Erfindung in wirksamer Weise für das Öffnen von glatten oder schlüpfrigen Fasern, beispielsweise Polytetrafluoräthylen, angewendet werden. Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hauptsächlich behandel- The method according to the invention can be applied to any types of fibers and is, however, more effectively applied to such fibers which have a high stiffness but a low pliability or malleability and are therefore brittle or brittle to bending and have a low strength, ^ possess the knot such as inorganic fibers such as glass fibers, asbestos fibers, rock wool, slag wool and ceramic fibers and carbonaceous fibers such as carbonized fibers. In addition, the method according to the invention can be effectively applied to the opening of smooth or slippery fibers, for example polytetrafluoroethylene. The mainly treated by the method according to the invention
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ten Fasern bestehen aus Kabelmaterialien oder Stapelfasern, die auf eine geringere Länge hIs 254 mm geschnitten wurden.ten fibers consist of materials K portable or staple fibers that have been cut to a shorter length HIS 254 mm.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.The method according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Fig. 1 zeigt in scbvemati scher Darstellung eine Ausführungsform gemäß der Erfindung undFig. 1 shows a scbvemati cal representation Embodiment according to the invention and
Fig.2 zeigt in schematischer Darstellung ein Faser-Öffnungsrohr (tuber), das bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangt.2 shows a schematic representation of a fiber opening tube (tuber), which is used in the method according to the invention.
Gemäß Fig. 1 wird ein derartiges Rohmaterial, wie vorstehend beschrieben, durch eine Zuführungseinrichtung 1 in zweckmäßiger und gewünschter Weise zugeführt. Es ist erwünscht, die zuzuführenden Fasern bei einer möglichst konstanten Geschwindigkeit, d.h. bei einem konstanten Gewicht je Zeiteinheit, zuzuführen.According to Fig. 1, such a raw material, as described above, is fed by a feeding device 1 supplied in an expedient and desired manner. It is desirable to have the fibers to be fed at a The speed should be as constant as possible, i.e. with a constant weight per unit of time.
Die so zugeführten Fasern werden durch ein Faseröffnungsrohr 2 mittels eines GasStroms von hoher Ge-"schwindigkeit aufgeblasen, der durch eine am unteren Ende des Öffnungssystems angebrachte Düse 3 bei einer Geschwindigkeit von 30 m/sec bis Schällgeschwindigkeit in der Düse ausgepreßt wird, wobei das Kabel oder die Stapelfasern überraschenderweise in getrennte einzelne Fasern durch den außerordentlich turbulenten Strom des Gases in dem Faseröffnungsrohr ohne Anwendung irgendwelcher mechanischer Faseröffnungseinrichtungen geöffnet werden; die so geöffneten Fasern werden ferner will-The fibers thus fed are passed through a fiber opening tube 2 by means of a gas flow at high speed inflated by a nozzle 3 attached to the lower end of the opening system at a Speed of 30 m / sec to peeling speed is pressed out in the nozzle, with the cable or the Staple fibers surprisingly into separate individual fibers due to the extremely turbulent flow of the Gas in the fiber opening tube is opened without the use of any mechanical fiber opening means will; the fibers opened in this way are also
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kürlich ausgerichtet und gelangen in einen Zyklqriabscheider eines Kondensators. In diesem Fall hängt die Wirkung der FaserÖffnung weitgehend von dem Aufbau des Faseröffnungsrohres und der Geschwindigkeit des Gas- oder Luftstromes ab. D.h. es ist notwendig, einen turbulenten Strom anzuwenden und es wurde anhand von ausführlichen Untersuchungen festgestellt, daß durch Änderung der Dimension λ der Düse, der Gestalt der Düse und der Geschwindigkeit des Gasstromes an der Düse ein ausreichend turbulenter Strom, der für die Ausführung des öffnens der Fasern erforderlich ist, gebildet werden kann.purely aligned and get into a cyclic separator of a condenser. In this case, the effect of the fiber opening depends largely on the structure of the fiber opening tube and the speed of the gas or air flow. In other words, it is necessary to use a turbulent flow and it has been found on the basis of detailed investigations that by changing the dimension λ of the nozzle, the shape of the nozzle and the speed of the gas flow at the nozzle, a sufficiently turbulent flow is created for the opening the fibers required can be formed.
