WO2004053211A1 - Method and device for producing natural fibers and/or natural fiber bundles from fibrous, renewable raw materials, and the use thereof - Google Patents
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- WO2004053211A1 WO2004053211A1 PCT/EP2002/014020 EP0214020W WO2004053211A1 WO 2004053211 A1 WO2004053211 A1 WO 2004053211A1 EP 0214020 W EP0214020 W EP 0214020W WO 2004053211 A1 WO2004053211 A1 WO 2004053211A1
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- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01B—MECHANICAL TREATMENT OF NATURAL FIBROUS OR FILAMENTARY MATERIAL TO OBTAIN FIBRES OF FILAMENTS, e.g. FOR SPINNING
- D01B1/00—Mechanical separation of fibres from plant material, e.g. seeds, leaves, stalks
- D01B1/10—Separating vegetable fibres from stalks or leaves
- D01B1/14—Breaking or scutching, e.g. of flax; Decorticating
- D01B1/22—Breaking or scutching, e.g. of flax; Decorticating with crushing or breaking rollers or plates
Definitions
- the present invention relates to a method and a device for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable raw materials, in particular from bamboo and other grasses, and to the use of such fibers and / or fiber bundles.
- bamboo has tensile strength values ⁇ tension . ⁇ 450 MPa and bending strength ⁇ B i eg . ⁇ 250 MPa with elongation at break 8.0 - 9.3%. This results in considerable potential for reinforcing different matrix systems.
- An essential boundary condition for the use of fibers and / or fiber bundles obtained from fiber-containing, renewable raw materials, in particular from bamboo materials, as reinforcing materials of substances with organic and / or mineral matrix systems is the fineness of the fibers or fiber bundles obtained Accordingly, there is a need to prepare the fibers and / or fiber bundles for different finenesses depending on a composition of the organic and / or inorganic matrix systems and the application conditions to be taken into account. Particular attention should be paid to the degree of slenderness, ie the ratio of length I to width d of the fibers and / or fiber bundles.
- a raw material preparation for obtaining bamboo fibers is known, according to which mechanical bamboo fiberization is carried out to expose as many microfibrils formed on the surfaces of the bamboo particles (in particular the parenchyma cells).
- the fibers obtained in this way are suitable as reinforcing materials in matrix materials. This exposure of the microfibrils creates a precondition for the fact that the bamboo articles, which are technically producible in lengths of ⁇ 60-65 mm, can be mechanically combined with other finely divided fibers.
- this object is achieved by a method for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing renewable raw materials, in particular from bamboo and other grasses, the raw material to be fiberized by mechanical stressing of transverse fiberization along structural boundaries and / or intergrowth limits between fiber-containing and non-fiber-containing materials - exposed to components of the raw material.
- the raw material property of the renewable raw material is exploited so that bamboo and other grasses can be broken down into needle-like elements of great length by means of targeted comminution along structural and / or intergrowth limits existing in the entire stem cross section between fiber-containing and non-fiber-containing components can extend into the area of the fiber cells arranged in parallel in the vascular bundles.
- needle-like natural fibers or natural fiber bundles made of fiber-containing renewable raw materials can be processed with the processing technology according to the invention. Fabrics are made.
- the raw material is mainly broken up along natural structural boundaries with the method according to the invention due to the cross-fraying, a high proportion of fiber elements with length / thickness ratios> 100 can be achieved in the discharge material. This means that predominantly long, slim fibers or fiber bundles can be produced.
- the mechanical stress acts radially on a stem structure of the raw material on the raw material and / or the resulting cross-fiberization products.
- the raw material is comminuted, in particular cut, into sections of a certain length in a process step upstream of the cross-fiberization, and the resulting portions are fed to the cross-fiberization.
- the length of the cut sections is preferably determined in accordance with a maximum fiber length to be produced, with particular lengths between 50 mm ⁇ I HS ⁇ 70 mm being used.
- the raw material and / or the raw material comminuted into parts is fed to the transverse fiberization, with an orientation of the raw material or the partial parts transversely, in particular perpendicularly, to one Direction of pressure and / or shear stress occurs.
- the cross-fiberization products obtained from the cross-fiberization are preferably classified into individual fiber or fiber bundle thickness classes and / or fiber or fiber bundle length classes.
- the above-mentioned object is achieved by a device for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable raw materials with at least one cross-fiberization device and a feed system for feeding raw material to the cross-fiberization device.
- a comminution device for the raw material is provided, the comminution device being arranged upstream of the transverse defibrillation device, and the raw material being comminuted, in particular cut up, into sections of a certain length by means of the comminution device, and the resulting sections being fed to the transverse defibrillation.
- the comminution device preferably raw material chopped pieces, in particular with piece lengths between 50 mm ⁇ I HS ⁇ 70 mm or raw material billets for coarse fibering with piece lengths in the piece length l SC unit ⁇ 600 mm can be produced.
- the feed system has means for aligning and feeding the raw material and / or the raw material comminuted into parts to the cross-fiberization device, by means of which a fiber orientation of the raw material and / or the raw material comminuted into parts can be generated transversely to mechanical stress by the cross-defibrating device ,
- the feed system for feeding raw material and / or raw material comminuted into partial pieces to the cross fiberizing device can have guide plates and / or vibratory conveying devices.
- the transverse fiberizing device has at least two pressure and / or shear stressing tools arranged one after the other and / or one above the other, each of the pressure and / or shear stressing tools representing a separate transverse fiberizing step.
- the pressure and / or shear stressing tools can be used as corresponding pairs of rollers, in particular special smooth crushing rollers, be formed.
- the cross-fiberization device can have a multi-stage roller mill with at least two roller pairs arranged one after the other and / or one above the other, the raw material and / or raw material comminuted into parts being able to be fed axially parallel to an axis of rotation of the rollers of the roller pairs by means of the feed system.
- the roller mill can have three roller pairs arranged one after the other and / or one above the other. Each of these pairs of rollers acts as a cross fiberization stage.
- nips are formed between the corresponding rollers of the roller pairs arranged one after the other and / or one above the other, wherein a width of the roller nip of at least one of the roller pairs is different from the widths of the roller nips of the other roller pairs.
- at least one of the corresponding roller pairs can have an adjustable roller nip, the roller nip being adjustable independently of the roller nips of the other corresponding roller pairs.
- said first corresponding pair of rollers of the roller mill mm in particular, a gap adjustment between 1 mm ⁇ s Spa ⁇ t ⁇ 3, the second roller pair in particular, a gap adjustment between 0 , 5 mm ⁇ s Spa ⁇ t ⁇ 1 mm, and the third roller pair have in particular a gap adjustment between 0 mm ⁇ Sspait ⁇ 0.5 mm.
- the roll gaps of the roll pairs can be reduced to technologically effective gap widths s Spa ⁇ t ⁇ 0.1 mm, which enables the raw material to be finely shredded as a prerequisite for textile connection processing technologies for the fibers.
- the roller mill has a drive system with which variable speeds of the individual rollers of the corresponding roller pairs of the roller mill are made possible, the respective rollers belonging together being able to rotate in the same or opposite directions and with the same or different circumferential speeds, in particular with stepless speed adjustment with a Slip ⁇ 75%, preferably ⁇ 50%, can be operated.
- a Slip ⁇ 75% preferably ⁇ 50%
- the device for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable raw materials preferably has at least one forwarding device for the raw material and / or the raw material comminuted into partial pieces and / or the resulting cross-fiberization products, the forwarding device between the individual pairs of rollers arranged of the roller mill and is provided for a respective axially parallel feeding thereof with respect to the axes of rotation of the subsequent pair of rollers or for feeding the same to a subsequent fiber transport device and / or fiber treatment device.
- the device for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable raw materials preferably has a combination of individual roller stages with downstream and / or interposed cross-fiberization support systems, the cross-fiberization support systems in particular rotating spiked or brushed rollers with the fineness of the have matched barbed and / or brush assemblies to be obtained from long-fiber cross fiberization products, preferably made of carbon-containing steel wire or of other highly elastic metals such as CrNiFe alloys, with highly elastic knobs made of rubber and / or polyurethane and / or highly elastic thermoplastic synthetic bristles made of polyamides.
- the device for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable raw materials has a downstream device for the mechanical after-treatment of long fibers contained in the transverse fiberization product, brush rollers being arranged after one or more roller pairs used for the transverse fiberization.
- rollers of the roller mill and / or the spiked or brush rollers of the transverse defibrillation support system and / or the brush rollers of the device for mechanical aftertreatment are preferably axially parallel to the stem structure of the arranged to defibrillate raw material and / or the raw material crushed into pieces.
- the device can have an arrangement for discharging the long fibers in the transverse fiberization product.
- a further defibration device for the raw material and / or the raw material comminuted into parts is provided, which is connected in parallel for the transverse defibering of raw material and / or raw material comminuted into parts.
- This further fiberizing device for the raw material and / or the raw material comminuted into partial pieces can be followed by at least one classifying device.
- the cross-fiberization products of the cross-fiberization device and the further fiberization device can, however, also be at least partially fed to a common classifying device.
- the further defibration device can preferably be loaded with raw material chopped pieces, in particular with piece lengths between 50 mm ⁇ l H s ⁇ 70 mm or with raw material billets for coarse defibering with piece lengths in the piece length l Sc ity ⁇ 600 mm.
- the further fiberizing device can in particular have at least one pan mill and / or at least one roller mill, in particular a screen impact mill with discharge screen bristles and a pneumatic conveying device, for fiberizing the raw material.
- FIG. 1 is a flow diagram of an embodiment of the method for
- FIG. 3 shows a schematic illustration of a roll nip of a transverse fiberization device
- FIG. 5 shows a diagram of a process sequence according to a further exemplary embodiment of the method according to the invention.
- Fig. 6 is a schematic representation of a system to support the
- the present method for the production of natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable raw materials, in particular from bamboo and other grasses is based on the fact that raw material 11, 14 to be fiberized is subjected to mechanical stressing of cross-fiberization along structural boundaries and / or intergrowth boundaries between fiber-containing and non-fiber-containing ones Components of the raw material 11,14 is exposed.
- the feed material 11, i.e. the fiber-containing raw material to be shredded is fed to a pre-shredding unit 100.
- the pre-comminution unit 100 is designed as a so-called drum chopper.
- the pre-shredded feed material is dropped from the drum chipper onto a transport system 101.
- the transport system 101 is designed as a vibratory conveyor system.
- the pre-comminuted feed material transported on the vibratory conveyor system slides over a vibrating chute 102 into a feed hopper of a first cross-fiberization stage 103.
- the first cross-fiberization stage 103 has a pair of rollers with two corresponding rollers 103a, 103b, wherein the rollers 103a, 103b are designed as smooth crushing rollers.
- the feed material Due to the sliding process of the pre-shredded feed material (hereinafter also referred to as feed material) along the vibrating chute 102, the feed material is aligned such that the longitudinal axes of the feed material are arranged parallel to a gap between the two rollers 103a, 103b of the pair of rollers of the first transverse fiberization stage 103.
- the first cross-fiberization stage 103 acts as a pre-fiberization stage in which a first cross-fiberization of the aligned feed items is carried out.
- a second transverse defibration stage 105 is arranged downstream of the first transverse defibration stage 103, the pre-defibrated feed items being fed to the second transverse defibration stage 105 via a further chute 104, which aligns the pre-defibrated feed product pieces (the so-called particles), and a feed hopper.
- the second transverse fiberization stage 105 likewise has a pair of rollers with two corresponding rollers 105a, 105b, the rollers 105a, 105b being designed as smooth comminution rollers.
- the second cross-fiberization stage 105 acts as a further fiberization stage, in which the aligned and pre-fiberized feed items are cross-fiberized.
- a third cross-fiberization stage 107 is arranged, the cross-fiberized feed material of the third cross-fiberization stage 107 being fed via a further chute 106, which aligns the cross-fiberized feed material (the so-called particles), and a feed hopper.
- the third transverse fiberization stage 107 likewise has a pair of rollers with two corresponding rollers 107a, 107b, the rollers 107a, 107b being designed as smooth comminution rollers.
- the third cross fiberization stage 107 acts as an additional fiberization stage in which a further cross fiberization of the aligned and pre-fiberized feed items is carried out.
- a chute 104, 106 which aligns the particles parallel to the axis, is arranged in front of the second and third transverse fiberization stages 105, 107.
- the term par The article describes the respective feed material at the corresponding cross fiberization levels.
- a wall inclination of the chutes 102, 04, 106 is adjusted to the sliding properties of the differently pre-or cross-frayed feed material.
- the chutes 102, 104, 106 are each coupled to a controllable vibration exciter.
- the feed material fiberized by means of the cross fiberization stages 103, 105, 107 After the feed material fiberized by means of the cross fiberization stages 103, 105, 107 has left the third cross fiberization stage 107, it is fed onto a classifier 108.
- Classifying air 108 is supplied with classifying air 110 from a classifying air blower 109.
- the shredded feed material is divided into several size fractions K1, K2, K3, the so-called particle classes, by means of the classifying air 110 supplied by the classifying air blower 109. These particle classes K1, K2, K3 are removed from the classifier.
- FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the present method schematically as a flow chart, the features of the exemplary embodiment according to FIG. 1 described above also applying to the second exemplary embodiment.
- the raw bamboo to be shredded in the form of pre-shredded wood chips 11 with freely selectable piece lengths in the range 50 mm ⁇ IH S ⁇ 70 mm is a roller pair 21, 22 (in the present case arranged three in succession) and 23 existing defibration unit 2 for cross defibrillation.
- Each of the pairs of rollers represents a cross-fiberization stage.
- the respective feed material is given to the individual cross-fiberization stages in such a way that the fiber alignment largely corresponds to the roller axes.
- the feed material 1 is loaded transversely to its fiber direction, which results in a high proportion of long, slender defibration products and the proportion of fines to be separated with unfavorable ratios of lp art / dp ar t remains as small as possible.
- rollers 21, 22, 23 of the defibration unit 2 are driven in opposite directions, with the same or different peripheral speeds stepless speed adjustment with a slip of ⁇ + 50%.
- the rollers according to the present exemplary embodiment have smooth roller surfaces.
- a nip Spa s i t is schematically shown, the representative is available for all nips of the Querzermaschineungs wornen 21, 22,23.
- the setting this nip s Spa ⁇ t to be observed conditions and physical parameters are the diameter D, and the number of revolutions ni for the roller Wi and the diameter D 2 and the number of revolutions n 2 W for the roll. 2
- the gap width s to be adjusted to maintain a certain fiber length and slenderness is a function of the diameter and number of revolutions of both rollers:
- Necessary f (D * ⁇ , D 2 , n * ⁇ , n 2 ).
- an adjustment of the gap between the rollers is made possible for each pair of rollers 21, 22, 23 of the cross-fiberizing device 2 (i.e. the roller mill) independently of the other pairs of rollers.
- the first pair of rollers 21 has a gap adjustment option in the range of 1 mm ⁇ Ssp a it ⁇ 3 mm in order to ensure good feed conditions for the feed material.
- a gap adjustment of 0.5 mm ⁇ s Spa ⁇ ⁇ 1 mm and for the third pair of rollers 23 in the present embodiment, a gap-adjustment of 0 mm ⁇ s Spa ⁇ t ⁇ 0.5 mm provided.
- the roller pairs 21, 22, 23 are arranged one above the other and each have an overhead task (chute 102, 104, 106 with a feed hopper according to the exemplary embodiment in FIG. 1) and a (common) lower trigger 24 for the cross-frayed material 12, which means that results in a particularly favorable arrangement in terms of apparatus and technology.
- the cross-fiberized discharge material of the cross-fiberization device 2 is transported further after the third (and in the present exemplary embodiment, last) roller stage 23 via a take-off device (transport device) 24 covering at least the roller width used for the last cross-fiberization stage 23.
- the extraction device 24 is designed as a continuous conveyor or as a belt conveyor.
- the discharge material is fed into a bunker bag 25 by the discharge device 24.
- the discharge material is then fed from the bunker bag 25 into a wind sifting system 4 by means of conveying devices such as a cellular wheel sluice 31, a double pendulum flap 32 or an injector nozzle 33.
- conveying devices such as a cellular wheel sluice 31, a double pendulum flap 32 or an injector nozzle 33.
- the material to be discharged is classified according to length and size classes, in the present case into four particle classes 41, 42, 43, 44.
- the components of the material to be discharged that is to say in particular the fibers and / or fiber bundles of the air sifting system 4, are essentially abandoned, thereby ensuring the mobility of the elongated fibers and / or fiber bundles in the air stream. This enables a good selectivity by means of the wind sifting system 4.
- the wind sifting system 4 is directly involved in the pneumatic conveying.
- This direct integration is an effective means of avoiding the formation of fiber agglomerates ("fiber balls") and the associated deterioration in the classification results.
- the classification process takes place in the upstream.
- the speed of the visible air in this case the upstream air speed to the fiber classes to be produced 42 (for example with d part > 2 mm), 43 (for example with 1 mm ⁇ dp a rt ⁇ 2 mm) and 44 (for example with ⁇ part ⁇ 1 mm) adjustable.
- the fine material fraction 41 still present in the conveying air after the air classifier 4 (for example with a dimension of the particles d Part ⁇ 0.1 mm) is separated off in a two-stage separation process for further technological use.
- the purification system for the exhaust air 53 provided for this purpose consists of an upstream fine-grain cyclone 51 and a fine-grain bag filter 52 connected in series with the cyclone and Associated facilities, not explicitly shown here, for the removal of the merged but also separately removable fines 41.
- exhaust air dust contents of ⁇ 1 mg / m 3 can be maintained, on the one hand, and, on the other hand, a very extensive material recycling of the different fiberization products of bamboo is achieved.
