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EP0971065A2 - Verfahren und Anordnung zur Gewinnung von Naturfasern, insbesondere Bambusfasern, die den Zweck der Verstärkung erfüllen - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Gewinnung von Naturfasern, insbesondere Bambusfasern, die den Zweck der Verstärkung erfüllen Download PDF

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Publication number
EP0971065A2
EP0971065A2 EP99112805A EP99112805A EP0971065A2 EP 0971065 A2 EP0971065 A2 EP 0971065A2 EP 99112805 A EP99112805 A EP 99112805A EP 99112805 A EP99112805 A EP 99112805A EP 0971065 A2 EP0971065 A2 EP 0971065A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fiber
stage
water
bamboo
fine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99112805A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0971065A3 (de
Inventor
Lothar Dr.-Ing. Rauer
Johannes Dr.-Phil.Ph Wilhelm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Foundation For Development Aid Acp-Eec Asbl
Original Assignee
Rauer Lothar Dr-Ing
WILHELM JOHANNES DR PHIL PH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rauer Lothar Dr-Ing, WILHELM JOHANNES DR PHIL PH filed Critical Rauer Lothar Dr-Ing
Publication of EP0971065A2 publication Critical patent/EP0971065A2/de
Publication of EP0971065A3 publication Critical patent/EP0971065A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
    • 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
    • D—TEXTILES; PAPER
    • 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
    • D01B1/50—Obtaining fibres from other specified vegetable matter, e.g. peat, Spanish moss
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of extraction and Treatment of natural fibers from fibrous, natural thus renewable raw materials, especially from bamboo materials, which as Reinforcing materials in the most commonly used at the moment Matrix substances should be suitable.
  • Fiber material is well known as both an inorganic and an organic material for reinforcing a wide variety of matrix substances, and thus also many of the products that can be made from these materials, for example DE 36 14 533 and DE 39 27 777 and many more
  • the existence and development of the technical literature in this field shows that the professional world has paid little or no attention to the extraction, processing and further processing of bamboo fibers. Technological development has so far dealt with organic fillers and reinforcing materials using traditional fiber materials that are predominantly European.
  • organic fibers of synthetic origin for reinforcement sometimes it is appropriate to use organic fibers of synthetic origin for reinforcement.
  • Synthetic fibers with fiber diameters d F 5 ⁇ m ⁇ d F ⁇ 50 ⁇ m are being used more and more.
  • different goals are pursued, e.g. short glass fibers with l F / d F ⁇ 10 for the reinforcement of very soft thermoplastics and long glass fibers with l F / d F ⁇ 1000 for the reinforcement of brittle thermosets.
  • synthetic textile or glass fibers in the case of prefabricated thin-walled concrete products instead of previously used asbestos fibers have made it possible to significantly improve important usability properties such as mechanical strength and flexural strength, whereby, for example, acquisition costs of 3.00-4.00 DM / kg for short glass fibers have so far been used in large numbers Limited materials.
  • bamboo thus significantly outperforms all domestic fiber plants if it is assumed that such fibers or fiber bundles of different lengths and thicknesses will normally be larger than the woody bamboo fiber cells that are technologically important for further processing ⁇ m in dimensions with diameters d Z, wall thicknesses and lengths ⁇ 6 ⁇ m s Z l tot ⁇ 1.300-4.300 ⁇ m.
  • the mechanical resilience of many economically interesting bamboo genera or species such as Bambusa, Arundinaria, Phyllostachys and Fargesia is relatively large, especially the absorbable bending stress.
  • bamboo for example, coniferous woods are dominated by the up to 140% higher bending strength and the up to 85% higher tensile strength.
  • tensile stress in which, for example, the average tensile strength values of hemp fibers are exceeded by a factor of 3-4 and of flax fibers by a factor of 2-3 by bamboo fiber bundles.
  • the raw bamboo with the delivery dimensions length 1 ⁇ 1.0 m and diameter d ⁇ 0.15 m is fed to the pre-shredding 1, which can be designed, for example, as a slow-moving cutting unit with upstream rollers that improve the intake.
  • the pre-shredding 1 which can be designed, for example, as a slow-moving cutting unit with upstream rollers that improve the intake.
  • There it is sold in piece sizes of max. 5 cm disassembled and then fed to the feed wash 2.