Überdies kann durch die Schaffung von geeigneten Prall- oder Ablenkplatten oder Gaswirbelplatten 4 in dem Faseröffnungsrohr, wie dies in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt ist, ebenfalls ein turbulenter Gasstrom durch den komplizierten Durchgangsweg des Gases erhalten werden. Die kritische Reynold1sehe Zahl variiert natürlich entsprechend dem einzelnen Fall, wobei es in allen Fällen erwünscht 1st, daß die Reynold'sehe Zahl in genügendem Ausmaß größer 1st als die kritische Reynold'sehe Zahl.Moreover, by providing suitable baffle or baffle plates or gas swirl plates 4 in the fiber opening tube, as shown in Fig. 2 of the drawing, a turbulent gas flow can also be obtained through the complicated passage of the gas. The critical Reynold's 1 number varies, of course, according to the individual case, it being desirable in all cases that the Reynold's number is sufficiently greater than the critical Reynold's number.
Es ist möglich, daß die durch das FaserÖffnungsrohr geführten Fasern zu einer Bahn oder Lage von gewünschter Dicke mit Hilfe eines Zyklonabscheiders und einer Fördereinrichtung geformt werden können. Es ist auch möglich, eine Bahn oder Lage unmittelbar zu formen, indem man das Faseröffnungsrohr mit einer Bahnbildungseinrichtung der Kondensator-Zylinder-Art verbindet. It is possible that the fiber passed through the tube opening fibers can be formed into a web or sheet of desired thickness by means of a cyclone separator and a conveyor. It is also possible to directly form a web or sheet by connecting the fiber opening tube to a condenser cylinder type web forming device.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.The invention is illustrated below by way of examples explained in more detail.
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Ein Bündel von etwa 3OOO kohlenstoffhaltigen (carbonisieren) Einzelfasern mit einem Durchmesser von jeweils 13 Mikron wurde auf eine Länge von 76 mm geschnitten» der Faseröffnungsmaschine mit dem Faseröffnungsrohr, wie in Fig. 1 gezeigt, zugeführt und unter Verwendung eines Luftstroms mit einer Geschwindigkeit an der Düse von etwa 200 m/sec geöffnet. Die so geöffneten Fasern wurden zu einer Bahn oder Lage mit einer Oberflächendichte von 200 g/m mit Hilfe eines Zyklonsystems ™ geformt. Außerdem war das Faseröffnungsausmaß ausgezeichnet und überdies konnten die Fasern zu einem ausgezeichneten Filz mit Hilfe einer gebräuchlichen Nadelloch- oder -stanzmaschine (needle punch machine) geformt werden. Außerdem wurde beipem Verfahren, wie vorstehend beschrieben, im wesentlichen kein Verlust an Fasern bei der Ausbeute, wie er im Falle des Öffnens mittels einer gebräuchlichen mechanischen Arbeitsweise auftritt, beobachtet.A bundle of about 3OOO carbonaceous (carbonized) single fibers with a diameter of 13 microns each was cut to a length of 76 mm »the fiber opening machine with the fiber opening tube, as shown in Figure 1 and using a single velocity air stream opened at the nozzle of about 200 m / sec. The fibers thus opened became a sheet or sheet with a surface density of 200 g / m with the help of a cyclone system ™. In addition, the degree of fiber opening was excellent and moreover, the fibers could be made into an excellent felt by means of a conventional needle punching or punching machine (needle punch machine). In addition, in the procedure described above, in essentially no loss of fibers in the yield, as would be the case in the case of opening by means of a conventional one mechanical operation occurs, observed.