- a conventional fiberizing system for bamboo chips 11 with dimensions l part ⁇ 60 mm is connected in parallel with the method (and thus also the system configuration according to the exemplary embodiments already described above).
- This conventional defibration system has a screen impact mill 6 with discharge screen grids with a screen gap geometry of 3 mm x 60 mm.
- a pneumatic conveyor 7 connects to this conventional defibration system.
- the shredded discharge material 13 of the screen impact mill 6 together with the discharge material 12 of the defibrillation unit 2 is pneumatically fed to the above-described wind sifter 4 with the supply air 61 and into those already defined in connection with the exemplary embodiment in FIG. 2 Fractions 42, 43 and 44 divided.
- both fractions 43 and 44 run on separate screening machines 81, 82.
- the materials 41a, 41b separated in these screening machines 81, 82 are added to the fine grain fraction 41.
- FIG. 2 shows the conventional defibration system 6 for coarse defibration described above in connection with FIG. 4.
- supply air 61 is sucked in through the grinding chamber of the mill 6 used for coarse fiberization, so that the processing products 13 are conveyed pneumatically and fed to the (already described) air classifier 4.
- the finely divided particles 41 obtained in different phases of the defibration process and the transverse defibration process are separated with d F ⁇ 0.1 mm according to their different granulometric properties and fed to a corresponding material recycling, as can be seen from the flow diagram shown in FIG. 5.
- both a vibrating sieve machine 81 and / or 82 equipped with different elongated sieve bottoms and an upstream air classifier 4 designed as a multi-stage apparatus can be used.
- Decisive for a device selection is the possibility of difficult to fiberize 13 with reasonable mass throughputs and to divide them into fractions of different particle diameters, that in particular the desired quality of the medium fractions 43 and 44 to be discharged is achieved with regard to the proportions of certain fiber bundle thicknesses and lengths.
- the wind sifting 4 is technologically more advantageous than the pure sieve classification 81 and / or 82. Accordingly, as already described in connection with FIG. 4, the fractions 43 and 44 are each fed separately to a sieve classification 81 and 82 for separate reclassification.
- the coarse fraction 42 can be re-chamfered together with the bamboo billets 14 in the cross-fiberization stages 21 to 23 of the cross-fiberization device 2.
- This procedure is not explicitly shown in FIG. 5, but is fundamentally possible and useful if the task 11, 14 and / or 42 of the feed items 11, 14 and / or 42 to be defibrated in the roll fiberizing unit 21 to 23 that is to be used in the first and second exemplary embodiment is technically and technologically appropriate controlled.
- the long fibers 40 produced from the billets 14 are subjected to treatment on an air jet sieve 26 for separating fines and for holding non-fibrous particles.
- the long fibers 40 to be fed in are placed, above all for the purpose of mechanical transport, on a sieve bottom equipped with guideways and elongated perforated sieve plates, which is at the same time provided with adjustable air jet nozzles for cleaning the long fibers 40.
- the fine material 40a from the air jet sieve 26 is fed to the air classifier 4 together with the discharge material 13 from the sieve impact mill 6 and classified together.
- the combined procedure according to the embodiment according to Fig. 5 can also be modified so that the production of a longer-fiber middle fraction 43 or 44 is omitted and in addition to the production of long fibers 40 special attention is paid to the production of a fine-fiber finished product 41 with particle lengths well below that of wood chips with IH S ⁇ 60 mm ,
- the feed material 11 would have to be set to the shortest possible chips with 1 H s ⁇ 20 mm and the separation of one of the above-mentioned middle fractions could be omitted instead of feeding long chips.
- brush rollers can be arranged after one or more pairs of rollers used for transverse fiberization.
- FIG. 6 The schematic structure of such a system for supporting the cross fiberization is shown in FIG. 6.
- Rotating rollers with brushes are used for the purpose of the task.
- a transverse fiberization support device is arranged in each case after the first and after the second transverse fiberization stage.
- Each of the transverse fiberization support devices has a pair of rollers with rotating rollers, each of the rollers being equipped with a brush assembly.
- the cross-fiberization means that not enough feed material flow can be broken down into individual fiber bundles in accordance with the previously achieved cross-fiberization effect: • through special surface designs such as knobs, pens, brushes, etc., and / or
- the first roller pair can be equipped with fine surface profiles in the longitudinal and / or circumferential direction in order to improve the draw-in conditions in the roller gap, and that the brushing of the support device to the surface profile of the upstream Defibration rollers must be coordinated.
- An essential technological further use of the long fiber bundles produced using the described methods according to the first to third exemplary embodiments is the production of thin nonwovens, possibly with subsequent roving, in particular on a carding machine or a nonwoven laying unit, preferably with upstream aerodynamic mixing.
- thin nonwovens possibly with subsequent roving, in particular on a carding machine or a nonwoven laying unit, preferably with upstream aerodynamic mixing.
- additional surface treatment of the cross-fringing products eg consisting of the NaOH treatment, washing and drying stages.
- a combination of several preparation process stages or the associated machines is used to obtain fibers or fiber-containing particles from fiber-containing renewable raw materials, in particular bamboo-like and other grasses, which are suitable as reinforcing materials for substances with organic and / or mineral matrix systems taught in a one- or multi-stage shredding and classification process, the pre-shredded feed pieces made of bamboo and / or other materials being shredded / shredded, preferably along structural boundaries and / or cell walls (cross shredding) and the shredding process is followed by a post-treatment , which consists of a length assembly and a one- or multi-stage classification process as well as the associated fiber material transport.
- the resulting virtually residue-free dry processing technology for bamboo after the production of wood chips, is oriented towards the further shredding possibilities of axial splitting along growth interfaces inside and / or outside of bundles of vessels as well as the application of pressure and shear stresses to dissolve strong fiber bundles in as many as possible individual fiber cells.
- FIGS. 4 and 5 show how the present transverse fiberization can be combined with conventional fiberizing units. It is taken into account that one (or more) classifying unit (s) must be connected after each defibration stage. In addition, in the interest of good visualization results, low solids concentrations are added to the classification, which ensures free movement of the bamboo particles to be classified in the turbulent carrier air flow.
- the materials to be defibrated be strained in a targeted manner along structural boundaries and / or cell walls in such a way that there are fewer existing zones in the cross-section of the stem between the longitudinally continuous guide bundles with high proportions of fiber cells Strength (with a dominant proportion of parenchyma cells) until partial or complete dissolution of the structural bond in the radial direction.
- the best way to achieve this is to apply a pressure and shear stress that is increased over several process stages, and at the same time to ensure a mechanical stress applied across the stem structure in the interest of optimizing the results.
- This load can be calculated as a pressure build-up between 2 cylinders or a cylinder and a flat surface according to the Hertzian equation, wherein the load solely by the applied forces, the elastic and geometric properties of the at gap widths s Spa ⁇ t ⁇ 0 mm successive pressing and in opposite directions to move preferably pressure and shear stress tools designed as cylindrical bodies.
- the above description discloses, inter alia, a process for the production of natural fibers from fiber-containing renewable raw materials, preferably bamboo and other grasses, with the intention of breaking down whole stalks or parts thereof into fiber-like products of great length which are oriented towards the structure of the vegetable guide bundle Decomposition of the raw material into fibers / fiber bundles of variable length and thickness from the elementary fiber range (with 0 F ⁇ 15 ⁇ * ⁇ 30 ⁇ m at 1 mm ⁇ l F ⁇ 4 mm) up to the fiber bundle (with 0 FB ⁇ 0.05 + 2 mm and l FB ⁇ 500 + 700 mm) such that the products are largely free of non-fibrous components and, after passing through the preparation line, have the fiber length and fiber thickness distributions required for the respective application.
- the above description also discloses a comminution method and a comminution device with a feed system for the above-mentioned raw materials, which ensures an alignment of the feed material axially parallel to the subsequent comminution / defibration tools for all straw-like materials to be defibrated, in particular with the aid of guide plates and vibratory conveying devices across the grain in the feed material by the roller-shaped crushing tools rotating at different circumferential speeds ensures that a high proportion of long, slender defibration products is created and the proportion of fines to be separated with unfavorable ratios of Ipart / dpart * remains as small as possible.
- the above description teaches a method for fiberizing pre-shredded wood chips with freely selectable piece lengths in the range of 50 mm ⁇ IH S ⁇ 70 mm using a (cross) fiberizing unit consisting of several (> 2) roller pairs arranged one after the other, the fiber alignment with the roller axes agrees, the individual pairs of rollers of the (transverse) defibration unit are driven in opposite directions so that they can be operated with the same or different peripheral speeds (with the most infinitely variable speed adjustment with a slip of ⁇ + 50%) and the setting of the gap between the rollers independently of one another can take place with each pair of rollers, preferably the known arrangement of the pairs of rollers one above the other with overhead task and deduction at the bottom should be used for the finished defibrated material and for the individual pairs of rollers because of the feed conditions for the feedstock mm a gap-adjustment of the first roller pair with 1 mm ⁇ s ⁇ 3 ⁇ t Spa, for the second roller pair a Spaltver aus- ness of
- a method of fiberizing free length selectable Rohbambus task logs with l Sc is ⁇ 600 mm for Querzermaschineung described with the aim to apply mm a very high proportion of long slender fibers with 0.1 mm ⁇ d F ⁇ 1
- a simultaneous parallel operation of a ventilated coarse fiber mill of a known type, such as an impact mill, and the above-described roller fiberizing aggregate is provided, such that the grinding products of the mill used for coarse fibering, which are sealed off from the ambient air, are pneumatically conveyed to the processing products and conveyed to the wind classifier are classified, while at the same time the fine particles with d F ⁇ 0.1 mm occurring in different phases of the roll fiberization process are classified there together with the fractions from the impact fiberization according to their different granulometric properties be separated, but at the same time subject the long fibers to be produced from the billets for fines separation and for the retention of non-fibrous particles to a treatment on an air jet sieve or on
- the above description also discloses a cross-fiberizing device for fiber-containing feed material of variable length with several, but at least two roller pairs of the same or different diameter arranged one after the other and / or one above the other, with the associated feed system described above in front of the first roller pair (the first roller stage) and forwarding devices according to the respective roller stage for the axially parallel to the roller axes the reprocessing of the defibration material before the next roller stage or subsequent other fiber transport and / or treatment devices.
- the description also teaches a drive system for the individual pairs of rollers of the fiberizing unit, the rollers belonging together rotating in the same or opposite directions and being able to be operated at the same or different peripheral speeds with the most infinitely variable speed adjustment with a slip of ⁇ + 75%, preferably ⁇ + 50% and the gap between the rollers can be adjusted independently of each pair of rollers.
- This adjustability of the nip is provided so that the uppermost (first) roller pair a gap adjustment 1 mm ⁇ s Spa ⁇ t ⁇ 3 mm, while mm for the second roll pair 0.5 mm ⁇ s Spa ⁇ t ⁇ 1 mm and 0 ⁇ s Spa ⁇ t ⁇ 0.5 mm are provided constructively for the third pair of rolls.
- the above description teaches a combination of individual roller stages with downstream and / or intermediate defibration support systems in the form of spike or brush rollers rotating at an adjustable circumferential speed with spike and / or brush assemblies made of carbon-containing steel wire or other, which are matched to the fineness of the long-fiber particles to be achieved highly elastic metals such as CrNiFe alloys, with highly elastic nubs made of rubber and / or polyurethane and / or highly elastic thermoplastic synthetic bristles made of polyamides.
- the above description also teaches a downstream device for the mechanical aftertreatment of long fibers, brush rollers being arranged after one or more pairs of rollers used for transverse fiberization, in order to achieve special surface designs such as knobs, pins, brushes, etc., geometric arrangements such as axial positions, inclination angles and spacing of the Brush rollers from the dense fiber stream leaving a roller nip as well as through different operating modes with variable speed regimes, a throughput-dependent contact force adjustment and / or a vibration effect on the material chute further dissolve the feed material flow, which may not be sufficiently broken down into individual fiber bundles, according to the cross-fraying effect previously achieved.
- the above description teaches an arrangement for discharging the long fibers, wherein the axially parallel alignment of the fiberizing rollers, the brush rollers and the raw material supply are necessary for the production of long fiber-containing particles and the forwarding of the fiberizing products with the same directional orientation is the prerequisite for a high proportion of long-fiber To obtain defibration products and at the same time to strip off and remove loosely adhering short-fiber or fiber-free particles.
- the long fiber bundles treated in this way can be used as primary material for the production of nonwovens and / or rovings, these being used for the production of prepregs in the form of canvas-like woven and / or laid sheet and / or ribbon materials (for example unidirectional and multiaxial fabrics with different bindings such as adhesive) , Sewing etc.) can be used.
- thermosetting fiber-reinforced products in the manufacture of thermosetting fiber-reinforced products (containers, baffles, etc.) using fiber-resin low-pressure spraying and in the manufacture of long-fiber thermoplastic compounds for the LFT technology (Long Fiber Thermoplastics) known per se and previously only reserved for glass fibers.
- a holistic, low-loss processing solution is created, from the task of the raw material through its gradual shredding to the division into different fiber or fiber bundle thicknesses or lengths, which is suitable for the predominant decomposition of the raw material along natural structural boundaries and leads to a high proportion of particles with l F / d F ratios> 100 in the discharge material, whereby depending on the largest particle length to be produced, the pre-comminuted feed material, preferably bamboo, is given to a multi-stage roller mill equipped with adjustable roller gaps and variable speed of individual rollers and between the rollers are subjected to pressure and shear stress, and the parallelism of the shredding rollers and the longitudinally oriented guide bundle in the feed material is set as a technological requirement.
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Abstract
Description
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR GEWINNUNG VON NATURFASERN UND/ODER NATURFASERBÜNDELN AUS FASERHALTIGEN, NACHWACHSENDEN ROHSTOFFEN UND VERWENDUNG METHOD AND DEVICE FOR OBTAINING NATURAL FIBERS AND / OR NATURAL FIBER BUNDLES FROM FIBER-CONTAINING, RENEWABLE RAW MATERIALS AND USE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Naturfasern und/oder Naturfaserbündeln aus faserhaltigen, nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere aus Bambus und anderen Gräsern, und eine Verwendung derartiger Fasern und/oder Faserbündel.The present invention relates to a method and a device for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable raw materials, in particular from bamboo and other grasses, and to the use of such fibers and / or fiber bundles.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl an Verwendung von organischen und anorganischen Fasermaterialien bekannt. Insbesondere finden Fasern bzw. Faserbündel aus faserhaltigen, nachwachsenden Rohstoffen, wie Bambus, als Verstärkungsmaterialien von Stoffen mit organischen und/oder mineralischen Matrixsystemen Anwendung. Zudem ist eine große Anzahl an mit diesen Fasern bzw. Faserbündeln herstellbaren Produkten bekannt, wie beispielsweise in DE 36 14 533 und DE 3927 777 offenbart.A large number of uses of organic and inorganic fiber materials are known from the prior art. In particular, fibers or fiber bundles made of fiber-containing, renewable raw materials, such as bamboo, are used as reinforcing materials for substances with organic and / or mineral matrix systems. In addition, a large number of products which can be produced with these fibers or fiber bundles are known, as disclosed, for example, in DE 36 14 533 and DE 3927 777.
In neuerer Zeit ist aus der Entwicklung der technischen Fachliteratur zu erkennen, daß man sich in verschiedenen Ländern mit der industriellen Nutzung / Verwertung von Bambus und anderen Gräsern als faserhaltigen Pflanzen befaßt. Grund dafür ist vor allem die hohe mechanische Belastbarkeit der Naturfasern bzw. Naturfaserbündel. So weist z.B. Bambus Zugfestigkeitswerten σZug. < 450 MPa und Biegefestigkeiten σBieg. < 250 MPa bei Bruchdehnungen 8,0 - 9,3 % auf. Dadurch ergibt sich ein erhebliches Potential zur Verstärkung unterschiedlicher Matrixsysteme.More recently it can be seen from the development of technical literature that in various countries the industrial use / recycling of bamboo and grasses other than fibrous plants is concerned. The main reason for this is the high mechanical strength of the natural fibers or natural fiber bundles. For example, bamboo has tensile strength values σ tension . <450 MPa and bending strength σ B i eg . <250 MPa with elongation at break 8.0 - 9.3%. This results in considerable potential for reinforcing different matrix systems.
Weitere wichtige Gründe für die Hinwendung insbesondere zu Bambus als einem besonders wichtigen Vertreter der nachwachsenden Rohstoffe ergeben sich aus den erheblichen Unterschieden in der Biomassenßroduktivität (z.B. BMPBambus ≥ 10 BMPπachs), beim Faserausbringen εFaser in (%) je kg Rohstoff (z.B. εFaserBambus ≥ 60 % + 95 % und SFaser achs ≤ 50 %) sowie bezüglich des Verarbeitungsverhaltens (hohe Formstabilität der faserhaltigen Zerlegeprodukte unabhängig vom Feuchtegehalt in der jeweiligen Matrix).Other important reasons for turning in particular to bamboo as a particularly important representatives of the renewable raw materials resulting from the significant differences in Biomassenßroduktivität (eg BMP Ba mbus ≥ 10 BMPπachs), the Faserausbringen ε fiber (%) per kg of raw material (eg ε Bamboo fiber ≥ 60% + 95% and S F aser axis ≤ 50%) and with regard to processing behavior (high dimensional stability of the fiber-containing decomposition products regardless of the moisture content in the respective matrix).