  • This laundry is charged with circulating water 3 from complex water purification 5 and with raw water 6 from mechanical water purification 7, for example in a ratio of 1: 1, plus an adequate supply of fresh water 19.
  • the feed wash 2 causes the impurities that may be attached to the surface to be separated off, for example from plant protection and / or preservation measures and prevents possible carryover of chemicals into the fiber extraction process.
  • the wastewater 4 is returned to the complex water purification system 5, which is designed on the plant side in a manner known per se and is to be operated according to known methods for separating pollutants from contaminated waters.
  • the washed feed material then passes into the plasticization 9, which is preceded by the coarse fiberization 11 and is subjected to wet steam / saturated steam 8, which is designed as a continuous reactor and feeds directly into the feed area of the subsequent coarse fiberization unit 11.
  • wet steam / saturated steam 8 which is designed as a continuous reactor and feeds directly into the feed area of the subsequent coarse fiberization unit 11.
  • the condensate 10 from the plasticization 9 is considered to be contaminated with non-fibrous bamboo constituents and, after the solids separation, in which residues 12 to be disposed of are incurred and carried away, is designed in a water purification device 7 known per se, for example as a lamella or inclined pipe clarifier, a heat exchanger for waste heat utilization 13 fed.
  • the cleaned raw water 6 is returned to the feed wash 2.
  • the moist material given up by the plasticizing 9 directly into the application area of the coarse fiberization 11, which preferably works according to a modified extrusion principle with a mechanical construction known per se, is heated to temperatures> 100 ° C. by the pressing action of the screws of the extruder, so that this is up to water that has penetrated the plant cells begins to boil.
  • the coarse fiberization stage 11 leads to an order of magnitude in the achievable fiber length l F of approximately 20 mm.
  • the fibers with l F 20 20 mm are discharged as finished goods 15 from the current dryer 14 known per se.
  • the raw bamboo is also fed to the pre-shredding 1 with the delivery dimensions length 1 1.0 m and diameter 0 0.15 m.
  • further plasticization and thus further loosening of the grown bamboo structure is carried out at a process chamber pressure of 6 bar and a process temperature of approx. 150 ° C.
  • the coarse fiberization according to embodiment 1 with its result of the fiber length l F of approx. 20 mm is followed by a fine fiberization 20. This fine fiberization is provided as a high-speed disk mill.
  • the fine fiberization stage 20 leads to an order of magnitude in the achievable fiber length l F of approximately 1 mm. After the fine fiberization stage 20, the material flow reaches the power dryer 14. The fibers with l F ⁇ 1 mm are discharged as finished goods 15. Fibers with excess length l F > 1mm 16 are separated in the current dryer and fed back to the extruder in the fine fiberization 20 for gentle subsequent comminution.
  • wood chips In the pre-shredding process, easily manageable wood chips are to be produced on machines known per se, such as guillotine shears or drum chippers. It is essential that the pre-shredding by suitable devices ensures the extraction of pre-shredded bamboo pieces, hereinafter referred to as wood chips, with variable wood chip lengths.
  • wood chips In the subsequent preparation process, bamboo fibers / bamboo fiber bundles with a maximum length specified by the fiber application and variable fiber bundle length distribution are to be obtained therefrom.
  • the wood chips which are washed into the coarse fiberization before the task, are metered into a known percussion or chip mill, captured in the mill by a strong air stream and thrown specifically against the knives arranged tangentially in the air stream and rotating at high speed.
  • the undersize for example with a largest diameter d F ⁇ 1 mm
  • the oversize for example with a smallest diameter d F ⁇ 2 mm
  • the finished product for example with 1 mm ⁇ d F ⁇ 2 mm
  • the subsequent dry fine fiberization of the oversize fraction e.g.
  • d F ⁇ 2 mm can be implemented depending on the fiber length spectrum to be manufactured using equipment known per se, such as a disk mill, with the help of a screw extruder or in the air flow of a micro-vortex mill may be combined with a solid separation, a fine fiber classifier and an additional fine fiber bunker.
  • This exemplary embodiment relates to the results of the one-step defibration of dry bamboo chips in a chip mill of a design known per se (see above).
