DE4128127C2 - Verfahren zur Reinigung von mineralischen Kurzfasern - Google Patents
Verfahren zur Reinigung von mineralischen KurzfasernInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Reini
gung mineralischer Kurzfasern nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Die Kurzfasern weisen eine mittlere Länge von typisch
0,1-5 mm und einen mittleren Durchmesser von ca.
0,1-10 Mikrometer auf. Die Fremdkörper
sind überwiegend nicht-faserartige, nahezu kugelför
mige Partikel oder Bruchstücke hiervon desselben Ma
terials wie die Fasern, die als sogenannte "Shots"
mit einem Durchmesser zwischen ca. 50 und 2000 Mikro
meter bei der Herstellung der Fasern, z. B. aus hoch
viskoser Flüssigkeit im Freistrahlverfahren durch
Tröpfchenbildung entstehen.
Bei zyklischer Beanspruchung von daraus hergestellten
Faserverbundwerkstoffen mit insbesondere einer Me
tallmatrix wirken "Shots" ab einer Größe von 50-100 Mikrometer
Durchmesser rißauslösend und beeinflussen
so die ansonsten guten mechanischen Eigenschaften fa
serverstärkter Metalle (beispielsweise solcher, wie
sie für die Herstellung von Kolben für Verbrennungs
motoren eingesetzt werden) ungünstig. Es ist aus die
sem Grund wünschenswert, diese "Shots" durch entspre
chende Reinigungsverfahren von den Fasern vollständig
abzutrennen.
Ein bekanntes Verfahren zur Reinigung der Fasern ist
die Flotation einer bevorzugt wässrigen Faser-Rohsu
spension. Hierbei werden die Fasern infolge ihrer
größeren spezifischen Oberfläche von den Fremdkörpern
getrennt. Nachteilig ist, daß nicht die vollständige
Trennung der Fasern von den Fremdkörpern erzielt wer
den kann. Es ist z. B. denkbar, daß "Shots", welche
in Faserknäueln enthalten sind, mit der Faser-Reinsu
spension ausgetragen werden.
Es ist ferner aus der DE 39 02 665 A bekannt, die
"Shots" durch Windsichten abzutrennen, wobei durch
spezielle Vorrichtungen auch ein Abscheren der
"Shots" von den mit ihnen verbundenen Fasern erzielt
werden soll.
Aus der DD 110 838 ist es bekannt, die Fliehkraft zur
Abtrennung der groben Bestandteile zu nutzen.
Ein anderes denkbares Verfahren ist die Reinigung der
Fasern durch die Filtration einer bevorzugt wässrigen
Faser-Rohsuspension. Hier kann zwar im Vergleich zur
Flotation die vollständige Trennung des zu reinigen
den Gemenges erreicht werden, problematisch ist aber
immer die Filtration von Fasern, deren Länge größer
ist als z. B. die Maschenweite des zur Filtration
verwendeten Siebes.
Schon nach kurzer Zeit bildet sich nämlich ein Fil
terkuchen, der sowohl Fasern als auch Fremdkörper zu
rückhält, wodurch der Trennungsvorgang zum Erliegen
kommt. Dieses Problem können die bekannten Filtrati
onsmethoden nur unbefriedigend lösen. Im Ergebnis ist
eine Reinigung durch Filtration letztlich nur in Ver
bindung mit einer mechanischen Schädigung, insbeson
dere der längeren und längsten in der Rohsuspension
enthaltenen Fasern möglich, die in erheblichem Umfang
zerbrechen und teilweise in pulverisierter Form an
fallen können. Auf jeden Fall sind
aber die durch Filtration gereinigten Fasern deutlich
kürzer als im Ausgangszustand.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Reini
gungsverfahren zu schaffen, bei dem die Kurzfasern
von Fremdkörpern, insbesondere von "Shots", ab einer
bestimmten Größe vollständig getrennt werden und da
bei auch dann mechanisch nicht beschädigt werden,
wenn sie wesentlich länger als z. B. der Durchmesser
der kleinsten abzutrennenden "Shots" sind.