Eine wesentliche Randbedingung für die Verwendung der aus faserhaltigen, nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere von Bambusmaterialien gewonnenen Fasern und/oder Faserbündeln als Verstärkungsmaterialien von Stoffen mit organischen und/oder mineralischen Matrixsystemen, stellt die Feinheit der gewonnenen Fasern bzw. Faserbündel dar. Dementsprechend besteht die Notwendigkeit die Fasern und/oder Faserbündel auf unterschiedliche Feinheiten abhängig von einer Zusammensetzung der organischen und/oder anorganischen Matrixsysteme und den zu berücksichtigenden Anwendungsbedingungen aufzubereiten. Augenmerk ist dabei insbesondere auf den Schlankheitsgrad, also das Verhältnis von Länge I zu Breite d der Fasern und/oder Faserbündel zu legen.An essential boundary condition for the use of fibers and / or fiber bundles obtained from fiber-containing, renewable raw materials, in particular from bamboo materials, as reinforcing materials of substances with organic and / or mineral matrix systems is the fineness of the fibers or fiber bundles obtained Accordingly, there is a need to prepare the fibers and / or fiber bundles for different finenesses depending on a composition of the organic and / or inorganic matrix systems and the application conditions to be taken into account. Particular attention should be paid to the degree of slenderness, ie the ratio of length I to width d of the fibers and / or fiber bundles.
Aus der US 5,840,226 und der EP 666155 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Bambus bekannt, gemäß dem der Bambusrohstoff in grobe Stücke mit lBambus » dBambus zu zerschneiden und ggf. zusätzlich längs zu spalten oder in Streifen zu zerschneiden ist.From US 5,840,226 and EP 666 155 discloses a process for preparation of bamboo-known, according to which is to cut the bamboo raw material into coarse pieces with l B AMBUS »d Ba mbus and possibly additionally be split lengthwise or cut into strips.
Zudem ist aus der US 6,086,804 und der UK 2,303,152 ein Verfahren zur Aufbereitung von Bambus bekannt, wonach in beliebigen Richtungen aufzugebenden Rohbambus in einem zwischen rotierenden Walzen gebildeten Spalt zerquetscht, das komprimierte Material anschließend maschinell in gleiche Stücklängen zerschnitten oder in einem Brecher zertrümmert wird. Die derart hergestellten Bruchstücke werden mit Stachelwalzen aufgelöst. Im Anschluß dazu findet eine maschinelle Trennung von faserfaltigen Partikel und solchen ohne nennenswerte Faseranteile statt.In addition, a method for processing bamboo is known from US Pat. No. 6,086,804 and UK 2,303,152, according to which raw bamboo to be fed in any direction is crushed in a gap formed between rotating rollers, the compressed material is then mechanically cut into equal lengths or broken up in a crusher. The fragments thus produced are broken up with spiked rollers. This is followed by a mechanical separation of fiber-foldable particles and those without any noteworthy fiber shares.
Als eine weitere Methode zur Bambusaufbereitung wird in US 4,857,145 vorgeschlagen, vorzerkleinerten Bambus mit einer Kombination von unterschiedlichen Chemikalien unter Anwendung von erhöhtem Druck in seine Faserbestandteile aufzulösen und das resultierende Zwischenprodukt als Bambusfaserpulpe weiterzu verwenden.As a further method for bamboo processing it is proposed in US 4,857,145 to dissolve pre-shredded bamboo with a combination of different chemicals in its fiber components using increased pressure and to further use the resulting intermediate product as bamboo fiber pulp.
Weiterhin ist aus der DE 198 31 433 A1 eine Rohmaterialaufbereitung zur Gewinnung von Bambusfasern bekannt, gemäß der eine mechanische Bambuszerfaserung zur Freilegung möglichst vieler, auf den Oberflächen der Bambuspartikel (insbesondere der Parenchymzellen) ausgebildeter Mikrofibrillen vorgenommen wird. Die derart gewonnenen Fasern sind als Verstärkungsmaterialien in Matrixstoffen geeignet. Durch diese Freilegung der Mikrofibrillen wird eine Voraussetzung dafür geschaffen, daß sich die - zwar in Längen < 60-65 mm technisch herstellbaren aber - an sich sehr sperrigen Bambusartikel mit anderen feinteiligen Fasern mechanisch verbinden können.Furthermore, from DE 198 31 433 A1 a raw material preparation for obtaining bamboo fibers is known, according to which mechanical bamboo fiberization is carried out to expose as many microfibrils formed on the surfaces of the bamboo particles (in particular the parenchyma cells). The fibers obtained in this way are suitable as reinforcing materials in matrix materials. This exposure of the microfibrils creates a precondition for the fact that the bamboo articles, which are technically producible in lengths of <60-65 mm, can be mechanically combined with other finely divided fibers.
Mit den vorhandenen technischen Lösungen ist es jedoch kaum möglich, eine ganzheitliche verlustarme Aufbereitung des Rohstoffes sicherzustellen, mit denen man den Rohstoff bei möglichst geringem Ausschuß überwiegend in nadelartige Faserelemente großer Länge zerlegen kann. Insbesondere wurde in einer gemäß der DE 198 31 433 A1 errichteten und in Betrieb genommenen Bambusfaseraufbereitungsanlage festgestellt, daß bei der trockenen Zerfaserung und der nachfolgenden Klassierung technische und technologische Grenzen erreicht werden, die besonders dem Einsatz sehr feinteiliger Bambusfasern entgegenstehen. Trotz entsprechender Aufgabegutgröße gelingt es nicht, hohe Anteile langer, schlanker Faserbündel herzustellen. Ebenso ist eine Aufteilung der zerfaserten Partikel in einzelne Faserbündeldicken- und/oder Faserbündellängenklassen wegen deren Oberflächenrauhigkeiten außerordentlich schwierig. Zudem ist eine erreichbare Trennschärfe bei der Siebklassierung sehr gering, da hohe Anteile von Fertiggut als umlaufende Lasten wieder in das nach dem Prallzerkleinerungsprinzip arbeitende Zerfaserungsaggre- gat gelangen und dort zwangsläufig vor der erneuten Aufgabe des siebschwierigen Gutes in die Klassierstufe weiter eingekürzt werden.With the existing technical solutions, however, it is hardly possible to ensure holistic, low-loss processing of the raw material, with which the raw material can be largely broken down into needle-like fiber elements of great length with the least possible waste. In particular, it was found in a bamboo fiber processing plant constructed and put into operation in accordance with DE 198 31 433 A1 that technical and technological limits are reached in the dry defibering and the subsequent classification, which particularly oppose the use of very finely divided bamboo fibers. Despite the size of the feed material, it is not possible to produce large proportions of long, slim fiber bundles. It is also extremely difficult to divide the shredded particles into individual fiber bundle thickness and / or fiber bundle length classes because of their surface roughness. In addition, the selectivity that can be achieved in sieve classification is very low, since high proportions of finished goods as circulating loads are returned to the defibration unit, which works according to the impact crushing principle, where they are inevitably further reduced in the classification stage before the difficult to sieve material is re-fed.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Naturfasern und/oder Naturfaserbündeln aus faserhaltigen nachwachsenden Rohstoffen zu schaffen, mit denen der Rohstoff bei möglichst geringem Ausschuß überwiegend in nadelartige Faserelemente großer Länge zerlegbar ist.It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing renewable raw materials, with which the raw material can be dismantled predominantly into needle-like fiber elements of great length with the least possible reject.
Gemäß dem Verfahrensaspekt wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Gewinnung von Naturfasern und/oder Naturfaserbündeln aus faserhaltigen nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere aus Bambus und anderen Gräsern gelöst, wobei zu zerfasernder Rohstoff durch mechanische Beanspruchung einer Querzerfaserung entlang von Strukturgrenzen und/oder Verwachsungsgrenzen zwischen faserhaltigen und nichtfaserhalti- gen Bestandteilen des Rohstoffes ausgesetzt wird.According to the procedural aspect, this object is achieved by a method for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing renewable raw materials, in particular from bamboo and other grasses, the raw material to be fiberized by mechanical stressing of transverse fiberization along structural boundaries and / or intergrowth limits between fiber-containing and non-fiber-containing materials - exposed to components of the raw material.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Rohstoffeigenschaft des nachwachsenden Rohstoffes ausgenutzt, daß sich Bambus und andere Gräser durch zielgerichtete Zerkleinerung entlang von im gesamten Stengelquerschnitt existierenden Struktur- und/oder Verwachsungsgrenzen zwischen faserhaltigen und nichtfaserhaltigen Bestandteilen in nadelartige Elemente großer Länge zerlegen lassen, welche von ihrer Stärke her bis in den Bereich der parallel nebeneinander in den Gefäßbündeln angeordneten Faserzellen reichen können.In the method according to the invention, the raw material property of the renewable raw material is exploited so that bamboo and other grasses can be broken down into needle-like elements of great length by means of targeted comminution along structural and / or intergrowth limits existing in the entire stem cross section between fiber-containing and non-fiber-containing components can extend into the area of the fiber cells arranged in parallel in the vascular bundles.
Dementsprechend können mit der erfindungsgemäßen Aufbereitungstechnologie nadelartige Naturfasern bzw. Naturfaserbündel aus faserhaltigen nachwachsenden Roh- Stoffen hergestellt werden. Zudem kann, da der Rohstoff mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund der Querzerfaserung überwiegend entlang natürlicher Strukturgrenzen aufgebrochen wird, im Austragsgut ein hoher Anteil an Faserelementen mit Längen/Dickenverhältnissen > 100 erreicht werden. Somit sind überwiegend lange, schlanke Fasern bzw. Faserbündel herstellbar.Accordingly, needle-like natural fibers or natural fiber bundles made of fiber-containing renewable raw materials can be processed with the processing technology according to the invention. Fabrics are made. In addition, since the raw material is mainly broken up along natural structural boundaries with the method according to the invention due to the cross-fraying, a high proportion of fiber elements with length / thickness ratios> 100 can be achieved in the discharge material. This means that predominantly long, slim fibers or fiber bundles can be produced.
Die vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren nutzen diese Rohstoffeigenschaft hingegen nicht bzw. nicht zielgerichtet aus.The known methods described above, on the other hand, do not exploit this raw material property or do not use it in a targeted manner.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wirkt die mechanische Beanspruchung radial zu einem Stengelaufbau des Rohstoffes auf den Rohstoff und/oder die entstehenden Querzerfaserungsprodukte.According to a preferred embodiment, the mechanical stress acts radially on a stem structure of the raw material on the raw material and / or the resulting cross-fiberization products.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die mechanische Beanspruchung durch eine in mehreren Stufen ansteigende Druck- und/oder Scherbeanspruchung ausgeübt wird, wobei jede Stufe der Druck- und/oder Scherbeanspruchung als eine separate Querzerfaserungs- stufe wirkt.In addition, it is advantageous if the mechanical stress is exerted by an increasing pressure and / or shear stress in several stages, each stage of the pressure and / or shear stress acting as a separate transverse fiberization stage.
Es ist weiterhin von besonderem Vorteil, wenn der Rohstoff in einem der Querzerfaserung vorgelagerten Verfahrensschritt in Teilstücke bestimmter Länge zerkleinert, insbesondere zerschnitten und die resultierenden Teilstücke der Querzerfaserung zugeführt werden. Dabei wird die Länge der geschnittenen Teilstücke bevorzugterweise entsprechend einer herzustellenden größten Faserlänge bestimmt, wobei insbesondere Stücklängen zwischen 50 mm < IHS ≤ 70 mm eingesetzt werden.It is also of particular advantage if the raw material is comminuted, in particular cut, into sections of a certain length in a process step upstream of the cross-fiberization, and the resulting portions are fed to the cross-fiberization. The length of the cut sections is preferably determined in accordance with a maximum fiber length to be produced, with particular lengths between 50 mm <I HS ≤ 70 mm being used.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Gewinnung von Naturfasern und/oder Naturfaserbündeln aus faserhaltigen nachwachsenden Rohstoffen wird der Rohstoff und/oder der zu Teilstücken zerkleinerte Rohstoff ausgerichtet der Querzerfaserung zugeführt, wobei eine Ausrichtung des Rohstoffes bzw. der Teilstücke quer, insbesondere senkrecht, zu einer Richtung der Druck- und/oder Scherbeanspruchung erfolgt.According to a further exemplary embodiment of the method for the production of natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing renewable raw materials, the raw material and / or the raw material comminuted into parts is fed to the transverse fiberization, with an orientation of the raw material or the partial parts transversely, in particular perpendicularly, to one Direction of pressure and / or shear stress occurs.
Es ist vorteilhaft, wenn zwischen den einzelnen Stufen der Druck- und/oder Scherbeanspruchung eine Ausrichtung und/oder Klassierung des Rohstoffes bzw. des zu Teilstük- ken zerkleinerten Rohstoffes bzw. der entstandenen Querzerfaserungsprodukte vorgenommen wird. Bevorzugterweise wird nach der Querzerfaserung des Rohstoffes bzw. des zu Teilstük- ken zerkleinerten Rohstoffes eine Klassierung der aus der Querzerfaserung erhaltenen Querzerfaserungsprodukte in einzelne Faser- bzw. Faserbündeldickenklassen und/oder Faser- bzw. Faserbündellängenklassen vorgenommen.It is advantageous if an alignment and / or classification of the raw material or the raw material comminuted into partial pieces or the resulting cross-fiberization products is carried out between the individual stages of the pressure and / or shear stress. After the cross-fiberization of the raw material or the raw material comminuted into partial pieces, the cross-fiberization products obtained from the cross-fiberization are preferably classified into individual fiber or fiber bundle thickness classes and / or fiber or fiber bundle length classes.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Klassierung in einer Luftströmung bei geringen Faserkonzentrationen durchgeführt wird.It is advantageous if the classification is carried out in an air flow with low fiber concentrations.
Die vorgenannte Aufgabe wird in apparatetechnischer Hinsicht durch ein Vorrichtung zur Gewinnung von Naturfasern und/oder Naturfaserbündeln aus faserhaltigen, nachwachsenden Rohstoffen mit zumindest einer Querzerfaserungseinrichtung und einem Zuführsystem zum Zuführen von Rohstoff zu der Querzerfaserungseinrichtung gelöst.In terms of apparatus technology, the above-mentioned object is achieved by a device for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable raw materials with at least one cross-fiberization device and a feed system for feeding raw material to the cross-fiberization device.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Zerkleinerungseinrichtung für den Rohstoff vorgesehen, wobei die Zerkleinerungseinrichtung der Querzerfaserungseinrichtung vorgelagert ist, und wobei der Rohstoff mittels der Zerkleinerungseinrichtung in Teilstücke bestimmter Länge zerkleinert, insbesondere zerschnitten, und die resultierenden Teilstücke der Querzerfaserung zugeführt werden. Mittels der Zerkleinerungseinrichtung sind bevorzugterweise Rohstoffhackstücke, insbesondere mit Stücklängen zwischen 50 mm < IHS ≤ 70 mm oder Rohstoffscheite für eine Grobzerfaserung mit Stücklängen im Stücklängen lSCheit ≤ 600 mm herstellbar.According to a preferred exemplary embodiment, a comminution device for the raw material is provided, the comminution device being arranged upstream of the transverse defibrillation device, and the raw material being comminuted, in particular cut up, into sections of a certain length by means of the comminution device, and the resulting sections being fed to the transverse defibrillation. By means of the comminution device, preferably raw material chopped pieces, in particular with piece lengths between 50 mm <I HS ≤ 70 mm or raw material billets for coarse fibering with piece lengths in the piece length l SC unit ≤ 600 mm can be produced.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Zuführsystem Mittel zum Ausrichten und Zuführen des Rohstoffes und/oder des zu Teilstücken zerkleinerten Rohstoffes zur Querzerfaserungseinrichtung auf, mittels deren eine Faserausrichtung des Rohstoffes und/oder des zu Teilstücken zerkleinerte Rohstoffes quer zu einer mechanischen Beanspruchung durch die Querzerfaserungseinrichtung erzeugbar ist. Dabei kann das Zuführsystem zur Zuführung von Rohstoff und/oder zu Teilstücken zerkleinertem Rohstoff zur Querzerfaserungseinrichtung Leitbleche und/oder Schwingfördereinrichtungen aufweisen.According to a preferred exemplary embodiment, the feed system has means for aligning and feeding the raw material and / or the raw material comminuted into parts to the cross-fiberization device, by means of which a fiber orientation of the raw material and / or the raw material comminuted into parts can be generated transversely to mechanical stress by the cross-defibrating device , In this case, the feed system for feeding raw material and / or raw material comminuted into partial pieces to the cross fiberizing device can have guide plates and / or vibratory conveying devices.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Querzerfaserungseinrichtung zumindest zwei nach- und/oder übereinander angeordnete Druck- und/oder Scherbean- spruchungswerkzeuge auf, wobei jedes der Druck- und/oder Scherbeanspruchungs- werkzeuge eine separate Querzerfaserungsstufe darstellt. Dabei können die Druck- und/oder Scherbeanspruchungswerkzeuge als korrespondierende Walzenpaare, insbe- sondere glatte Zerkleinerungswalzen, ausgebildet sein. Insbesondere kann die Querzerfaserungseinrichtung einen mehrstufigen Walzenstuhl mit zumindest zwei nach- und/oder übereinander angeordneten Walzenpaaren aufweisen, wobei der Rohstoff und/oder zu Teilstücken zerkleinerter Rohstoff mittels des Zuführsystems achsparallel zu einer Drehachse der Walzen der Walzenpaare zuführbar ist. Der Walzenstuhl kann drei nach- und/oder übereinander angeordneten Walzenpaare aufweisen. Dabei wirkt jedes dieser Walzenpaare als eine Querzerfaserungsstufe.According to a further exemplary embodiment, the transverse fiberizing device has at least two pressure and / or shear stressing tools arranged one after the other and / or one above the other, each of the pressure and / or shear stressing tools representing a separate transverse fiberizing step. The pressure and / or shear stressing tools can be used as corresponding pairs of rollers, in particular special smooth crushing rollers, be formed. In particular, the cross-fiberization device can have a multi-stage roller mill with at least two roller pairs arranged one after the other and / or one above the other, the raw material and / or raw material comminuted into parts being able to be fed axially parallel to an axis of rotation of the rollers of the roller pairs by means of the feed system. The roller mill can have three roller pairs arranged one after the other and / or one above the other. Each of these pairs of rollers acts as a cross fiberization stage.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwischen den korrespondierenden Walzen der nach- und/oder übereinander angeordneten Walzenpaaren jeweils Walzenspalte ausgebildet sind, wobei eine Breite des Walzenspaltes zumindest eines der Walzenpaare verschieden zu den Breiten der Walzenspalte der anderen Walzenpaare ausgebildet ist. Darüber hinaus kann zumindest eines der korrespondierenden Walzenpaare einen verstellbaren Walzenspalt aufweisen, wobei der Walzenspalt jeweils unabhängig von den Walzenspalten der anderen korrespondierenden Walzenpaaren einstellbar ist. Hierbei ist es besonders zu bevorzugen, wenn alle korrespondierenden Walzenpaare einen verstellbaren Walzenspalt aufweisen, wobei das erste korrespondierende Walzenpaar des Walzenstuhls insbesondere eine Spalt-Verstellmöglichkeit zwischen 1 mm < sSpaιt < 3 mm, das zweite Walzenpaar insbesondere eine Spalt-Verstellmöglichkeit zwischen 0,5 mm < sSpaιt < 1 mm und das dritte Walzenpaar insbesondere eine Spalt-Verstellmöglichkeit zwischen 0 mm < Sspait < 0,5 mm aufweisen.Furthermore, it is advantageous if in each case nips are formed between the corresponding rollers of the roller pairs arranged one after the other and / or one above the other, wherein a width of the roller nip of at least one of the roller pairs is different from the widths of the roller nips of the other roller pairs. In addition, at least one of the corresponding roller pairs can have an adjustable roller nip, the roller nip being adjustable independently of the roller nips of the other corresponding roller pairs. Here, it is particularly preferable if all corresponding pairs of rolls having an adjustable nip, said first corresponding pair of rollers of the roller mill mm in particular, a gap adjustment between 1 mm <s Spa ι t <3, the second roller pair in particular, a gap adjustment between 0 , 5 mm <s Spa ι t <1 mm, and the third roller pair have in particular a gap adjustment between 0 mm <Sspait <0.5 mm.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Walzenspalte der Walzenpaare bis auf technologisch wirksame Spaltweiten sSpaιt ≤ 0,1 mm verringerbar, wodurch eine Feinstzerfaserung des Rohstoffes als Voraussetzung für textile Anschlussverarbei- tungstechnologien der Fasern ermöglicht ist.According to a further exemplary embodiment, the roll gaps of the roll pairs can be reduced to technologically effective gap widths s Spa ι t ≤ 0.1 mm, which enables the raw material to be finely shredded as a prerequisite for textile connection processing technologies for the fibers.
