DE3902665A1 - Verfahren zur veredelung von anorganisch nichtmetallischen fasern insbesondere keramikfasern sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veredelung von anorganisch nichtmetallischen Fasern, insbeson­ dere Keramikfasern, mit einem Anteil von an ihrem Ende nit einer anhaftenden Perle versehenen Fasern (Shotanteil) sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren.

Bekannt ist, daß sich bei der Herstellung von anor­ ganisch nichtmetallischen Fasern auch bei sorgfäl­ tigem Arbeiten am Ende der Fasern eine daran anhaf­ tende Perle ausbildet. Der Anteil dieser Perlen am gesamten Fasergemisch wird als Shotanteil bezeichnet und gilt als Maß für die Qualität der Fasern. Die Existenz der Perlen ist als nachteilig anzusehen, da sie bei mechanischen Belastungen erfahrungsgemäß häufig zum Abbrechen neigen. Da die Keramikfasern aufweisenden Werkstoffe, wie z.B. Brems-, Reibebe­ läge, Dichtungsmaterial, besonders hohen mechani­ schen und thermischen Belastungen unterliegen, gilt der Shotanteil als lndiz für die Verschleiß­ festigkeit des jeweiligen Materials. Hinzu kommt, daß nicht nur beim Einsatz dieser Werkstoffe, sondern bereits bei deren Bearbeitung zusätzlich noch der Verschleiß des Werkzeuges durch das Ab­ brechen der Perlen erhöht wird, sowie nicht repro­ duzierbares Verhalten und Eigenschaften bei der Herstellung auftreten. Typische anorganische nichtmetallische Fasern sind Keramikfasern oder auch Glasfasern, die als Wärmedämmstoffe in den verschiedenen Produkten häufig enthalten sind.

Wie keiner näheren Erläuterung bedarf, sollte der Verschleiß sowohl bei Herstellung und Bearbeitung als auch in der Anwendung möglichst gering blei­ ben. Erstrebenswertes Ziel ist, den mit anhaften­ den Perlen versehenen Faseranteil (Shotanteil) möglichst gering zu halten.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Er­ zeugung von Fasern mit möglichst geringem Shot­ anteil zur Aufgabe gemacht.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß an den bereits hergestellten anorganisch nicht­ metallischen Fasern die Perle von der Faser abge­ trennt und anschließend aus dem Fasergemisch ent­ fernt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß auch bei sorgfältigster Durchführung des Herstel­ lungsverfahrens der Shotanteil bei derartigen Fa­ sern nicht unter eine vernachlässigbar geringe Grenze abgesenkt werden kann. Aus wirtschaftlichen Erwägungen verbietet sich ein Aussortieren der mit Perlen behafteten Fasern. Statt dessen geht die Erfindung den Weg, das bereits hergestellte Faser­ gemisch mit der Zielrichtung der Verringerung des Shotanteiles zu behandeln und zu veredeln.

Zu diesem Zweck wird zunächst die Perle von der Faser abgetrennt, so daß ein Gemisch von Fasern "idealer Form" sowie räumlich hiervon getrennte Perlen entstehen, die anschließend aus dem Gemisch entfernt werden. Das Ergebnis ist ein Fasergemisch von praktisch vernachlässigbar geringem Shotan­ teil.

Derartige Keramikfasern bieten ein hohes Maß an Verschleißfestigkeit, Haltbarkeit, mechanischer Belastbarkeit und Schonung der Bearbeitungs­ werkzeuge.

Grundsätzlich steht die konkrete Durchführung des Verfahrens ebenso wie die hierbei verwendeten Vorrichtungen im Rahmen der Erfindung weitgehend frei. Im folgenden werden jedoch zwei, nach völ­ lig verschiedenen Prinzipien aufgebaute Vorrich­ tungen vorgestellt, die sich in besonderer Weise zur Durchführung dieser Verfahren eignen.

Die eine Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sich in einem Behältnis eine Flüssigkeit be­ findet, in die von unten über ein Feinsieb ein Gaseinlaß erfolgt, daß unter der Flüssigkeitsober­ fläche Schall- insbesondere Ultraschallquellen an­ geordnet sind und daß sowohl in der Höhe der Flüs­ sigkeitsoberfläche ein erster Auslaß als auch im Bereich eines darunter, jedoch oberhalb des Fein­ siebes angeordneten Grobsiebes mit einer zum Auf­ fangen der Perlen geeigneten Maschenweite, ein zweiter Auslaß angeordnet ist.