Die Erfindung löst das Problem mit den im kennzeich
nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Indem die Faser mit Hilfe eines bestimmten strömenden
Trägermediums in Bewegung versetzt werden, richten
sich diese in Bereichen laminarer Strömung mit Strö
mungsgeschwindigkeitsgradienten (z. B. in Wandnähe
bzw. in der Nähe der schlitzförmigen Trennvorrich
tung) mit ihrer Längsachse mehr oder weniger parallel
zur Strömungsrichtung aus, so wie es z. B. von Baum
stämmen bekannt ist, die von fließenden Gewässern
mitgeführt werden.
Dadurch, daß das strömende Trägermedium mit den Roh
fasern (Rohmischung) an einer Trennvorrichtung mit
wenigstens einer schlitzförmigen, also viel längeren
als breiten Ausnehmung in Richtung der Längserstrec
kung dieser Ausnehmung entlanggeführt wird, können
von den im Trägermedium mitgeführten Fasern, diejeni
gen, die sich nahe genug an dieser Ausnehmung befin
den, von der Suspensionsflüssigkeit durch die Schlit
ze hindurch mitgenommen werden. Der Durchtritt des
Trägermediums durch die Schlitze erfolgt wegen des
Druckgefälles zwischen der strömenden Rohmischung auf
der Rohseite der Trennvorrichtung und der hiermit
durch die schlitzförmigen Ausnehmungen in Verbindung
stehenden strömungsfreien Reinseite der Trennvorrich
tung. Es liegt hier das Prinzip einer Querstromfil
tration vor. Es entsteht Faserfiltrat, dessen Rein
heitsgrad allein von der Weite der Trennvorrichtungs-
Schlitze bestimmt wird. Da "Shots" ab einer Größe von
50-100 Mikrometer unerwünscht sind, bewegt sich
dementsprechend die Weite der Ausnehmung in dieser
Größenordnung. Damit können die wesentlich dünneren
Fasern ohne mechanische Beschädigung durch die Aus
nehmungen durchwandern, während z. B. die "Shots" auf
der Rohseite der Trennvorrichtung von der Ausnehmung
zurückgehalten werden und mit der restlichen Rohmi
schung von der Rohseite der Trennvorrichtung abflie
ßen.
Mit Vorteil wird eine wässrige Rohsuspension im
Kreislauf gefördert und jeweils nur ein Teil als
Reinfasern zusammen mit einem Teil des Kreislaufmedi
ums ausgefiltert. Die Faserkonzentration in der Roh
mischung soll im wesentlichen 0,1 Volumen % nicht
überschreiten.
Besonders geeignet hierfür ist ein rohrförmiges
Schlitzsieb, bei dem sich ein einziger langer Spalt
spiralförmig über die gesamte Rohrlänge windet. Der
artige Siebe sind im Handel erhältlich und müssen
nicht erst eigens hierfür angefertigt werden.
Es zeigen
Fig. 1 ein Fließschema des Reinigungsverfahrens,
Fig. 2 eine ausschnittsweise Oberflächenansicht
auf ein beispielsweise einsetzbares
Filter, das in Richtung des Pfeiles A
angeströmt wird.
Die zu reinigenden mineralischen Rohfasern werden in
einem Vorratsbehälter 1 zu einer wässrigen Suspension
mit einer Faservolumenkonzentration von etwa 0,1 Vol.
% angesetzt. Diese Suspension wird mit Hilfe einer
Pumpe 2 im Kreislauf entlang eines Querstrom-Filters
3 geführt. Das Querstromfilter 3 besitzt Durchgangs
schlitze 4, die parallel zueinander ausgerichtet
sind. Die Länge der Schlitze beträgt etwa 10 mm. Die
Breite der einzelnen Schlitze, die jeweils gleich
ist, richtet sich nach der Größe der abzutrennenden
Verunreinigungen, von denen die Rohfasern gereinigt
werden sollen.
Sind Rohfasern mit einem mittleren Durchmesser von
3 Mikrometer und einer mittleren Länge von 100-500 Mikrometer
zu reinigen und sollen diese Fasern nach
der Reinigung keine Verunreinigungen mit Durchmessern
oberhalb 50 Mikrometer besitzen, so müssen die
Schlitze eine Breite von 50 Mikrometer aufweisen, da
mit die betreffenden Verunreinigungen zurückgehalten
werden können.
Die Schlitzlängen können zweckmäßigerweise so ausge
bildet sein, daß sie sich jeweils über die gesamte
Filterlänge erstrecken. Wird ein rohrförmiges Filter
eingesetzt, so kann ein einziger spiralförmig verlau
fender Schlitz verwendet werden. Solche Filter sind
als Kantenspaltfilter bekannt.