Besonders zu bevorzugen ist es, wenn der Walzenstuhl ein Antriebssystem aufweist, mit welchem variable Drehzahlen der einzelnen Walzen der korrespondierenden Walzenpaare des Walzenstuhls ermöglicht sind, wobei die jeweils zusammengehörenden Walzen gleich- oder gegenläufig rotierbar und mit gleicher oder unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit insbesondere bei stufenloser Drehzahlverstellung mit einem Schlupf < ± 75 %, vorzugsweise < ± 50 %, betreibbar sind. Die dabei zu beachtenden Bedingungen sind in der nachstehenden Übersicht dargestellt worden. Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Gewinnung von Naturfasern und/oder Naturfaserbündeln aus faserhaltigen, nachwachsenden Rohstoffen zumindest eine Weiterlei- tungseinrichtungen für den Rohstoff und/oder den zu Teilstücken zerkleinerten Rohstoff und/oder die entstandenen Querzerfaserungsprodukte auf, wobei die Weiterleitungsein- richtung zwischen den einzelnen Walzenpaaren des Walzenstuhls angeordnet und zu einer jeweils achsparallelen Zuführung derselben bezüglich der Drehachsen des nachfolgenden Walzenpaares oder zur Zuführung derselben zu einer nachfolgenden Fasertransporteinrichtungen und/oder Faserbehandlungseinrichtungen vorgesehen ist.It is particularly preferable if the roller mill has a drive system with which variable speeds of the individual rollers of the corresponding roller pairs of the roller mill are made possible, the respective rollers belonging together being able to rotate in the same or opposite directions and with the same or different circumferential speeds, in particular with stepless speed adjustment with a Slip <± 75%, preferably <± 50%, can be operated. The conditions to be observed are shown in the overview below. The device for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable raw materials preferably has at least one forwarding device for the raw material and / or the raw material comminuted into partial pieces and / or the resulting cross-fiberization products, the forwarding device between the individual pairs of rollers arranged of the roller mill and is provided for a respective axially parallel feeding thereof with respect to the axes of rotation of the subsequent pair of rollers or for feeding the same to a subsequent fiber transport device and / or fiber treatment device.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine senkrecht oder schräg versetzte Anordnung der Walzenpaare des Walzenstuhls übereinander mit obenliegendem Zuführsystem entsprechend der Walzenpaaranordnung und unten liegendem Abzugssystem für die aus der Querzerfaserung resultierenden Querzerfaserungsprodukte vorgesehen ist.It is particularly advantageous if a vertically or obliquely offset arrangement of the roller pairs of the roller mill one above the other is provided with an overhead feed system corresponding to the roller pair arrangement and an extraction system located at the bottom for the transverse fiberization products resulting from the transverse fiberization.
Bevorzugterweise weist die Vorrichtung zur Gewinnung von Naturfasern und/oder Naturfaserbündeln aus faserhaltigen, nachwachsenden Rohstoffen eine Kombination einzelner Walzenstufen mit nach- und/oder zwischengeschalteten Querzerfaserungsunter- stützungssystemen auf, wobei die Querzerfaserungsunterstützungssysteme insbesondere mit verstellbarer Umfangsgeschwindigkeit rotierende Stachel - oder Bürstenwalzen mit auf die Feinheit der zu erzielenden langfasrigen Querzerfaserungsprodukte abgestimmten Stachel- und/oder Bürstenbestückungen vorzugsweise aus kohlenstoffhaltigen Stahldraht oder aus anderen hochelastischen Metallen wie CrNiFe-Legierungen, mit hochelastischen Noppen aus Gummi und/oder Polyurethan und/oder hochelastischen thermoplastischen Kunststoffborsten aus Polyamiden aufweisen.The device for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable raw materials preferably has a combination of individual roller stages with downstream and / or interposed cross-fiberization support systems, the cross-fiberization support systems in particular rotating spiked or brushed rollers with the fineness of the have matched barbed and / or brush assemblies to be obtained from long-fiber cross fiberization products, preferably made of carbon-containing steel wire or of other highly elastic metals such as CrNiFe alloys, with highly elastic knobs made of rubber and / or polyurethane and / or highly elastic thermoplastic synthetic bristles made of polyamides.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung zur Gewinnung von Naturfasern und/oder Naturfaserbündeln aus faserhaltigen, nachwachsenden Rohstoffen eine nachgeschaltete Vorrichtung zur mechanischen Nachbehandlung von im Querzer- faserungsprodukt enthaltenen Langfasern auf, wobei Bürstenwalzen nach einem oder mehreren für die Querzerfaserung eingesetzten Walzenpaaren angeordnet sind.According to a further exemplary embodiment, the device for obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable raw materials has a downstream device for the mechanical after-treatment of long fibers contained in the transverse fiberization product, brush rollers being arranged after one or more roller pairs used for the transverse fiberization.
Vorzugsweise sind die Walzen des Walzenstuhles und/oder die Stachel- oder Bürstenwalzen des Querzerfaserungsunterstützungssystems und/oder die Bürstenwalzen der Vorrichtung zur mechanischen Nachbehandlung achsparallel zu dem Stengelaufbau des zu zerfasernden Rohstoffes und/oder des zu Teilstücken zerkleinerten Rohstoffes angeordnet.The rollers of the roller mill and / or the spiked or brush rollers of the transverse defibrillation support system and / or the brush rollers of the device for mechanical aftertreatment are preferably axially parallel to the stem structure of the arranged to defibrillate raw material and / or the raw material crushed into pieces.
Weiterhin kann die Vorrichtung eine Anordnung zum Austrag der Langfasern im Querzerfaserungsprodukt aufweisen.Furthermore, the device can have an arrangement for discharging the long fibers in the transverse fiberization product.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine weitere Zerfaserungseinrichtung für den Rohstoff und/oder den zu Teilstücken zerkleinerten Rohstoff vorgesehen, die zur Querzerfaserung von Rohstoff und/oder zu Teilstücken zerkleinertem Rohstoff parallel geschaltet ist. Dieser weitere Zerfaserungseinrichtung für den Rohstoff und/oder den zu Teilstücken zerkleinerten Rohstoff kann zumindest eine Klassiereinrichtung nachgeschaltet sein. Dabei können die Querzerfaserungsprodukte der Querzerfaserungseinrichtung und der weiteren Zerfaserungseinrichtung aber auch zumindest teilweise einer gemeinsamen Klassiereinrichtung zuführbar sein. Die weitere Zerfaserungseinrichtung ist bevorzugterweise mit Rohstoffhackstücken, insbesondere mit Stücklängen zwischen 50 mm < lHs ≤ 70 mm oder mit Rohstoffscheiten für eine Grobzerfaserung mit Stücklängen im Stücklängen lScheit ≤ 600 mm beschickbar. Die weitere Zerfaserungseinrichtung kann insbesondere zumindest einen Kollergang und/oder zumindest eine Wälzmühle, insbesondere eine Siebprallmühle mit Austragssiebborsten und einer pneumatischen Förderung, für eine Zerfaserung des Rohstoffes aufweisen.According to a further exemplary embodiment, a further defibration device for the raw material and / or the raw material comminuted into parts is provided, which is connected in parallel for the transverse defibering of raw material and / or raw material comminuted into parts. This further fiberizing device for the raw material and / or the raw material comminuted into partial pieces can be followed by at least one classifying device. The cross-fiberization products of the cross-fiberization device and the further fiberization device can, however, also be at least partially fed to a common classifying device. The further defibration device can preferably be loaded with raw material chopped pieces, in particular with piece lengths between 50 mm <l H s ≤ 70 mm or with raw material billets for coarse defibering with piece lengths in the piece length l Sc ity ≤ 600 mm. The further fiberizing device can in particular have at least one pan mill and / or at least one roller mill, in particular a screen impact mill with discharge screen bristles and a pneumatic conveying device, for fiberizing the raw material.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.Further preferred exemplary embodiments of the method according to the invention and the device according to the invention are set out in the further dependent claims.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verwendung für die mit dem vorstehenden Verfahren gewonnenen Fasern und/oder Faserbündeln anzugeben.It is a further object of the present invention to provide a use for the fibers and / or fiber bundles obtained with the above method.
Diese vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verwendung gemäß dem Anspruch 35 gelöst.This aforementioned object is achieved according to the invention by a use according to claim 35.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verwendung sind in den davon abhängenden Unteransprüchen 36 bis 39 dargestellt.Advantageous refinements of the use according to the invention are shown in the dependent claims 36 to 39 which depend on it.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen: Fig. 1 ein Fließschema eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zurThe present invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments in conjunction with the associated drawings. In these show: Fig. 1 is a flow diagram of an embodiment of the method for
Gewinnung von Naturfasern und/oder Naturfaserbündeln aus faserhaltigen, nachwachsenden Rostoffen,Obtaining natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable rust materials,
Fig. 2 ein Schema eines Verfahrensablaufs nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,2 shows a diagram of a process sequence according to a further exemplary embodiment of the method according to the invention,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Walzenspaltes einer Querzerfaserungseinrichtung,3 shows a schematic illustration of a roll nip of a transverse fiberization device,
Fig. 4 ein Schema eines Verfahrensablaufs nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,4 shows a diagram of a process sequence according to a further exemplary embodiment of the method according to the invention,
Fig. 5 ein Schema eines Verfahrensablaufs nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, und5 shows a diagram of a process sequence according to a further exemplary embodiment of the method according to the invention, and
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Systems zur Unterstützung derFig. 6 is a schematic representation of a system to support the
Querzerfaserung mit rotierenden Bürstenwalzen.Cross fraying with rotating brush rollers.
Das vorliegende Verfahren zur Gewinnung von Naturfasern und/oder Naturfaserbündeln aus faserhaltigen, nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere aus Bambus und anderen Gräsern beruht darauf, daß zu zerfasernder Rohstoff 11 ,14 durch mechanische Beanspruchung einer Querzerfaserung entlang von Strukturgrenzen und/oder Verwachsungsgrenzen zwischen faserhaltigen und nicht faserhaltigen Bestandteilen des Rohstoffes 11,14 ausgesetzt wird.The present method for the production of natural fibers and / or natural fiber bundles from fiber-containing, renewable raw materials, in particular from bamboo and other grasses, is based on the fact that raw material 11, 14 to be fiberized is subjected to mechanical stressing of cross-fiberization along structural boundaries and / or intergrowth boundaries between fiber-containing and non-fiber-containing ones Components of the raw material 11,14 is exposed.
In dem in Fig. 1 dargestellten Fließschema wird ein Ausführungsbeispiel dieser Verfahrensweise vereinfacht dargestellt.An exemplary embodiment of this procedure is shown in simplified form in the flow diagram shown in FIG. 1.
Dabei wird das Aufgabematerial 11 , d.h. der zu zerkleinernde faserhaltige Rohstoff einem Vorzerkleinerungsaggregat 100 zugeführt. Das Vorzerkleinerungsaggregat 100 ist vorliegend als ein sogenannter Trommelhacker ausgebildet.The feed material 11, i.e. the fiber-containing raw material to be shredded is fed to a pre-shredding unit 100. In the present case, the pre-comminution unit 100 is designed as a so-called drum chopper.
Das vorzerkleinerte Aufgabematerial wird aus dem Trommelhacker auf ein Transportsystem 101 abgeworfen. Das Transportsystem 101 ist als Schwingfördersystem ausgebildet. Über eine mitschwingende Schurre 102 rutscht das auf dem Schwingfördersystem transportierte vorzerkleinerte Aufgabematerial in einen Aufgabetrichter einer ersten Querzerfaserungsstufe 103. Die erste Querzerfaserungsstufe 103 weist ein Walzenpaar mit zwei korrespondierenden Walzen 103a, 103b auf, wobei die Walzen 103a, 103b als glatte Zerkleinerungswalzen ausgebildet sind. Aufgrund des Abgleitprozesses des vorzerkleinerten Aufgabematerials (nachfolgend auch als Aufgabegutstücke bezeichnet) entlang der mitschwingenden Schurre 102 werden die Aufgabegutstücke derart ausgerichtet, daß die Längsachsen der Aufgabegutstücke parallel zu einem Spalt zwischen den beiden Walzen 103a, 103b des Walzenpaares der ersten Querzerfaserungsstufe 103 angeordnet sind. Die erste Querzerfaserungsstufe 103 wirkt als eine Vorzerfaserungs- stufe, in der eine erste Querzerfaserung der ausgerichteten Aufgabegutstücke vorgenommen wird.The pre-shredded feed material is dropped from the drum chipper onto a transport system 101. The transport system 101 is designed as a vibratory conveyor system. The pre-comminuted feed material transported on the vibratory conveyor system slides over a vibrating chute 102 into a feed hopper of a first cross-fiberization stage 103. The first cross-fiberization stage 103 has a pair of rollers with two corresponding rollers 103a, 103b, wherein the rollers 103a, 103b are designed as smooth crushing rollers. Due to the sliding process of the pre-shredded feed material (hereinafter also referred to as feed material) along the vibrating chute 102, the feed material is aligned such that the longitudinal axes of the feed material are arranged parallel to a gap between the two rollers 103a, 103b of the pair of rollers of the first transverse fiberization stage 103. The first cross-fiberization stage 103 acts as a pre-fiberization stage in which a first cross-fiberization of the aligned feed items is carried out.
Nachfolgend zur ersten Querzerfaserungsstufe 103 ist eine zweite Querzerfaserungsstufe 105 angeordnet, wobei die vorzerfaserten Aufgabegutstücke der zweiten Querzerfaserungsstufe 105 über eine weitere, die vorzerfaserten Aufgabegutstücke (die sog. Partikel) achsparallel ausrichtende Schurre 104 und einen Aufgabeguttrichter zugeführt werden. Die zweite Querzerfaserungsstufe 105 weist ebenfalls ein Walzenpaar mit zwei korrespondierenden Walzen 105a, 105b auf, wobei die Walzen 105a, 105b als glatte Zerkleinerungswalzen ausgebildet sind. Die zweite Querzerfaserungsstufe 105 wirkt als eine weitere Zerfaserungsstufe, in der eine Querzerfaserung der ausgerichteten und vorzerfaserten Aufgabegutstücke vorgenommen wird.A second transverse defibration stage 105 is arranged downstream of the first transverse defibration stage 103, the pre-defibrated feed items being fed to the second transverse defibration stage 105 via a further chute 104, which aligns the pre-defibrated feed product pieces (the so-called particles), and a feed hopper. The second transverse fiberization stage 105 likewise has a pair of rollers with two corresponding rollers 105a, 105b, the rollers 105a, 105b being designed as smooth comminution rollers. The second cross-fiberization stage 105 acts as a further fiberization stage, in which the aligned and pre-fiberized feed items are cross-fiberized.