Durch die bodenseitige Zuführung steigt das Gas zunächst bis zum Feinsieb, wo es fein verteilt wird, gelangt anschließend zum Grobsieb sowie von dort bis an die Oberfläche der Flüssigkeit, von wo sie entweicht. Unterhalb der Flüssigkeitsober­ fläche sind Schallquellen angeordnet, deren Auf­ gabe darin besteht, das eingebrachte Faserge­ misch bzw. die darin befindlichen Fasern in Schwingungen zu versetzen und hierdurch die end­ seitig angebrachten Perlen abzubrechen. Die Fa­ sern ohne Perlen werden mit Unterstützung der Luft bis zur Oberfläche geführt, wo sie sich an­ sammeln und über den dort befindlichen ersten Auslaß entnommen werden. Die Perlen hingegen be­ wegen sich nach unten und werden von dem Grob­ sieb aufgefangen und können durch einen dort be­ findlichen zweiten Auslaß entnommen werden.

Die Benutzung geschieht in der Weise, daß das zu veredelnde Fasergemisch von oben her in die Flüs­ sigkeit eingebracht wird, sich in der Flüssigkeit verteilt und mit Hilfe der Schallquellen eine das Cracken und Abbrechen der Perlen von den Fasern bewirkende Schallschwingung erzeugt wird. Die fein verteilt und nach oben durchströmende Luft führt die Fasern nach oben, wo sie aufschwimmen und ab­ gezogen werden können. Die Perlen hingegen sinken ab und sammeln sich auf dem Grobsieb an. Die Vor­ richtung kann in kontinuierlichem oder intermit­ tierendem Betrieb beschickt und ebenso die ver­ edelte Faser am ersten Auslaß entnommen werden.

Der spezifische Vorteil der Vorrichtung besteht im großen Durchsatz und in der Tatsache eines in sich geschlossenen Systems. Durch das Ein­ bringen der Flüssigkeit läßt sich gleichzeitig ein Entölen und Entstauben des Fasergemisches vornehmen. Allerdings weisen die erhaltenen Fa­ sern immer noch einen, allerdings geringen An­ teil an Perlen auf, so daß die Veredelung höch­ sten Anforderungen nicht gerecht zu werden ver­ mag. Durch die wesentliche Verminderung des Shot­ anteiles lassen sich derartige Fasern in Glaske­ ramiken und keramischen Sinterwerkstoffen ein­ setzen, so daß ein wirtschaftlicher Einsatz in Faserverbundwerkstoffen sowie als Whiskerersatz möglich wird.

Ein wesentlicher Vorteil gegenüber den bekannten Mahlprozessen besteht in der wesentlich schonen­ deren Behandlung der Fasern mit geringem Durch­ messer, so daß sich auch lange Fasern mit kleinem Durchmesser aus dem Gemenge heraustrennen lassen. In Mahlprozessen werden vorwiegend die kleineren Bestandteile weiter zerkleinert. Die Verwendung von Schallschwingungen hat sich darüber hinaus darin geäußert, daß keine Verfilzung von Fasern und die Shotbestandteile eine vorzügliche Trennung erfahren. Andere Trennverfahren führen demgegen­ über zu Verfilzungen und Knäuelbildungen.

In einer zweckmäßigen Ausbildung wird zur Ver­ besserung der Verwirbelung und Durchmischung ein in die Flüssigkeit eintauchendes Rührwerk vorgeschlagen.

Die Bewegung soll in horizontaler Ebene erfolgen, um das Aufschwimmen der Fasern und das Absinken der Perlen nicht zu stören und zu behindern.

Im Folgenden wird eine weitere, von der bisher beschriebenen grundlegend abweichende Vorrich­ tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens angegeben. Sie ist dadurch gekennzeich­ net, daß sie ein gegen die horizontale geneigtes Sieb aufweist, welches mit einer Schall- insbe­ sondere Ultraschallquelle in Verbindung steht und die zu bearbeitenden Fasern auf das Sieb aufgelegt sind.

Zur besseren Ausrichtung der zu bearbeitenden Fäden ist die Beaufschlagung des Siebes von der Unterseite mit einem nach oben gerichteten Luft­ strom von Vorteil.

Die im Sieb befindlichen Öffnungen gestatten, daß der von der Unterseite her auftreffende Luftstrom zumindest teilweise hindurchtreten und nach oben gerichtet abströmen kann. Gleichzeitig können die zu bearbeitenden Fasern auf das Sieb aufgelegt werden. Die Verbindung des Siebes mit einer Schallquelle bewirkt eine oszillatorische Be­ wegung entsprechender Frequenz. Durch die beauf­ schlagte Luft werden die Fasern in Richtung des Stromes ausgerichtet und zwar derart, daß die Perlen nach unten orientiert sind und auf dem Sieb aufliegen und die Fasern in Strömungsrichtung verlaufen. Die Berandungen der Öffnung des Siebes bilden Schneiden, die aufgrund der Verbindung mit einer Schallquelle oszillatorische Bewegungen ausführen und die auf dem Sieb aufliegenden Perlen von den Fasern abtrennen. Vereinfacht ausgedrückt sorgt der Luftstrom für eine Orientierung, bei der die Perle auf dem Sieb aufliegt, das seinerseits eine Vielzahl oszillierender Messer bildet, die diese Perlen abtrennt. Auch ohne Gasbeaufschlagung tritt eine gewisse Ausrichtung der Fasern ein, in dem Sinne, daß die Perlen im Bereich der Schneiden des Siebes zu liegen kommen.