Die Strömung der Suspension ist in Längsrichtung der
Filter-Schlitze 4 ausgebildet.
An dem Filter liegt zwischen Roh- und Reinseite eine
Druckdifferenz an, wodurch entsprechend dem Quer
strom-Filterprinzip ein Teil der Suspension mit den
Reinfasern das Filter 3 durchdringt, während der üb
rige Teil als mit abzutrennenden Teilchen angerei
chert in den Vorratsbehälter zurückgeführt wird. Die
Druckdifferenz an dem Filter 3 wird über Ventile 5
und 6 in geeigneter Weise eingestellt.
Auf der Reinseite des Filters 3 werden die Reinfasern
auf einem Sieb 7 von der Flüssigkeit als Trägermedium
abgetrennt. Die Flüssigkeit wird in den Kreislauf
rückgeführt.
Das Trennverfahren wird vorzugsweise chargenweise be
trieben, wobei die Faserkonzentration in der Kreis
laufflüssigkeit bis zu einem eingestellten unteren
Wert abnimmt. Die Kreislaufflüssigkeit kann danach
ausgetauscht werden, d. h. es muß dann eine neue Sus
pension in dem Vorratsbehälter 1 angesetzt werden.
Möglich ist es jedoch auch, Rohfasermaterial kontinu
ierlich oder diskontinuierlich in die Kreislaufflüs
sigkeit nachzuführen und einen Kreislaufflüssigkeits
austausch erst bei einem vorgegebenen Höchstwert an
Verunreinigungen in der Kreislaufflüssigkeit vorzu
nehmen.
Mit Vorteil kann die beschriebene Reinigungsmethode
zur Prüfung des Shotgehalts von Kurzfasern angewandt
werden.
Um z. B. die Shotkonzentration (Shots größer als 100 Mikrometer)
von Rohfasern zu bestimmen, werden ca. 30 g
Fasermaterial in 1 Liter Wasser suspendiert und in
der beschriebenen Weise solange im Kreislauf an einem
Schlitzsieb (Schlitzweite 100 Mikrometer) vorbeige
führt bis alle Fasern das Sieb passiert haben. Die
auf der Rohseite verbleibende wässrige Lösung enthält
die Shots. Diese werden durch Abfiltrieren über ein
z. B. handelsübliches Papierfilter isoliert. Die
Shot-Konzentration wird nun entweder mikroskopisch
oder gravimetrisch hieraus bestimmt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Reinigung von insbesondere minera
lischen Kurzfasern, bei dem die mit Fremdkörpern
verunreinigten Fasern von diesen wenigstens ab
einer bestimmten Größe getrennt werden und bei
dem das Rohfasermaterial in ein Trägermedium ein
gebracht wird, welches in eine strömende Bewegung
versetzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägermedium und das Rohfasermaterial an
einer Trennvorrichtung mit wenigstens einer
schlitzförmigen Ausnehmung in Richtung der Längs
erstreckung der Ausnehmung entlanggeführt wird,
wobei zumindestens ein Teilstrom des Trägermedi
ums zusammen mit Fasern durch die Ausnehmung hin
durchtritt, wodurch ein Faserfiltrat entsteht,
dessen Reinheitsgrad allein von der Weite der
Ausnehmung bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zu reinigenden Fasern einen E-Modul von
wenigstens 100 GPa aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zu reinigenden Fasern einen mittleren Durch
messer von mindestens 0,1 Mikrometer und maximal
10 Mikrometer aufweisen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zu reinigenden Fasern eine mittlere Länge von
mindestens dem 10fachen Wert ihres mittleren Durch
messers aufweisen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägermedium gasförmig ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägermedium flüssig ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das strömende Trägermedium mit den Rohfasern an
einer Trennvorrichtung entlanggeführt wird, deren we
nigstens eine schlitzförmige Ausnehmung mindestens um
den Faktor 3 länger als breit ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das mit Rohfasern und Verunreinigungen versetzte
Trägermedium nach dem Prinzip der Querstrom-Filtrati
on im Kreislauf entlang eines Filters geführt wird,
durch das ein nur noch Reinfasern enthaltender Teil
strom fließt, der nach Abtrennen der Reinfasern er
neut dem Kreislaufstrom zugeführt wird.
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