Nachfolgend zur zweiten Querzerfaserungsstufe 105 ist eine dritte Querzerfaserungsstufe 107 angeordnet, wobei die querzerfaserten Aufgabegutstücke der dritten Querzerfaserungsstufe 107 über eine weitere, die querzerfaserten Aufgabegutstücke (die sog. Partikel) achsparallel ausrichtende Schurre 106 und einen Aufgabeguttrichter zugeführt werden. Die dritte Querzerfaserungsstufe 107 weist ebenfalls ein Walzenpaar mit zwei korrespondierenden Walzen 107a, 107b auf, wobei die Walzen 107a, 107b als glatte Zerkleinerungswalzen ausgebildet sind. Die dritte Querzerfaserungsstufe 107 wirkt als eine zusätzliche Zerfaserungsstufe, in der eine weitergehende Querzerfaserung der ausgerichteten und vorzerfaserten Aufgabegutstücke vorgenommen wird.Subsequent to the second cross-fiberization stage 105, a third cross-fiberization stage 107 is arranged, the cross-fiberized feed material of the third cross-fiberization stage 107 being fed via a further chute 106, which aligns the cross-fiberized feed material (the so-called particles), and a feed hopper. The third transverse fiberization stage 107 likewise has a pair of rollers with two corresponding rollers 107a, 107b, the rollers 107a, 107b being designed as smooth comminution rollers. The third cross fiberization stage 107 acts as an additional fiberization stage in which a further cross fiberization of the aligned and pre-fiberized feed items is carried out.
Wie beschrieben ist vor den zweiten und dritten Querzerfaserungsstufen 105,107 jeweils eine die Partikel achsparallel ausrichtende Schurre 104,106 angeordnet. Der Begriff Par- tikel beschreibt dabei das jeweilige Aufgabegut auf die entsprechende Querzerfaserungsstufen. Eine Wandneigung der Schurren 102, 04,106 ist dabei auf die Gleiteigenschaften des unterschiedlich vor- bzw. querzerfaserten Aufgabegutes eingestellt. Zudem sind die Schurren 102,104,106 jeweils an einen regelbarer Schwingungserreger angekoppelt.As described, a chute 104, 106, which aligns the particles parallel to the axis, is arranged in front of the second and third transverse fiberization stages 105, 107. The term par The article describes the respective feed material at the corresponding cross fiberization levels. A wall inclination of the chutes 102, 04, 106 is adjusted to the sliding properties of the differently pre-or cross-frayed feed material. In addition, the chutes 102, 104, 106 are each coupled to a controllable vibration exciter.
Nachdem das mittels der Querzerfaserungsstufen 103,105,107 zerfaserte Aufgabematerial die dritte Querzerfaserungsstufe 107 verlassen hat, wird es auf einen Klassierer 108 aufgegeben. Dem Klassierer 108 wird Sichtluft 110 von einem Sichtluftgebläse 109 zugeführt. Im Klassierer 108 wird mittels der vom Sichtluftgebläse 109 dem Klassierer 108 zugeführten Sichtluft 110 das zerfaserte Aufgabematerial in mehrere Größenfraktionen K1,K2,K3, den sog. Partikelklassen, aufgeteilt. Diese Partikelklassen K1,K2,K3 werden aus dem Klassierer ausgetragen.After the feed material fiberized by means of the cross fiberization stages 103, 105, 107 has left the third cross fiberization stage 107, it is fed onto a classifier 108. Classifying air 108 is supplied with classifying air 110 from a classifying air blower 109. In the classifier 108, the shredded feed material is divided into several size fractions K1, K2, K3, the so-called particle classes, by means of the classifying air 110 supplied by the classifying air blower 109. These particle classes K1, K2, K3 are removed from the classifier.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens schematisch als Flußdiagramm gezeigt, wobei die vorstehend beschriebenen Merkmale des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 auch für das zweite Ausführungsbeispiel gelten.FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the present method schematically as a flow chart, the features of the exemplary embodiment according to FIG. 1 described above also applying to the second exemplary embodiment.
Bei dem in Fig. 2 schematisch gezeigten, weiteren Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens wird der zu zerfasernder Rohbambus in Gestalt vorzerkleinerter Hackschnitzel 11 mit frei wählbaren Stücklängen im Bereich 50 mm < IHS ≤ 70 mm einem (aus vorliegend drei nacheinander angeordneten) Walzenpaaren 21 , 22 und 23 bestehenden Zerfaserungsaggregat 2 zur Querzerfaserung zugeführt. Jedes der Walzenpaare stellt eine Querzerfaserungsstufe dar. Dabei wird das jeweilige Aufgabegut den einzelnen Querzerfaserungsstufen derart aufgegeben, daß die Faserausrichtung mit den Walzenachsen jeweils weitestgehend übereinstimmt. Für eine dafür geeignete apparatetechnische Ausführung wird auf die schon vorstehend im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beschriebe Vorrichtung verwiesen.In the further exemplary embodiment of the present method shown schematically in FIG. 2, the raw bamboo to be shredded in the form of pre-shredded wood chips 11 with freely selectable piece lengths in the range 50 mm <IH S ≤ 70 mm is a roller pair 21, 22 (in the present case arranged three in succession) and 23 existing defibration unit 2 for cross defibrillation. Each of the pairs of rollers represents a cross-fiberization stage. The respective feed material is given to the individual cross-fiberization stages in such a way that the fiber alignment largely corresponds to the roller axes. For a suitable technical apparatus implementation, reference is made to the device already described above in connection with the exemplary embodiment according to FIG. 1.
Dementsprechend wird das Aufgabegut 1 quer zu seiner Faserrichtung beansprucht, wodurch ein hoher Anteil langer schlanker Zerfaserungsprodukte entsteht und der Anteil an abzutrennendem Feingut mit ungünstigen Verhältnissen von lpart/dpart, möglichst klein bleibt.Accordingly, the feed material 1 is loaded transversely to its fiber direction, which results in a high proportion of long, slender defibration products and the proportion of fines to be separated with unfavorable ratios of lp art / dp ar t remains as small as possible.
Die einzelnen Walzenpaare 21,22,23 des Zerfaserungsaggregates 2 sind gegenläufig angetrieben, wobei sie mit gleicher oder unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit bei stufenloser Drehzahlverstellung mit einem Schlupf von < + 50 % betrieben werden. Zudem weisen die Walzen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel glatte Walzenoberflächen auf.The individual pairs of rollers 21, 22, 23 of the defibration unit 2 are driven in opposite directions, with the same or different peripheral speeds stepless speed adjustment with a slip of <+ 50%. In addition, the rollers according to the present exemplary embodiment have smooth roller surfaces.
In Fig. 3 ist ein Walzenspalt sSpait schematisch dargestellt, der repräsentativ für sämtliche Walzenspalte der Querzerfaserungseinrichtungen 21 ,22,23 steht. Die bei Einstellung dieses Walzenspaltes sSpaιt zu beachtenden Bedingungen und physikalischen Parameter sind der Durchmesser D-, und die Umdrehungszahl n-i für die Walze W-i sowie der Durchmesser D2 und die Umdrehungszahl n2 für die Walze W2. Dabei ist die - zum Erhalt einer bestimmten Faserlänge und Schlankheit - einzustellende Spaltweite s eine Funktion der Durchmesser und Umdrehungszahlen beider Walzen:In Fig. 3 a nip Spa s i t is schematically shown, the representative is available for all nips of the Querzerfaserungseinrichtungen 21, 22,23. The setting this nip s Spa ι t to be observed conditions and physical parameters are the diameter D, and the number of revolutions ni for the roller Wi and the diameter D 2 and the number of revolutions n 2 W for the roll. 2 The gap width s to be adjusted to maintain a certain fiber length and slenderness is a function of the diameter and number of revolutions of both rollers:
Snotwendig = f (D*ι, D2, n*ι , n2).Necessary = f (D * ι, D 2 , n * ι, n 2 ).
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Einstellung des Spaltes zwischen den Walzen bei jedem Walzenpaar 21 ,22,23 der Querzerfaserungseinrichtung 2 (d.h. des Walzenstuhls) jeweils unabhängig von den anderen Walzenpaaren ermöglicht.According to the present exemplary embodiment, an adjustment of the gap between the rollers is made possible for each pair of rollers 21, 22, 23 of the cross-fiberizing device 2 (i.e. the roller mill) independently of the other pairs of rollers.
Vorliegend weist das erste Walzenpaar 21 eine Spalt-Verstellmöglichkeit im Bereich von 1 mm < Sspait ≤ 3 mm auf, um gute Einzugsbedingungen für das Aufgabegut zu gewährleisten. Für das zweite Walzenpaar 22 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Spalt-Verstellmöglichkeit von 0,5 mm < sSpaι < 1 mm und für das dritte Walzenpaar 23 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Spalt-Verstellmöglichkeit von 0 mm < sSpaιt ≤ 0,5 mm vorgesehen.In the present case, the first pair of rollers 21 has a gap adjustment option in the range of 1 mm <Ssp a it ≤ 3 mm in order to ensure good feed conditions for the feed material. For the second roller pair 22 in the present embodiment, a gap adjustment of 0.5 mm <s Spa ι <1 mm and for the third pair of rollers 23 in the present embodiment, a gap-adjustment of 0 mm <s Spa ιt ≤ 0.5 mm provided.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Walzenpaare 21 ,22,23 übereinander angeordnet und weisen jeweils eine obenliegende Aufgabe (Schurre 102,104,106 mit Aufgabetrichter gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1) und einen (gemeinsamen) untenliegenden Abzug 24 für das querzerfaserte Material 12 auf, wodurch sind eine apparatetechnisch und technologisch besonders günstige Anordnung ergibt. Dementsprechend wird das querzerfaserte Austragsgut der Querzerfaserungseinrichtung 2 nach der dritten (und im vorliegenden Ausführungsbeispiel letzten) Walzenstufe 23 über eine zumindest die genutzte Walzenbreite der letzten Querzerfaserungsstufe 23 abdeckende Abzugseinrichtung (Transporteinrichtung) 24 weitertransportiert. Die Abzugseinrichtung 24 ist vorliegend als Stetigförderer oder als Gurtbandförderer ausgeführt.According to the present exemplary embodiment, the roller pairs 21, 22, 23 are arranged one above the other and each have an overhead task (chute 102, 104, 106 with a feed hopper according to the exemplary embodiment in FIG. 1) and a (common) lower trigger 24 for the cross-frayed material 12, which means that results in a particularly favorable arrangement in terms of apparatus and technology. Accordingly, the cross-fiberized discharge material of the cross-fiberization device 2 is transported further after the third (and in the present exemplary embodiment, last) roller stage 23 via a take-off device (transport device) 24 covering at least the roller width used for the last cross-fiberization stage 23. In the present case, the extraction device 24 is designed as a continuous conveyor or as a belt conveyor.
Von der Abzugseinrichtung 24 wird das Austragsgut in eine Bunkertasche 25 aufgegeben.The discharge material is fed into a bunker bag 25 by the discharge device 24.
Von der Bunkertasche 25 wird das Austragsgut anschließend mittels Fördereinrichtungen wie einer Zellenradschleuse 31 , einer Doppelpendelklappe 32 oder einer Injektordüse 33 in eine Windsichtungsanlage 4 eingespeist.The discharge material is then fed from the bunker bag 25 into a wind sifting system 4 by means of conveying devices such as a cellular wheel sluice 31, a double pendulum flap 32 or an injector nozzle 33.
In der Windsichtungsanlage 4 wird das Austragsgut nach Längen- und Größenklassen, vorliegend in vier Partikelklassen 41,42,43,44 klassiert. Dabei werden die Bestandteile des Austragsgutes, also insbesondere die Fasern und/oder Faserbündel der Windsichtungsanlage 4 im wesentlichen vereinzelt aufgegeben, wodurch die Beweglichkeit der länglichen Fasern und/oder Faserbündel im Luftstrom sichergestellt ist. Dadurch ist eine gute Trennschärfe mittels der Windsichtungsanlage 4 ermöglicht.In the wind sifting system 4, the material to be discharged is classified according to length and size classes, in the present case into four particle classes 41, 42, 43, 44. The components of the material to be discharged, that is to say in particular the fibers and / or fiber bundles of the air sifting system 4, are essentially abandoned, thereby ensuring the mobility of the elongated fibers and / or fiber bundles in the air stream. This enables a good selectivity by means of the wind sifting system 4.
Vorliegend ist die Windsichtungsanlage 4 in die pneumatische Förderung direkt eingebunden. Diese direkte Einbindung stellt ein wirksames Mittel zur Vermeidung der Bildung von Faseragglomerate („Faserknäueln") und der damit verbundenen Verschlechterung der Klassierergebnisse dar.In the present case, the wind sifting system 4 is directly involved in the pneumatic conveying. This direct integration is an effective means of avoiding the formation of fiber agglomerates ("fiber balls") and the associated deterioration in the classification results.
Für hohe Feststoffdurchsätze sind in diesem Klassierschritt große Sichterquerschnitte erforderlich, um die im Interesse einer freien Partikelbewegung vorgesehene geringe Festsstoffbeladung der Sichtluft zweckmäßig sicherzustellen.For high solids throughputs, large classifier cross sections are required in this classification step in order to appropriately ensure the low solids loading of the classifying air, which is provided in the interest of free particle movement.
Der Klassiervorgang findet vorliegend im Aufstrom statt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Geschwindigkeit der Sichtluft, also vorliegend die Aufstromluftgeschwindigkeit an die herzustellenden Faserklassen 42 (z.B. mit dPart > 2 mm), 43 (z.B. mit 1 mm < dpart < 2 mm) und 44 (z.B. mit άPart ≤ 1 mm) anpassbar.In the present case, the classification process takes place in the upstream. According to the present exemplary embodiment, the speed of the visible air, in this case the upstream air speed to the fiber classes to be produced 42 (for example with d part > 2 mm), 43 (for example with 1 mm <dp a rt <2 mm) and 44 (for example with ά part ≤ 1 mm) adjustable.
Die nach dem Windsichter 4 noch in der Förderluft enthaltene Feingutfraktion 41 (z.B. mit einer Abmessung der Partikel dPart < 0,1 mm) wird in einem zweistufigen Abscheide- prozess zur weiteren technologischen Verwendung abgetrennt. Die dafür vorgesehene Reinigungsanlage für die Abluft 53 besteht aus einem vorgeschalteten Feinkornzyklon 51 und einem in Reihe mit dem Zyklon geschalteten Feinstkornschlauchfilter 52 sowie zugehörigen, hier nicht explizit dargestellten Einrichtungen für die Abförderung der zusammengeführten, aber auch getrennt abführbaren Feingutfraktionen 41.The fine material fraction 41 still present in the conveying air after the air classifier 4 (for example with a dimension of the particles d Part <0.1 mm) is separated off in a two-stage separation process for further technological use. The purification system for the exhaust air 53 provided for this purpose consists of an upstream fine-grain cyclone 51 and a fine-grain bag filter 52 connected in series with the cyclone and Associated facilities, not explicitly shown here, for the removal of the merged but also separately removable fines 41.
Mit der beschriebenen Reinigungsanlage sind einerseits Abluftstaubgehalte < 1 mg/m3 einhaltbar und andererseits wird eine sehr weitgehende stoffliche Verwertung der unterschiedlichen Zerfaserungsprodukte von Bambus erreicht.With the cleaning system described, exhaust air dust contents of <1 mg / m 3 can be maintained, on the one hand, and, on the other hand, a very extensive material recycling of the different fiberization products of bamboo is achieved.
Nach dem Stand der pneumatischen Fördertechnik für das Handling der Zerfaserungsprodukte erforderliche Zusatzausrüstungen wie die o.g. Zellenradschleusen, sonstige Dosiereinrichtungen, Saugzüge und andere Gebläse sowie mechanische Förderer sind aus Schema-Vereinfachungsgründen in Fig. 2 nicht dargestellt. Diese ergeben sich jedoch für den Fachmann schon unmittelbar aus dem Zusammenhang des Sachverhaltes. Dies gilt gleichermaßen für die nachfolgenden weiteren Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 4 und 5.According to the state of the pneumatic conveying technology for the handling of the defibration products additional equipment like the above mentioned. Cell wheel locks, other metering devices, suction and other blowers and mechanical conveyors are not shown in FIG. 2 for the sake of simplifying the diagram. For the person skilled in the art, however, these result directly from the context of the facts. This applies equally to the following further exemplary embodiments according to FIGS. 4 and 5.
Gemäß dem in Fig. 4 schematisch gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens wird dem Verfahren (und damit auch der Anlagenausgestaltung nach den vorstehend schon beschriebenen Ausführungsführungsbeispielen) eine konventionelle Zerfaserungsanlage für Bambushackschnitzel 11 mit Abmessungen lPart < 60 mm parallel geschaltet. Diese konventionelle Zerfaserungsanlage weist eine Siebprallmühle 6 mit Austragssiebrosten bei einer Siebspaltgeometrie von 3 mm x 60 mm auf.According to the further exemplary embodiment of the present method shown schematically in FIG. 4, a conventional fiberizing system for bamboo chips 11 with dimensions l part <60 mm is connected in parallel with the method (and thus also the system configuration according to the exemplary embodiments already described above). This conventional defibration system has a screen impact mill 6 with discharge screen grids with a screen gap geometry of 3 mm x 60 mm.
An diese konventionelle Zerfaserungsanlage schließt sich eine pneumatischen Förderung 7 an.A pneumatic conveyor 7 connects to this conventional defibration system.