Ein zylindrisches Glied mit einem Durchmesser, der gleich dem innendurchmesser des Faseröffnungsrohres ist, und mit einer nahezu gleichen Länge wie der Durchmesser^ wurde in zwei Teile in aufrechter Richtuhg geschnitten,.:. um halbrohrförmige Wirbelglieder zu bilden. 8 von derartigen Wirbelgliedern wurden hergestellt und in dem Faseröffnungsrohr 2 so angebracht, daß die geschnittenen Vorderflächen von benachbarten Gliedern 4 unter einem Winkel von 90° zueinander vorlagen, tie dies in Fig. 2 A cylindrical member having a diameter which is equal to the inner diameter of the fiber-opening tube, and with an almost same length as the diameter ^ was cut into two parts in an upright ichtuhg R,.:. to form semi-tubular vertebral limbs. 8 of such vertebral limbs were produced and placed in the fiber opening tube 2 in such a way that the cut front surfaces of adjacent limbs 4 were at an angle of 90 ° to one another, as shown in FIG. 2
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gezeigt ist. In die Faseröffnungsmaschine mit dam vorstehend beschriebenen Faseröffnungsrohr wurde ein Bündel von kohlenstoffhaltigen oder carbonisierten Fasern mit einer größeren Steifigkeit als diejenige der in Beispiel 1 verwendeten Fasern geleitet, wobei jede der Fasern einen Durchmesser von 8 Mikron^ besaß und das Bündel auf eine Länge von 50 mm geschnitten worden war» Das Öffnen des Faserbündels wurde unter Anwendung eines GasStroms mit einer Geschwindigkeit an der Düse von etwa 20 m/sec, 30 m/sec, 80 m/sec, 160 m/sec bzw. 3^Öm/sec ausgeführt. Die geöffneten Fasern wurden mit Hilfe eines Zyklonsystems abgezogen und danach zu einer Bahn oder Lage mit einer Obeiflächendichte von 30 g/m durch ein Kondensatorsystem geformt. Die Ergebnisse zeigten, daß die Fasern in ausreichendem Ausmaß geöffnet wurden, wenn die Geschwindigkeit des Gases oberhalb 30 m/sec war und daß außerdem auch eine dünne Bahn oder Lage mit einer hohen Gleichförmigkeit aus den so geöffneten Fasern hergestellt wurde. is shown. Into the fiber opening machine with the dam protruding described fiber opening tube was a bundle of carbonaceous or carbonized fibers with greater rigidity than that in Example 1 used fibers, each of the fibers having a diameter of 8 microns ^ and the bundle on one Length of 50 mm had been cut »The opening of the Fiber bundle was using a gas stream with a speed at the nozzle of about 20 m / sec, 30 m / sec, 80 m / sec, 160 m / sec or 3 ^ Öm / sec. The opened fibers were made using a cyclone system peeled off and then to a web or layer with A surface density of 30 g / m 2 formed by a condenser system. The results showed that the fibers were opened to a sufficient extent when the speed of the gas was above 30 m / sec and that also a thin sheet or layer with a high one Uniformity was established from the fibers thus opened.
Die in Beispiel 2 verwendeten Fasern wurden auf eine Länge von. etwa 0,8 mm geschnitten und die Masse dieser so kurz geschnittenen Fasern wurde unter den gleichen Bedingungen, wie in Beispiel 1 beschrieben, geöffnet, wobei pulverförmige kurze Fasern, die in ausreichendem Ausmaß geöffnet worden waren, erhalten wurden. Die pulverförmigen kurzen Fasern konnten mühelos gleichförmig in einer Emulsion von Polytetrafluoräthylen dispergiert werden und aus der Emulsion konnte ein ausgezeichneter zusammengesetzter Gegenstand oder Verbundgegegenstand hergestellt werden*The fibers used in Example 2 were cut to a length of. cut about 0.8 mm and the mass this short cut fibers was under the same conditions as described in Example 1, opened to obtain powdery short fibers which had been sufficiently opened. The powdery short fibers could be effortlessly uniform in an emulsion of polytetrafluoroethylene can be dispersed and the emulsion could be excellent composite article or composite article are produced *
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