Die Querschnittsgestalt der einzelnen Lamellen ebenso die Art der Schwingung ist im Rahmen der Erfindung in weiten Grenzen beliebig. Die Quer­ schnittsgestalt der einzelnen Lamellen können im speziellen Quadrate, Rechtecke oder Dreiecke sein. Sie können sämtliche im Gleichtakt oder in zwei Schwingungssystemen gegenphasig arbeiten wobei ebenfalls beliebig ist, ob es sich hierbei um translatorische oder um Schwenkbewegungen der einzelnen Lamelle um ihre Längsrichtung handelt.

Der entscheidende Vorteil besteht auch im Hin­ blick auf die vorbeschriebene Vorrichtung in einer höheren Trennqualität, hat jedoch einen dem­ gegenüber geringeren Durchsatz zur Folge. Die so­ eben geschilderte Vorrichtung eignet sich deshalb in besonderer Weise für nachgeschaltete, eine hö­ here Produktqualität liefernde Prozesse. Ein Vor­ teil der erfindungsgemäßen Produkte besteht darin, daß unmittelbar nach Bearbeitung die Vakuumform­ verfahren sowie andere Naß- und Feuchtbearbeitun­ gen unmittelbar und ohne zusätzliche Trockenpro­ zesse angeschlossen werden können.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind die La­ mellen des Siebes verschwenkbar. Der Benutzer hat es dann in der Hand, durch Verstellen das Strömungsverhalten zu beeinflussen, d.h. die Ver­ wirbelung bedarfsgerecht zu optimieren, um einen intensiveren Siebeffekt zu erreichen. Eine Anpas­ sung an die Struktur des jeweiligen Fasergemisches läßt sich dann vornehmen.

In einer Variante befindet sich auf dem Sieb ein Wasser-Faser-Gemisch. Funktion und Wirkungsweise der Vorrichtung bleiben im wesentlichen erhalten. Der Zusatz von Wasser bewirkt, daß ein Entölen der Fasern möglich wird, sowie weitgehend staubfreie Endprodukte enthalten werden können.

Durch die Anordnung einer Prallplatte in gewis­ sem Abstand oberhalb des Siebes läßt sich das Abbrechen der Fasern von der im Bereich des Sie­ bes befindlichen Perle unterstützen. Durch Ände­ rung des Abstandes lassen sich die Arbeitsresul­ tate im Hinblick auf die Länge der einzelnen Fa­ sern beeinflussen.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung be­ steht darin, mehrere der erfindungsgemäß angege­ benen Vorrichtungen kolonnenartig hintereinander oder nach Art von Fraktionen anzuordnen. Eine Trennung in und den Erhalt der gewünschte Faser­ qualität wird dann umso exakter erreichbar.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläu­ tert werden. Es zeigen in schematisch gehaltener Seitenansicht:

Fig. 1 ein Behältnis mit einer darin befind­ lichen Flüssigkeit gemäß Anspruch 2,

Fig. 2 eine Vorrichtung mit schräggestelltem Sieb gemäß Anspruch 4.