Wie aus Fig. 4 unmittelbar ersichtlich wird das zerfaserte Austragsgut 13 der Siebprallmühle 6 gemeinsam mit dem Austragsgut 12 des Zerfaserungsaggrega.es 2 dem vorstehend beschriebenen Windsichter 4 mit der Zuluft 61 pneumatisch zugeführt und in die bereits im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 definierten Fraktionen 42, 43 und 44 aufgeteilt.As can be seen directly from FIG. 4, the shredded discharge material 13 of the screen impact mill 6 together with the discharge material 12 of the defibrillation unit 2 is pneumatically fed to the above-described wind sifter 4 with the supply air 61 and into those already defined in connection with the exemplary embodiment in FIG. 2 Fractions 42, 43 and 44 divided.
Aus eigenen Untersuchungen ist bekannt, daß bei der Klassierung nach unterschiedlichen Partikeldurchmessern im Windsichter 4 auch nichtfasrige Partikel oder nach der Prallzerfaserung zu stark eingekürzte Partikel sich vorzugsweise in den Fraktionen 43 und/oder 44 befinden. Diese Bestandteile erweisen sich als störend für die von den Bambusfasernutzern vorgesehenen Verwendungen. Daher werden diese Fraktionen 43 und/oder 44 mit den genannten störenden Bestandteilen jeweils einer Kontrollsiebung 81 bzw. 82 zugeführt, wie aus Fig. 4 ersichtlich.From our own investigations it is known that, when classified according to different particle diameters in the air classifier 4, non-fibrous particles or particles that have been shortened too much after the impact defibration are preferably in the fractions 43 and / or 44. These components prove to be disruptive for the uses intended by the bamboo fiber users. Therefore these fractions become 43 and / or 44 with the said disruptive constituents each fed to a control sieve 81 or 82, as can be seen in FIG. 4.
Dementsprechend laufen beide Fraktionen 43 und 44 über separate Siebmaschinen 81 ,82. Die in diesen Siebmaschinen 81 ,82 abgetrennten Materialien 41a,41b werden der Feinkornfraktion 41 zugeschlagen.Accordingly, both fractions 43 and 44 run on separate screening machines 81, 82. The materials 41a, 41b separated in these screening machines 81, 82 are added to the fine grain fraction 41.
Damit ist sichergestellt, daß beide Fraktionen 43 und 44 das Gütekriterium für Bambusverstärkungsfasern mit lpart » d art zuverlässig erfüllen.This ensures that both fractions 43 and 44 meet the quality criterion for bamboo reinforcement fibers with lp ar t "d a rt reliable.
Gemäß dem in Fig. 5 schematisch gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens wird zusätzlich zu zerfasernde Rohbambus in Form von Bambusscheiten 14 mit Ischeit ≤ 600 mm der Querzerfaserung mit einem Querzerfaserungsverfah- ren und einer Querzerfaserungsanlage nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 mit dem Ziel mechanisch aufgegeben, einen möglichst hohen Anteil sehr langer, schlanker Fasern 40 mit Durchmessern im Bereich zwischen 0,1 mm < dF < 1 mm auszubringen.According to the schematic shown in FIG. 5 another embodiment of the present method, in addition to fraying Rohbambus in the form of bamboo logs 14 Is che i t ≤ 600 mm the Querzerfaserung with a Querzerfaserungsverfah- ren and a Querzerfaserungsanlage according to the embodiment of FIG. 2 with the The goal, given mechanically, of spreading the largest possible proportion of very long, slender fibers 40 with diameters in the range between 0.1 mm <d F <1 mm.
Der Querzerfaserungseinrichtung 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 2 ist die vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebene konventionelle Zerfaserungsanlage 6 zur Grobzerfaserung parallelgeschalten.The cross fiberization device 2 according to the embodiment. FIG. 2 shows the conventional defibration system 6 for coarse defibration described above in connection with FIG. 4.
Gleichzeitig wird durch den gegen die Umgebungsluft abgeschlossenen Mahlraum der zur Grobzerfaserung eingesetzten Mühle 6 Zuluft 61 angesaugt, so daß die Aufbereitungsprodukte 13 pneumatisch abgefördert und der (schon beschriebenen) Windsichtung 4 zugeführt werden.At the same time, supply air 61 is sucked in through the grinding chamber of the mill 6 used for coarse fiberization, so that the processing products 13 are conveyed pneumatically and fed to the (already described) air classifier 4.
Zusätzlich werden die in unterschiedlichen Phasen des Zerfaserungsprozesses und des Querzerfaserungsprozesses anfallenden feinteiligen Partikel 41 mit dF < 0,1 mm entsprechend ihren unterschiedlichen granulometrischen Eigenschaften separiert und einer entsprechenden stofflichen Verwertung zugeführt, wie aus dem in Fig. 5 dargestellten Flußdiagramm ersichtlich.In addition, the finely divided particles 41 obtained in different phases of the defibration process and the transverse defibration process are separated with d F <0.1 mm according to their different granulometric properties and fed to a corresponding material recycling, as can be seen from the flow diagram shown in FIG. 5.
Im vorliegenden Bambusfaseraufbereitungsprozess kann sowohl eine mit unterschiedlichen Langlochsiebböden ausgerüstete Schwingsiebmaschine 81 und/oder 82 als auch ein als mehrstufiger Apparat ausgestalteter Aufstromwindsichter 4 zum Einsatz kommen. Entscheidend für eine Apparateauswahl ist dabei die Möglichkeit, das an sich sieb- schwierige Zerfaserungsgut 13 mit vertretbaren Massedurchsätzen zu vereinzeln und so in Fraktionen unterschiedlicher Partikeldurchmesser aufzuteilen, daß insbesondere die gewünschte Qualität der auszutragenden Mittelfraktionen 43 und 44 hinsichtlich der Anteile bestimmter Faserbündeldicken und -längen erreicht wird.In the present bamboo fiber preparation process, both a vibrating sieve machine 81 and / or 82 equipped with different elongated sieve bottoms and an upstream air classifier 4 designed as a multi-stage apparatus can be used. Decisive for a device selection is the possibility of difficult to fiberize 13 with reasonable mass throughputs and to divide them into fractions of different particle diameters, that in particular the desired quality of the medium fractions 43 and 44 to be discharged is achieved with regard to the proportions of certain fiber bundle thicknesses and lengths.
Hierzu wurde gefunden, daß die Siebklassierung mit hohen umlaufenden Lasten und mit faserlängenverkürzenden Übermahlungen unbefriedigende Ergebnisse liefert. Dementsprechend ist auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 die schon im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 4 beschriebene Windsichtung 4 technologisch sinnvoll.For this purpose, it was found that the sieve classification with high circulating loads and with fiber grinding shortening overgrinds gives unsatisfactory results. Accordingly, in the exemplary embodiment according to FIG. 5, the wind sifting 4 already described in connection with the exemplary embodiments in FIGS. 2 and 4 is technologically sensible.
Bei einer Verbundfahrweise wie in Fig. 5 dargestellt mit gleichzeitiger Verarbeitung langer Bambusscheite 14 über das Querzerfaserungsaggregat 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und von kürzeren Hackschnitzeln 11 über eine Siebprallmühle als dem konventionelles Zerfaserungsaggregat (vgl. dazu das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4) und eine pneumatische Förderung gemäß dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 4 kommt allerdings auch die Windsichtung an technisch-technologische Grenzen, da für das Austragsgut 12 aus den Querzerfaserungsstufen 21 bis 23 hohe Anteile von Partikeln mit Längen lpart< 600 mm zu erwarten sind, die auf keinen Fall einem Windsichtvorgang im Aufstromsichter 4 unterzogen werden können. Andererseits ist aber die Windsichtung 4 gegenüber der reinen Siebklassierung 81 und/oder 82 technologisch vorteilhafter. Dementsprechend werden die Fraktionen 43 und 44 wie schon im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben jeweils getrennt einer Siebklassierung 81 bzw. 82 zur separaten Nachklassierung zugeführt.5 with simultaneous processing of long bamboo logs 14 via the transverse defibration unit 2 according to the exemplary embodiment of FIG. 2 and of shorter wood chips 11 via a screen impact mill than the conventional defibration unit (see also the exemplary embodiment according to FIG. 4) and a pneumatic conveying according to the embodiment. 4, however, the air sifting also reaches technical-technological limits, since for the material to be discharged 12 from the transverse fiberization stages 21 to 23, high proportions of particles with lengths lp art <600 mm are to be expected, which under no circumstances undergo an air sifting process in the upstream sifter 4 can be. On the other hand, however, the wind sifting 4 is technologically more advantageous than the pure sieve classification 81 and / or 82. Accordingly, as already described in connection with FIG. 4, the fractions 43 and 44 are each fed separately to a sieve classification 81 and 82 for separate reclassification.
Sofern auf Grund von Faserabnehmerforderungen notwendig, kann eine Nachzerfase- rung der Grobfraktion 42 gemeinsam mit den Bambusscheiten 14 in den Querzerfaserungsstufen 21 bis 23 der Querzerfaserungseinrichtung 2 erfolgen. Diese Vorgehensweise ist in Fig. 5 nicht explizit dargestellt, aber grundsätzlich möglich und sinnvoll, wenn man die im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel benannte beanspruchungsgerechte Aufgabe aller im Walzenzerfaserungsaggregat 21 bis 23 quer zur Faserausbildungsrichtung zu zerfasernden Aufgabegutstücke 11 , 14 und/oder 42 technisch und technologisch beherrscht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gem. Fig. 5 werden die aus den Scheiten 14 hergestellten Langfasern 40 einer Behandlung auf einem Luftstrahlsieb 26 zur Feingutabtrennung und zur Aushaltung nichtfasriger Partikel ausgesetzt. Dazu werden die aufzugebenden Langfasern 40 vor allem zum Zweck des mechanischen Transportes auf einem mit Leitbahnen und Langlochsiebblechen ausgestatteten Siebboden aufgegeben, der gleichzeitig mit verstellbaren Luftstrahldüsen zur Abreinigung der Langfasern 40 versehen ist. Das Feingut 40a aus dem Luftstrahlsieb 26 wird dem Windsichter 4 zusammen mit dem Austragsgut 13 aus der Siebprallmühle 6 zugeführt und gemeinsam klassiert.If necessary due to fiber customer requirements, the coarse fraction 42 can be re-chamfered together with the bamboo billets 14 in the cross-fiberization stages 21 to 23 of the cross-fiberization device 2. This procedure is not explicitly shown in FIG. 5, but is fundamentally possible and useful if the task 11, 14 and / or 42 of the feed items 11, 14 and / or 42 to be defibrated in the roll fiberizing unit 21 to 23 that is to be used in the first and second exemplary embodiment is technically and technologically appropriate controlled. In the present embodiment according to 5, the long fibers 40 produced from the billets 14 are subjected to treatment on an air jet sieve 26 for separating fines and for holding non-fibrous particles. For this purpose, the long fibers 40 to be fed in are placed, above all for the purpose of mechanical transport, on a sieve bottom equipped with guideways and elongated perforated sieve plates, which is at the same time provided with adjustable air jet nozzles for cleaning the long fibers 40. The fine material 40a from the air jet sieve 26 is fed to the air classifier 4 together with the discharge material 13 from the sieve impact mill 6 and classified together.
Die kombinierte Verfahrensweise gemäß dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 5 kann auch dahingehend modifiziert werden, daß die Herstellung einer längerfasrigen Mittelfraktion 43 oder 44 entfällt und neben der Herstellung von Langfasern 40 besonderes Augenmerk auf die Herstellung eines feinfasrigen Fertiggutes 41 mit Partikellängen deutlich unterhalb der von Hackschnitzeln mit IHS ≤ 60 mm gelegt wird. In diesem Fall wäre anstelle der Aufgabe langer Hackschnitzel das Aufgabegut 11 auf möglichst kurze Hackschnitzel mit lHs < 20 mm einzustellen und die Abtrennung einer der vorgenannten Mittelfraktionen könnte unterbleiben.The combined procedure according to the embodiment according to Fig. 5 can also be modified so that the production of a longer-fiber middle fraction 43 or 44 is omitted and in addition to the production of long fibers 40 special attention is paid to the production of a fine-fiber finished product 41 with particle lengths well below that of wood chips with IH S ≤ 60 mm , In this case, the feed material 11 would have to be set to the shortest possible chips with 1 H s <20 mm and the separation of one of the above-mentioned middle fractions could be omitted instead of feeding long chips.
Bei den vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispielen können Bürstenwalzen nach einem oder mehreren für die Querzerfaserung eingesetzten Walzenpaare angeordnet sein.In the exemplary embodiments described above in connection with FIGS. 1 to 5, brush rollers can be arranged after one or more pairs of rollers used for transverse fiberization.
Den schematischen Aufbau eines solchen Systems für die Unterstützung der Querzerfaserung ist in Fig. 6 gezeigt. Verwendet werden im Sinne der Aufgabenstellung rotierende Walzen mit Bürstenbestückungen. Wie in Fig. 6 ersichtlich ist vorliegend jeweils nach der ersten und nach der zweiten Querzerfaserungsstufe eine Querzerfaserungsunterstüt- zungseinrichtung angeordnet. Jede der Querzerfaserungsunterstützungseinrichtungen weist ein Walzenpaar mit rotierenden Walzen auf, wobei jede der Walzen mit einer Bürstenbestückung versehen ist.The schematic structure of such a system for supporting the cross fiberization is shown in FIG. 6. Rotating rollers with brushes are used for the purpose of the task. As can be seen in FIG. 6, a transverse fiberization support device is arranged in each case after the first and after the second transverse fiberization stage. Each of the transverse fiberization support devices has a pair of rollers with rotating rollers, each of the rollers being equipped with a brush assembly.
Mittels der Bürstenwalzen kann durch die Querzerfaserung nicht genügend in Einzelfaserbündel aufgelöster Aufgabegutstrom entsprechend dem vorher erreichten Querzerfa- serungseffekt: • durch spezielle Oberflächengestaltungen wie Noppen, Stifte, Bürsten u.a.m., und/oderUsing the brush rollers, the cross-fiberization means that not enough feed material flow can be broken down into individual fiber bundles in accordance with the previously achieved cross-fiberization effect: • through special surface designs such as knobs, pens, brushes, etc., and / or
• durch geometrische Anordnungen wie Achslagen, Neigungswinkel und Abstände der Bürstenwalzen von dem einen Walzenspalt verlassenden dichten Faserstrom, und/oder• by geometric arrangements such as axial positions, inclination angles and distances of the brush rollers from the dense fiber stream leaving a roller gap, and / or
• durch unterschiedliche Betriebsweisen mit veränderlichen Drehzahlregime, einer durchsatzabhängigen Anpresskraftverstellung und/oder einem Vibrationseffekt auf der Materialschurre• through different operating modes with variable speed regimes, a throughput-dependent contact pressure adjustment and / or a vibration effect on the material chute
weiter aufgelöst werden.to be further resolved.
Es ist im Zusammenspiel von zerfaserndem Walzenpaar und nachfolgender Unterstützungseinrichtung zu beachten, daß insbesondere das erste Walzenpaar zur Verbesserung der Einzugsverhältnisse im Walzenspalt mit feingliedrigen Oberflächenprofilierun- gen in Längs- und/oder Umfangsrichtung ausgestattet werden kann und daß die Bürstenbestückung der Unterstützungseinrichtung auf die Oberflächenprofilierung der vorgeschalteten Zerfaserungswalzen abgestimmt werden muß.In the interaction of the fiberizing roller pair and the subsequent support device, it should be noted that in particular the first roller pair can be equipped with fine surface profiles in the longitudinal and / or circumferential direction in order to improve the draw-in conditions in the roller gap, and that the brushing of the support device to the surface profile of the upstream Defibration rollers must be coordinated.
Allgemein ist anzumerken, daß für das Herstellen langer faserhaltiger Partikel gemäß den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 5 die achsparallele Ausrichtung der Zerfaserungswalzen, der Bürstenwalzen und der Rohmaterialzufuhr mit entscheidend ist. Dem Austragsprozess des zerfaserten Materials aus dem System Walzenpaare und nachgeschaltete Bürstenwalzen kommt daher eine große Bedeutung zu.In general, it should be noted that for the production of long fiber-containing particles according to the exemplary embodiments in FIGS. 1 to 5, the axis-parallel alignment of the defibration rollers, the brush rollers and the raw material supply is also decisive. The process of removing the shredded material from the roller pair system and downstream brush rollers is therefore of great importance.
Um einen hohen Anteil langfasriger Zerfaserungsprodukte zu erhalten und gleichzeitig noch lose anhaftende kurzfasrige bzw. faserfreie Partikel abzustreifen und abzuführen, kann zudem eine Weiterleitung der Zerfaserungsprodukte zwischen den einzelnen Walzenpaaren mit einer gleichen Richtungsorientierung (d.h. Parallelität der Zerkleinerungswalzen und der längsorientierten Leitbündel im Aufgabegut) hilfreich sein.In order to obtain a high proportion of long-fiber defibration products and at the same time to strip off and remove loose adhering short-fiber or fiber-free particles, forwarding the defibration products between the individual roller pairs with the same directional orientation (i.e. parallelism of the shredding rollers and the longitudinally oriented guide bundle in the feed material) can also be helpful ,
Eine wesentliche technologische Weiterverwendung der mit den beschriebenen Verfahren gemäß den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen hergestellten langen Faserbündeln ist die Herstellung von dünnen Vliesen ggf. mit nachfolgender Rovingbildung, insbesondere auf einer Krempelmaschine oder einem Vlieslegeaggregat vorzugsweise mit vorgelagerter aerodynamischer Vermischung. Dabei ist zu beachten, daß mit zunehmender Feinheit der Querzerfaserungsprodukte immer dünnere Vliese und/oder Rovings hergestellt werden können und daß ggf. analog zu den Praktiken der chemischen und/oder physikalischen Faservorbehandlung bei der Garnherstellung aus Hanffasern als textiltechnisches Vormaterial sich eine zusätzliche Oberflächenbehandlung der Querzerfaserungsprodukte, z.B. bestehend aus den Stufen NaOH-Behandlung, Wäsche und Trocknung, empfehlen kann.An essential technological further use of the long fiber bundles produced using the described methods according to the first to third exemplary embodiments is the production of thin nonwovens, possibly with subsequent roving, in particular on a carding machine or a nonwoven laying unit, preferably with upstream aerodynamic mixing. It should be noted that with increasing fineness of the cross-fraying products, ever thinner nonwovens and / or rovings can be produced and that, if necessary, analogous to the practices of chemical and / or physical fiber pretreatment in the manufacture of yarn from hemp fibers as a preliminary textile material, additional surface treatment of the cross-fringing products , eg consisting of the NaOH treatment, washing and drying stages.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird zur Gewinnung von Fasern bzw. faserhaltigen Partikeln aus faserhaltigen nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere von bambusartigen und anderen Gräsern, die als Verstärkungsmaterialien von Stoffen mit organischen und/oder mineralischen Matrixsystemen geeignet sind, eine Kombination mehrerer Aufbereitungsverfahrensstufen bzw. der zugehörigen Maschinen in einem ein- oder mehrstufigen Zerfaserungs- und Klassiervorgang gelehrt, wobei die vorzerkleinerten Aufgabegutstücke aus Bambus und/oder anderen Materialien einer Zerkleinerung/Zerfaserung des Aufgabegutes vorzugsweise entlang von Strukturgrenzen und/oder Zellwänden unterzogen werden (Querzerfaserung) und dem Zerfaserungspro- zess eine Nachbehandlung folgt, die aus einer Längenkonfektionierung und einem ein- oder mehrstufigen Klassierprozess sowie zugehörigem Faserguttransport besteht.In the exemplary embodiments described above, a combination of several preparation process stages or the associated machines is used to obtain fibers or fiber-containing particles from fiber-containing renewable raw materials, in particular bamboo-like and other grasses, which are suitable as reinforcing materials for substances with organic and / or mineral matrix systems taught in a one- or multi-stage shredding and classification process, the pre-shredded feed pieces made of bamboo and / or other materials being shredded / shredded, preferably along structural boundaries and / or cell walls (cross shredding) and the shredding process is followed by a post-treatment , which consists of a length assembly and a one- or multi-stage classification process as well as the associated fiber material transport.
Die dadurch geschaffene nahezu rückstandslose trockene Aufbereitungstechnologie für Bambus orientiert sich nach der Herstellung von Hackschnitzeln auf die weiterführenden Zerkleinerungsmöglichkeiten des axialen Spaltens entlang von Verwachsungsgrenzflächen innerhalb und/oder außerhalb von Gefäßbündeln sowie auf die Anwendung von Druck- und Scherbeanspruchungen zur Auflösung von starken Faserbündeln in möglichst viele einzelne Faserzellen.The resulting virtually residue-free dry processing technology for bamboo, after the production of wood chips, is oriented towards the further shredding possibilities of axial splitting along growth interfaces inside and / or outside of bundles of vessels as well as the application of pressure and shear stresses to dissolve strong fiber bundles in as many as possible individual fiber cells.
Dabei wird auch berücksichtigt, daß der Faseranteil in unterschiedlichen Bambusarten und die Verteilung der Fasern im Halmquerschnitt artabhängig sind, wobei der Faseranteil bei den wichtigsten Bambusarten Werte zwischen 37 % und 50 % erreicht. Zudem sind die Faserzellen im Querschnitt eines jeden Bambushalmes ungleichmäßig verteilt, insbesondere im Außenwandbereich beträgt ihr Anteil bis zu 60 %, während der Faseranteil an der inneren Wand bei 15 % liegt. Zur Zerfaserung von Bambus und anderen faserhaltigen, grasartigen, nachwachsenden Rohstoffen wird eine mehrstufige Druck- und Scherbeanspruchung in sich verjüngenden umlaufenden Spalten durchgeführt, wodurch übermäßige nichtfasrige Feingutanteile vermieden werden können.It is also taken into account that the proportion of fibers in different types of bamboo and the distribution of fibers in the cross-section of the stalk are species-dependent, with the proportion of fibers in the most important types of bamboo reaching between 37% and 50%. In addition, the fiber cells in the cross-section of each bamboo stalk are distributed unevenly, in particular in the outer wall area their share is up to 60%, while the fiber share on the inner wall is 15%. To defibrate bamboo and other fibrous, grass-like, renewable raw materials, a multi-stage pressure and shear stress is carried out in tapering circumferential gaps, whereby excessive non-fibrous fines can be avoided.
Für die Feinstzerfaserung bis in den Abmessungsbereich einzelner Faserzellen haben sich in eigenen Untersuchungen Kollergänge und/oder Wälzmühlen als besonders geeignet erwiesen. Dementsprechend wird anhand zweier Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 4 und 5 bezeigt, wie die vorliegende Querzerfaserung mit konventionellen Zer- faserungsaggregaten kombiniert werden kann. Dabei ist berücksichtigt, daß nach jeder Zerfaserungsstufe ein (oder mehrere) Klassieraggregat(e) anzuschließen sind. Darüber hinaus werden im Interesse guter Sichtergebnisse der Klassierung geringe Feststoffkonzentrationen zugeführt, wodurch eine freie Beweglichkeit der zu klassierenden Bambuspartikel in der turbulenten Trägerluftströmung gewährleistet wird.In our own investigations, pan millers and / or roller mills have proven to be particularly suitable for the finest fiberization down to the dimensional range of individual fiber cells. Accordingly, two exemplary embodiments according to FIGS. 4 and 5 show how the present transverse fiberization can be combined with conventional fiberizing units. It is taken into account that one (or more) classifying unit (s) must be connected after each defibration stage. In addition, in the interest of good visualization results, low solids concentrations are added to the classification, which ensures free movement of the bamboo particles to be classified in the turbulent carrier air flow.
Für die Herstellung sehr langer schlanker Partikel mit lPart » dPart wird vorgeschlagen, die zu zerfasernden Materialien gezielt entlang von Strukturgrenzen und/oder Zellwänden so zu beanspruchen, daß im Stengelquerschnitt zwischen den längs durchgehenden Leitbündeln mit hohen Anteilen von Faserzellen vorhandene Zonen geringerer Festigkeit (mit einem dominierenden Anteil von Parenchymzellen) bis zur teilweisen oder vollständigen Auflösung des Gefügeverbundes in radialer Richtung zu beanspruchen. Dies wird am besten dann erreicht, wenn man eine über mehrere Verfahrensstufen gesteigerte Druck- und Scherbeanspruchung aufbringt, und man gleichzeitig im Interesse der Ergebnisoptimierung eine quer zum Stengelaufbau angesetzte mechanische Beanspruchung sicherstellt.For the production of very long slender particles with 1 p rt »d part , it is proposed that the materials to be defibrated be strained in a targeted manner along structural boundaries and / or cell walls in such a way that there are fewer existing zones in the cross-section of the stem between the longitudinally continuous guide bundles with high proportions of fiber cells Strength (with a dominant proportion of parenchyma cells) until partial or complete dissolution of the structural bond in the radial direction. The best way to achieve this is to apply a pressure and shear stress that is increased over several process stages, and at the same time to ensure a mechanical stress applied across the stem structure in the interest of optimizing the results.
Diese Belastung kann als Druckaufbau zwischen 2 Zylindern oder einem Zylinder und einer ebenen Fläche nach den Hertz'schen Gleichungen berechnet werden, wobei die Belastung ausschließlich von den aufgebrachten Kräften, den elastischen und geometrischen Eigenschaften der bei Spaltweiten sSpaιt ≥ 0 mm aufeinander drückenden und gegenläufig zu bewegenden vorzugsweise als zylindrische Körper ausgebildeten Druck- und Scherbeanspruchungswerkzeuge abhängt.This load can be calculated as a pressure build-up between 2 cylinders or a cylinder and a flat surface according to the Hertzian equation, wherein the load solely by the applied forces, the elastic and geometric properties of the at gap widths s Spa ι t ≥ 0 mm successive pressing and in opposite directions to move preferably pressure and shear stress tools designed as cylindrical bodies.
Wie im Zusammenhang mit den vorstehenden Ausführungsbeispielen erläutert ist es vorteilhaft, wenn (im Gegensatz zu aus der Aufbereitungspraxis mineralischer Rohstoffe bekannten Mühle-Sichter-Kombinationen wie in DD 242.565 dargelegt) für die Klassierung der einzelnen nach Faserdicken- und/oder Faserlängen aufzuteilenden Faserfraktionen, die einzelnen Aufbereitungsprozessstufen möglichst geräteseitig und räumlich getrennt sind. Dadurch wird die für die Weiterverarbeitung der Fasern angestrebte technologisch vorteilhafte nadeiförmige Gestalt durch eine relativ schonende Behandlung innerhalb und zwischen einzelnen Aufbereitungsstufen sichergestellt. Zudem werden damit gleichzeitig unerwünschte Übermahlungseffekte minimiert. Weiterhin ist sichergestellt, daß ausgehend von natürlichen Faserzellenabmessungen des nachwachsenden Rohstoffes Bambus mit 0F < 15 30 μm und 1 mm < lF < 4 mm durch Variation maschinentechnischer und technologischer Parameter bei der Faserherstellung im einzelnen Querzerfaserungsaggregat und bei der Klassierung die vom Faseranwender vorgegebenen Faserparameter eingehalten und mit einem hohen Masseausbringen in die jeweils gewünschte(n) Faserdurchmesser- und/oder Faserlängenklasse(n) realisiert werden.As explained in connection with the above exemplary embodiments, it is advantageous if (in contrast to mineral raw materials from the processing practice) known mill-sifter combinations as set out in DD 242.565) for the classification of the individual fiber fractions to be divided according to fiber thickness and / or fiber length, the individual preparation process stages being separated as far as possible on the device side and spatially. As a result, the technologically advantageous needle-shaped shape sought for the further processing of the fibers is ensured by a relatively gentle treatment within and between individual preparation stages. It also minimizes undesirable over-grinding effects. Furthermore, it is ensured that, based on natural fiber cell dimensions of the renewable raw material bamboo with 0 F <15 30 μm and 1 mm <l F <4 mm, by varying machine-technical and technological parameters in the fiber production in the individual cross-fiberizing aggregate and in the classification, the fiber parameters specified by the fiber user adhered to and implemented with a high mass output in the desired fiber diameter and / or fiber length class (es).
Mit den im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 5 beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ist es somit möglich, den Rohstoff in Fasern/Faserbündel variabler Länge und Dicke vom Elementarfaserbereich (mit 0F < 15 ■*■ 30 μm bei 1 mm < lF < 4 mm) bis zum Faserbündel (mit 0FB < 0,05 * 2 mm und lFB < 500 ■*■ 700 mm) derart zu zerlegen, daß die Produkte weitgehend frei von nichtfasrigen Bestandteilen sind und nach dem Durchlauf durch die Aufbereitungslinie für den jeweiligen Einsatzzweck erforderliche Faserlängen- und Faserdickenverteilungen aufweisen.With the methods and devices described in connection with FIGS. 1 to 5, it is thus possible to obtain the raw material in fibers / fiber bundles of variable length and thickness from the elementary fiber range (with 0 F <15 ■ * ■ 30 μm at 1 mm <1 F < 4 mm) to the fiber bundle (with 0 FB <0.05 * 2 mm and 1 FB <500 ■ * ■ 700 mm) so that the products are largely free of non-fibrous components and after passing through the processing line for the Have the required fiber length and fiber thickness distributions for the respective application.
Damit wird ein Verfahren und eine Anordnung geschaffen, die als ganzheitliche verlustarme Aufbereitungslösung für die stufenweise zu erreichende zerfasernde Zerlegung des vorzerkleinerten Rohstoffes entlang natürlicher Strukturgrenzen bis zur Aufteilung in unterschiedliche Faser- bzw. Faserbündeldicken oder -längen und zur Aufteilung des Stoffstromes aus Partikeln unterschiedlicher Länge und Dicke in einzelne Faserbündeldicken- und/oder Faserbündellängenfraktionen geeignet sind.This creates a process and an arrangement which, as a holistic, low-loss processing solution for the gradual fiber-cutting of the pre-shredded raw material along natural structure boundaries up to the division into different fiber or fiber bundle thicknesses or lengths and for the distribution of the material flow from particles of different lengths and Thickness in individual fiber bundle thickness and / or fiber bundle length fractions are suitable.
Das obige überblicksartig zusammenfassend offenbart die obige Beschreibung unter anderem ein Verfahren zur Gewinnung von Naturfasern aus faserhaltigen nachwachsenden Rohstoffen, vorzugsweise Bambus und andere Gräser, mit der Absicht einer Zerlegung ganzer Halme oder Teilen davon in am Aufbau der pflanzlichen Leitbündel orientierte faserartige weiterverarbeitungsfähige Produkte großer Länge durch Zerlegung des Rohstoffes in Fasern/Faserbündel variabler Länge und Dicke vom Elementarfaser- bereich (mit 0F < 15 ■*■ 30 μm bei 1 mm < lF < 4 mm) bis zum Faserbündel (mit 0FB < 0,05 + 2 mm und lFB < 500 + 700 mm) derart, daß die Produkte weitgehend frei von nichtfasri- gen Bestandteilen sind und nach dem Durchlauf durch die Aufbereitungslinie für den jeweiligen Einsatzzweck erforderliche Faserlängen- und Faserdickenverteilungen aufweisen.Summarizing the above in an overview, the above description discloses, inter alia, a process for the production of natural fibers from fiber-containing renewable raw materials, preferably bamboo and other grasses, with the intention of breaking down whole stalks or parts thereof into fiber-like products of great length which are oriented towards the structure of the vegetable guide bundle Decomposition of the raw material into fibers / fiber bundles of variable length and thickness from the elementary fiber range (with 0 F <15 ■ * ■ 30 μm at 1 mm <l F <4 mm) up to the fiber bundle (with 0 FB <0.05 + 2 mm and l FB <500 + 700 mm) such that the products are largely free of non-fibrous components and, after passing through the preparation line, have the fiber length and fiber thickness distributions required for the respective application.
Zudem offenbart die obige Beschreibung auch ein Zerkleinerungsverfahren und eine Zerkleinerungsvorrichtung mit einem Aufgabesystem für die vorstehend genannten Rohstoffe, die für alle zu zerfasernden halmartigen Materialien insbesondere mit Hilfe von Leitblechen und Schwingfördereinrichtungen eine Ausrichtung des Aufgabegutes achsparallel zu den nachfolgenden Zerkleinerungs-/Zerfaserungswerkzeugen sicherstellt und durch eine quer zur Faserrichtung im Aufgabegut durch die walzenförmigen mit unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit rotierenden Zerkleinerungswerkzeuge aufgebrachte Druck- und Scherbeanspruchung dafür sorgt, daß ein hoher Anteil langer schlanker Zerfaserungsprodukte entsteht und der Anteil an abzutrennendem Feingut mit ungünstigen Verhältnissen von Ipart/dpart* möglichst klein bleibt.In addition, the above description also discloses a comminution method and a comminution device with a feed system for the above-mentioned raw materials, which ensures an alignment of the feed material axially parallel to the subsequent comminution / defibration tools for all straw-like materials to be defibrated, in particular with the aid of guide plates and vibratory conveying devices across the grain in the feed material by the roller-shaped crushing tools rotating at different circumferential speeds ensures that a high proportion of long, slender defibration products is created and the proportion of fines to be separated with unfavorable ratios of Ipart / dpart * remains as small as possible.
Weiterhin lehrt die obige Beschreibung ein Verfahren zur Zerfaserung vorzerkleinerter Hackschnitzel mit frei wählbaren Stücklängen im Bereich 50 mm < IHS ≤ 70 mm unter Verwendung eines aus mehreren (> 2) nacheinander angeordneten Walzenpaaren bestehenden (Quer-)Zerfaserungsaggregates, wobei die Faserausrichtung mit den Walzenachsen übereinstimmt, die einzelnen Walzenpaare des (Quer- )Zerfaserungsaggregates gegenläufig so angetrieben werden, daß sie mit gleicher oder unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit (bei möglichst stufenloser Drehzahlverstellung mit einem Schlupf von < + 50 %) betrieben werden können und die Einstellung des Spaltes zwischen den Walzen unabhängig voneinander bei jedem Walzenpaar erfolgen kann, wobei vorzugsweise die an sich bekannte Anordnung der Walzenpaare übereinander mit obenliegender Aufgabe und unten liegendem Abzug für das fertig zerfaserte Material zur Anwendung kommen soll und für die einzelnen Walzenpaare wegen der Einzugsbedingungen für das Aufgabegut eine Spalt-Verstellmöglichkeit für das erste Walzenpaar mit 1 mm < sSpaιt ≤ 3 mm, für das zweite Walzenpaar eine Spaltverstellbar- keit mit 0,5 mm < sSpaιt ≤ 1 mm und mit 0 mm < sSpaιt ≤ 0,5 mm für das dritte Walzenpaar vorzusehen sind, wobei das Austragsgut nach der letzten Walzenstufe über einen die Walzenbreite abdeckenden Abzug, der z.B. als Stetigförderer oder als Gurtbandförderer ausgeführt werden kann, in eine Bunkertasche aufgegeben wird, um von hier aus mittels bekannter technischer Einrichtungen wie Zellenradschleuse, Doppelpendelklappe oder Injektordüse in eine an sich bekannte Windsichtungsanlage eingespeist und dort klassiert zu werden.Furthermore, the above description teaches a method for fiberizing pre-shredded wood chips with freely selectable piece lengths in the range of 50 mm <IH S ≤ 70 mm using a (cross) fiberizing unit consisting of several (> 2) roller pairs arranged one after the other, the fiber alignment with the roller axes agrees, the individual pairs of rollers of the (transverse) defibration unit are driven in opposite directions so that they can be operated with the same or different peripheral speeds (with the most infinitely variable speed adjustment with a slip of <+ 50%) and the setting of the gap between the rollers independently of one another can take place with each pair of rollers, preferably the known arrangement of the pairs of rollers one above the other with overhead task and deduction at the bottom should be used for the finished defibrated material and for the individual pairs of rollers because of the feed conditions for the feedstock mm a gap-adjustment of the first roller pair with 1 mm <s ≤ 3 ιt Spa, for the second roller pair a Spaltverstellbar- ness of 0.5 mm <s Spa ιt ≤ 1 mm and 0 mm <s ≤ Spa ιt 0.5 mm must be provided for the third pair of rollers, the material to be discharged after the last roller stage via a deduction covering the roller width, for example as a continuous conveyor or as a belt conveyor can be carried out, placed in a bunker bag, from where it can be fed into a known air classifier and classified there by means of known technical devices such as cellular wheel sluice, double pendulum flap or injector nozzle.