Fig. 1 zeigt ein Behältnis (1), in dem sich eine Flüssigkeit (2) befindet. Es wird von der Unter­ seite her über einen Lufteinlaß (4) mit Luft, ei­ nem Gas oder Gasgemisch beaufschlagt, die über ei­ ne darüber angeordnete Filterplatte (5) und hier­ über angeordnetes Feinsieb (6) über einen großen Bereich des Querschnittes verteilt wird. Die Ma­ schenweite des Feinsiebes ist so gewählt, daß die Luft bzw. das Gas ungehindert hindurchtreten kann, jedoch für Shotpartikel undurchlässig ist. Darüber wiederum befindet sich ein Grobsieb (7) dessen Maschenweite so gewählt ist, daß Shot hindurch­ dringen kann, jedoch Zusammenballungen von Fa­ sern und Shot zurückgehalten werden. Dieses Sieb (7) kann beispielsweise drehbar in dem Behälter (1) angebracht sein. Das zu trennende Gut kann wahlweise über Einlässe (3), (16) in den Behälter eingegeben werden. Oberhalb des Einlaßstutzens (3) ist ein Deckel angebracht, der zum Verschluß dient und auch zur Regulierung der Strömungsge­ schwindigkeit dient. Der Stutzen (3) kann eben­ falls als Auslaß für Fraktionen dienen, die in ihrer Zusammensetzung weitgehend von Feinstfasern und Shot befreit sind. Der Shotanteil (12) wird über den Auslaß (15) entnommen. Die feineren Fa­ seranteile werden über den Auslaß (3) entnommen. Die Füllhöhe (14) des Behälters wird über die Einlässe (3) und (16) reguliert. Der Rührer (S) dient zur Einstellung der verschiedenen Strömungs­ verhältnisse. Die Schallquellen (11), hier insbe­ sondere Ultraschallschwinger dienen der Feinst­ verteilung der Luft- oder Gasblasen der Flüssig­ keit (2). Die Schallquellen (11), die in ihrer Fre­ quenz regelbar sein können, hier insbesondere Ultra­ schallquellen, versetzen die Faserbestandteile in Schwingungen, wodurch Shot und Feinstfaseranteile abgetrennt werden. Gleichzeitig werden Anlagerung und Zusammenballung von Faserteilen und Shot er­ hindert. Unterstützt wird dieser Vorgang durch an die Flüssigkeitsoberfläche (2) aufsteigenden feinst­ verteilten Luft/Gasblasen, die aufgrund der grö­ ßeren Oberfläche der Fasern diese zur Oberfläche aufschwemmen lassen, während der Shotanteil (12) nach unten sinken.

In Fig. 2 ist eine demgegenüber völlig verschie­ dene Vorrichtung wiedergegeben. Sie besteht aus einem in einem Winkel gegen die Horizontale ge­ neigten Sieb (12), das aus einzelnen, etwa hori­ zontal ausgerichteten Lamellen (13) aufgebaut ist. Auch hier erfolgt mit Hilfe eines auf der Unterseite befindlichen Lufteinlasses (3) eine Be­ aufschlagung mit einer vertikal nach oben orien­ tierten Luftströmung. Auf dem Sieb (12) liegt das zu behandelnde Fasegemisch auf, welches sich auf­ grund der Schwingungen des Siebes (12) langsam ab­ wärts bewegt.

Der Luftstrom bewirkt eine Ausrichtung der einzel­ nen Fasern in dem Sinn, daß die Perle auf dem Sieb aufliegt und die Faser in Strömungsrichtung nach oben Orientiert ist. Durch den Anschluß des Siebes (12) an eine Ultraschallquelle bilden die Lamellen (13) oszillierende Messer, die die Perlen von der Faser abtrennen.

Durch verschwenkbare Ausbildung der einzelnen La­ mellen (13) lassen sich die Strömungsverhältnisse optimieren und ein intensiverer Siebeffekt er­ reichen.

Im Ergebnis liefert diese Vorrichtung im Vergleich zur vorbeschriebenen eine höhere Trennqualität, hat jedoch einen geringeren Durchsatz zum Nach­ teil.

Claims (9)

1. Verfahren zur Veredelung von anorganisch nicht­ metallischen Fasern, insbesondere Keramikfasern mit einem Anteil von an ihrem Ende mit einer anhaften­ den Perle versehenen Faser (Shotanteil) da­ durch gekennzeichnet, daß die Perle von der Faser abgetrennt und anschließend aus dem Fasergemisch entfernt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich in einem Behältnis 1 eine Flüssigkeit oder Flüssigkeitsgemisch 2 befin­ det, in die von unten über ein Feinsieb 6 ein Gas­ einlaß erfolgt, daß unter der Flüssigkeitsober­ fläche 14 Schall- insbesondere Ultraschallquellen 11 angeordnet sind und daß sowohl in Höhe der Flüs­ sigkeitsoberfläche 14 ein erster Auslaß 9 und im Bereich eines darunter, jedoch oberhalb des Fein­ siebes 6 angeordneten Grobsiebes 5 mit einer zum Auffangen der Perlen geeigneten Maschenweite ein zweiter Auslaß 6 angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekenn­ zeichnet durch ein in die Flüssig­ keit 2 eintauchendes Rührwerk S.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Sieb 12 gegen die Horizontale geneigt ist und mit einer Schall-, insbesondere Ultraschallquelle in Verbindung steht und die zu bearbeitenden Fasern auf das Sieb 12 aufgelegt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sieb 12 von der Unterseite her durch einen nach oben ge­ richteten Luftstrom beaufschlagt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, ge­ kennzeichnet durch verschwenk­ bare Lamellen 13 des Siebes.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch ein auf dem Sieb befindliches Wasser-Faser-Gemisch.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine oberhalb des Siebes 12 angeordnete Prallplatte.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch mehrere hintereinander geschaltete Vorrichtungen.