Außerdem ist in der obigen Beschreibung ein Verfahren zur Zerfaserung von frei längenwählbaren Rohbambus-Aufgabescheiten mit lScheit ≤ 600 mm zur Querzerfaserung beschrieben mit dem Ziel, einen möglichst hohen Anteil langer schlanker Fasern mit 0,1 mm < dF < 1 mm auszubringen, wobei ein gleichzeitigen Parallelbetrieb einer belüfteten Grobzerfaserungsmühle an sich bekannter Bauart wie z.B. eine Prallmühle, und des vorstehend beschriebenen Walzenzerfaserungsaggrega.es vorgesehen ist, derart, daß durch den gegen die Umgebungsluft abgeschlossenen Mahlraum der zur Grobzerfaserung eingesetzten Mühle dort entstehende Aufbereitungsprodukte pneumatisch abgefördert und der Windsichtung zugeführt werden, während gleichzeitig die in unterschiedlichen Phasen des Walzenzerfaserungsprozesses anfallenden feinteiligen Partikel mit dF < 0,1 mm entsprechend ihren unterschiedlichen granulometrischen Eigenschaften auch dort gemeinsam mit den Fraktionen aus der Prallzerfaserung klassiert und separiert werden, gleichzeitig aber die aus den Scheiten herzustellenden Langfasern zur Feingutabtrennung und zur Aushaltung nichtfasriger Partikel einer Behandlung auf einem Luftstrahlsieb oder auf einem Luftherd an sich bekannter Bau- und Benutzungsart unterzieht, wozu die aufzugebenden Langfasern mit der Zielstellung ihres mechanischen Transportes bis zu einer an sich bekannten Abpackeinrichtung und der gleichzeitigen Fehlkornabtrennung einem mit Leitbahnen und Langlochsiebblechen ausgestatteten Siebboden aufgegeben werden, der außerdem mit verstellbaren Luftstrahldüsen zur Ab- reinigung der Langfasern versehen ist und sicherstellt, daß das Feingut aus dem Luftstrahlsieb oder dem Luftherd zusammen mit dem Austragsgut aus der Prallmühle dem Windsichter zugeführt und gemeinsam klassiert wird.In addition, in the above description, a method of fiberizing free length selectable Rohbambus task logs with l Sc is ≤ 600 mm for Querzerfaserung described with the aim to apply mm a very high proportion of long slender fibers with 0.1 mm <d F <1, a simultaneous parallel operation of a ventilated coarse fiber mill of a known type, such as an impact mill, and the above-described roller fiberizing aggregate is provided, such that the grinding products of the mill used for coarse fibering, which are sealed off from the ambient air, are pneumatically conveyed to the processing products and conveyed to the wind classifier are classified, while at the same time the fine particles with d F <0.1 mm occurring in different phases of the roll fiberization process are classified there together with the fractions from the impact fiberization according to their different granulometric properties be separated, but at the same time subject the long fibers to be produced from the billets for fines separation and for the retention of non-fibrous particles to a treatment on an air jet sieve or on an air cooker of known construction and use type, for which purpose the long fibers to be abandoned with the aim of their mechanical transport up to one Known packing device and the simultaneous separation of false grain are given to a sieve bottom equipped with guideways and elongated sieve plates, which is also provided with adjustable air jet nozzles for cleaning the long fibers and ensures that the fine material from the air jet sieve or the air source together with the discharge material from the impact mill Air classifier is fed and classified together.
Die obige Beschreibung offenbart zudem eine Querzerfaserungsvorrichtung für faserhal- tiges Aufgabematerial variabler Länge mit mehreren, jedoch mindestens zwei nach- und/oder übereinander angeordneten Walzenpaaren gleichem oder unterschiedlichen Durchmessers, mit dem zugehörigen vorstehend beschriebenen Aufgabesystem vor dem ersten Walzenpaar (der ersten Walzenstufe) und Weiterleitungseinrichtungen nach der jeweiligen Walzenstufe für die ebenfalls achsparallel zu den Walzenachsen erforder- liehe Wiederaufgabe des Zerfaserungsgutes vor der nächsten Walzenstufe bzw. nachfolgenden anderen Fasertransport- und/oder -behandlungseinrichtungen.The above description also discloses a cross-fiberizing device for fiber-containing feed material of variable length with several, but at least two roller pairs of the same or different diameter arranged one after the other and / or one above the other, with the associated feed system described above in front of the first roller pair (the first roller stage) and forwarding devices according to the respective roller stage for the axially parallel to the roller axes the reprocessing of the defibration material before the next roller stage or subsequent other fiber transport and / or treatment devices.
Die Beschreibung lehrt zudem ein Antriebssystem für die einzelnen Walzenpaare des Zerfaserungsaggregates, wobei die zusammengehörenden Walzen gleich- oder gegenläufig rotieren und mit gleicher oder unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit bei möglichst stufenloser Drehzahlverstellung mit einem Schlupf von < + 75%, vorzugsweise < + 50 %, betrieben werden können und die Einstellung des Spaltes zwischen den Walzen unabhängig voneinander bei jedem Walzenpaar erfolgen kann.The description also teaches a drive system for the individual pairs of rollers of the fiberizing unit, the rollers belonging together rotating in the same or opposite directions and being able to be operated at the same or different peripheral speeds with the most infinitely variable speed adjustment with a slip of <+ 75%, preferably <+ 50% and the gap between the rollers can be adjusted independently of each pair of rollers.
Zudem wird eine senkrecht oder schräg versetzte Anordnung der Walzenpaare übereinander mit obenliegender Aufgabe entsprechend der Walzenpaaranordnung und unten liegendem Abzug für das fertig zerfaserte Material beschrieben, wobei für alle Walzenpaare unabhängig voneinander hinsichtlich der Breite des Spaltes zwischen den Walzen seine Verstellbarkeit sicherzustellen ist.In addition, a vertically or obliquely offset arrangement of the roller pairs one above the other with an overhead task corresponding to the roller pair arrangement and deduction at the bottom for the finished defibrated material is described, whereby for all roller pairs its adjustability must be ensured independently of one another with regard to the width of the gap between the rollers.
Diese Verstellbarkeit des Walzenspaltes ist derart ermöglicht, daß das oberste (erste) Walzenpaar eine Spalt-Verstellmöglichkeit 1 mm < sSpaιt ≤ 3 mm aufweist, während für das zweite Walzenpaar 0,5 mm < sSpaιt ≤ 1 mm und 0 mm < sSpaιt ≤ 0,5 mm für das dritte Walzenpaar konstruktiv vorgesehen sind.This adjustability of the nip is provided so that the uppermost (first) roller pair a gap adjustment 1 mm <s Spa ιt ≤ 3 mm, while mm for the second roll pair 0.5 mm <s Spa ιt ≤ 1 mm and 0 < s Spa ιt ≤ 0.5 mm are provided constructively for the third pair of rolls.
Weiterhin ist die Möglichkeit der fein- und mehrstufigen Verstellbarkeit des Walzenspaltes bis auf technologisch wirksame Spaltweiten s ≤ 0,1 mm für die Feinstzerfaserung durch quer zur Faserrichtung stattfindende Druck- und Scherbeanspruchung von Bambus und/oder anderen Gräsern als Voraussetzung für textile Anschlussverarbeitungs- technologien der Fasern offenbart.Furthermore, the possibility of fine and multi-stage adjustability of the roller gap up to technologically effective gap widths s ≤ 0.1 mm for the finest defibrillation due to pressure and shear stress on bamboo and / or other grasses that is transverse to the fiber direction is a prerequisite for textile connection processing technologies Fibers revealed.
Außerdem lehrt die obige Beschreibung eine Kombination einzelner Walzenstufen mit nach- und/oder zwischengeschalteten Zerfaserungsunterstützungssystemen in Gestalt von mit verstellbarer Umfangsgeschwindigkeit rotierenden Stachel - oder Bürstenwalzen mit auf die Feinheit der zu erzielenden langfasrigen Partikeln abgestimmten Stachel- und/oder Bürstenbestückungen aus kohlenstoffhaltigen Stahldraht oder aus anderen hochelastischen Metallen wie CrNiFe-Legierungen, mit hochelastischen Noppen aus Gummi und/oder Polyurethan und/oder hochelastischen thermoplastischen Kunststoffborsten aus Polyamiden. Ebenfalls lehrt die obige Beschreibung eine nachgeschaltete Vorrichtung zur mechanischen Nachbehandlung von Langfasern, wobei Bürstenwalzen nach einem oder mehreren für die Querzerfaserung eingesetzten Walzenpaaren angeordnet werden, um durch spezielle Oberflächengestaltungen wie Noppen, Stifte, Bürsten u.a.m., durch geometrische Anordnungen wie Achslagen, Neigungswinkel und Abstände der Bürstenwalzen von dem einen Walzenspalt verlassenden dichten Faserstrom sowie durch unterschiedliche Betriebsweisen mit veränderlichen Drehzahlregime, einer durchsatzabhängigen Anpresskraftverstellung und/oder einem Vibrationseffekt auf der Materialschurre den ggf. nicht genügend in Einzelfaserbündel aufgelösten Aufgabegutstrom entsprechend dem vorher erreichten Querzerfaserungseffekt weiter aufzulösen.In addition, the above description teaches a combination of individual roller stages with downstream and / or intermediate defibration support systems in the form of spike or brush rollers rotating at an adjustable circumferential speed with spike and / or brush assemblies made of carbon-containing steel wire or other, which are matched to the fineness of the long-fiber particles to be achieved highly elastic metals such as CrNiFe alloys, with highly elastic nubs made of rubber and / or polyurethane and / or highly elastic thermoplastic synthetic bristles made of polyamides. The above description also teaches a downstream device for the mechanical aftertreatment of long fibers, brush rollers being arranged after one or more pairs of rollers used for transverse fiberization, in order to achieve special surface designs such as knobs, pins, brushes, etc., geometric arrangements such as axial positions, inclination angles and spacing of the Brush rollers from the dense fiber stream leaving a roller nip as well as through different operating modes with variable speed regimes, a throughput-dependent contact force adjustment and / or a vibration effect on the material chute further dissolve the feed material flow, which may not be sufficiently broken down into individual fiber bundles, according to the cross-fraying effect previously achieved.
Gleichermaßen lehrt die obige Beschreibung eine Anordnung zum Austrag der Langfasern, wobei die achsparallele Ausrichtung der Zerfaserungswalzen, der Bürstenwalzen und der Rohmaterialzufuhr notwendig sind für das Herstellen langer faserhaltiger Partikel und wobei die Weiterleitung der Zerfaserungsprodukte mit gleicher Richtungsorientierung die Voraussetzung dafür ist, einen hohen Anteil langfasriger Zerfaserungsprodukte zu erhalten und gleichzeitig noch lose anhaftende kurzfasrige bzw. faserfreie Partikel abzustreifen und abzuführen.Likewise, the above description teaches an arrangement for discharging the long fibers, wherein the axially parallel alignment of the fiberizing rollers, the brush rollers and the raw material supply are necessary for the production of long fiber-containing particles and the forwarding of the fiberizing products with the same directional orientation is the prerequisite for a high proportion of long-fiber To obtain defibration products and at the same time to strip off and remove loosely adhering short-fiber or fiber-free particles.
Zudem wird ein Verfahren für die technologische Weiterverwendung der hergestellten langen Faserbündel zur Herstellung von dünnen Vliesen mit ggf. nachfolgender Rovingbildung auf einer an sich bekannten Krempelmaschine oder einem an sich bekannten Vlieslegeaggregat mit vorgelagerter aerodynamischer Vermischung gelehrt, wobei bei zunehmender Feinheit der Querzerfaserungsprodukte mit 0,1 mm < dPart ≤ 0,5 mm immer dünnere Vliese und/oder daraus herzustellende Rovings erzeugbar sind und wobei ggf. analog zu den Praktiken der chemischen und/oder physikalischen Faseπtorbehandlung bei der Garnherstellung aus Hanffasern als textiltechnisches Vormaterial sich eine zusätzliche Oberflächenbehandlung der Querzerfaserungsprodukte, z.B. bestehend aus den Stufen NaOH-Behandlung, Wäsche und Trocknung, anschließt.In addition, a method for the technological further use of the long fiber bundles produced for the production of thin nonwovens with possibly subsequent roving formation on a known carding machine or a known nonwoven laying unit with upstream aerodynamic mixing is taught, with increasing fineness of the cross fiberization products with 0.1 mm <d Part ≤ 0.5 mm, ever thinner nonwovens and / or rovings to be produced therefrom can be produced, and where appropriate analogous to the practices of chemical and / or physical fiber treatment in the manufacture of yarn from hemp fibers as a textile material, there is an additional surface treatment of the cross fiberization products, eg consisting of the NaOH treatment, washing and drying stages.
Die derart behandelten langen Faserbündel können als Vormaterial zur Vlies- und/oder Rovingherstellung verwendet werden, wobei diese zur Herstellung von Prepregs in Gestalt von leinwandartig gewebten und/oder gelegten Flächen- und/oder Bändermaterialien (z.B. unidirektionale und multiaxiale Gelege mit unterschiedlichen Bindungen wie Kleben, Vernähen u.a.) zum Einsatz kommen können. Zudem wird die Verwendung von o.g. Rovings als Zusatzmaterial für die an sich bekannte Herstellung von faserhaltigen Thermoplast-Compounds, bei der Herstellung duroplastischer faserverstärkter Produkte (Behälter, Leitbleche u.a.m.) mittels Faser-Harz- Niederdruckspritzen und bei der Herstellung von langfasrigen Thermoplast-Compounds für die an sich bekannte und bisher nur Glasfasern vorbehaltene LFT-Technologie (Long Fiber Thermoplastics) offenbart.The long fiber bundles treated in this way can be used as primary material for the production of nonwovens and / or rovings, these being used for the production of prepregs in the form of canvas-like woven and / or laid sheet and / or ribbon materials (for example unidirectional and multiaxial fabrics with different bindings such as adhesive) , Sewing etc.) can be used. In addition, the use of the above rovings as an additional material for the known production of fiber-containing thermoplastic compounds, in the manufacture of thermosetting fiber-reinforced products (containers, baffles, etc.) using fiber-resin low-pressure spraying and in the manufacture of long-fiber thermoplastic compounds for the LFT technology (Long Fiber Thermoplastics) known per se and previously only reserved for glass fibers.
Mit den vorstehend beschriebenen Verfahren wird also eine ganzheitliche verlustarme Aufbereitungslösung von der Aufgabe des Rohstoffes über seine stufenweise zu erreichende zerfasernde Zerkleinerung bis zur Aufteilung in unterschiedliche Faser- bzw. Faserbündeldicken oder -längen geschaffen, die geeignet ist zur überwiegenden Zerlegung des Rohstoffes entlang natürlicher Strukturgrenzen und zu einem hohen Anteil von Partikeln mit lF/dF- Verhältnissen > 100 im Austragsgut führt, wobei in Abhängigkeit von der herzustellenden größten Partikellänge das vorzerkleinerte Aufgabegut, vorzugsweise Bambus, einem mit verstellbaren Walzenspalten und variabler Drehzahl einzelner Walzen ausgestatteten mehrstufigen Walzenstuhl aufgegeben und zwischen den Walzen durch Druck- und Scherbelastung beansprucht wird, und wobei als technologische Voraussetzung die Parallelität der Zerkleinerungswalzen und der längsorientierten Leitbündel im Aufgabegut eingestellt wird. With the methods described above, a holistic, low-loss processing solution is created, from the task of the raw material through its gradual shredding to the division into different fiber or fiber bundle thicknesses or lengths, which is suitable for the predominant decomposition of the raw material along natural structural boundaries and leads to a high proportion of particles with l F / d F ratios> 100 in the discharge material, whereby depending on the largest particle length to be produced, the pre-comminuted feed material, preferably bamboo, is given to a multi-stage roller mill equipped with adjustable roller gaps and variable speed of individual rollers and between the rollers are subjected to pressure and shear stress, and the parallelism of the shredding rollers and the longitudinally oriented guide bundle in the feed material is set as a technological requirement.
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| AU2002361044A1 (en) | 2004-06-30 |
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