  • Table 1 shows the fiber length distribution for 3 different mill settings (variation of the sieve plate geometry with 10 mm x 10 mm, 30 mm x 3 mm and 80 mm x 8 mm) when extracting bamboo fibers and gives an extract from the possible range of variations qualitative and quantitative properties of the fiber bundle-shaped products.
  • pre-dried bamboo sticks (length ⁇ 2 m, thickness ⁇ 15 cm) in a pre-shredding device designed as a drum chipper dismantled to the size of the feed piece with a length of ⁇ 3 cm. Then you give the pre-shredded dry bamboo pieces, in the further chips called that with different shredding tools and Classification facilities equipped defibrillation unit.
  • the chosen form of result description with sieve analysis is neither represents a real grain size - nor a real fiber length distribution; it only those that appear after a long sieving time (t ⁇ 10 min) Indifference classes described.
  • a slow-running twin-screw extruder (screw speed ⁇ 100 min -1 , free exit cross-section approx. 50%) was used to defibrate moist bamboo chips (l tot ⁇ 30 mm, input moisture ⁇ ⁇ 30%) and the results achieved with a single-stage defibration compared the same feed material in a chip mill with discharge sieve 8 mm x 8 mm.
  • the total fiberization of the bamboo chips in a twin-screw extruder with a mechanical design known per se is carried out in such a way that the damp material which is fed in is heated to temperatures> 100 ° C.
  • the extruder discharge material is fed to a classifying device, preferably a vibrating screen that is coupled with a drying device in terms of process technology, for the separation of coarse material.
  • a classifying device preferably a vibrating screen that is coupled with a drying device in terms of process technology, for the separation of coarse material.
  • fiber lengths l F 20 20 mm were aimed at, so that excess lengths discharged from the extruder with l F 20 20 mm had to be separated and fed back to the extruder for gentle re-comminution.
  • the combination according to the invention can be found in this exemplary embodiment mechanical fiber processing with fiber drying again. It is to distinguish that it can be useful on the one hand, the rod-shaped Raw bamboo already at the producer for storage and transport reasons before its coarse shredding to a residual moisture content of approx. 12 - 15% pre-dry. On the other hand, it is because of the dust development Size reduction and because of the lower wear effect of moist Raw bamboo is advantageous in cutting processing machines, Set input moisture content> 20%. Such moisture values are because the associated agglomeration tendency, especially the finer bamboo fibers in the subsequent classification, especially on Vibrating screens of various designs, very disadvantageous. Also the Storage and transportability of all manufactured bamboo products through such Humidity values adversely affected. This is definitely the narrow one There is a connection between mechanical bamboo processing and drying.
  • the rod-shaped, fibrous, organic raw material preferably the bamboo already described above, is given up in all process examples, which is technologically the same, but adjustable with respect to the length of the products to be obtained. It may be advantageous to arrange the feed wash 2 contained in other examples as a humidification section before the pre-shredding 1 (not included in FIG. 4). After the pre-shredding 1, the feed material to be shredded reaches a known high-speed coarse shredding stage 11 and is discharged after discharge from this downstream classification stage 16.1, primarily as a multi-deck sieve known per se.
  • the fine material 21 which is still discharged (for example d F ⁇ 2 mm) is fed to a downstream classification 16.2 via the drying unit 14 for division into further fiber fractions (21.1; 21.2; 21.3).
  • Both classification levels 16.1 and 16.2 should be equipped with one or more multi-deck screening machines, each equipped with screen cleaning devices such as pounding bottoms.
  • the oversize grain 23 is fed into a fine fiberization 20, preferably designed as a disk mill with a grinding gap that can be adjusted to about 0.2 mm.
  • the fine material 21 already obtained in the coarse fiberization stage 11 depending on the crushing and classifying tools installed there and the discharge material 24 of the above-mentioned fine fiberization 20 are combined (supply of material from 16.1 in accordance with the dotted arrow direction before item 14) or separately from the switchable, subsequent drying 14 supplied for fines.
  • the dryer design as a current or layer dryer results from the fine grain mass fraction ⁇ 0.5 mm and should in particular exclude operating conditions at risk of dust explosion.
  • the possibility of switching on a device known per se that is suitable for drying fine material can be very useful if too high a feed moisture content (eg water content> 15%) impairs the sieve classification due to agglomeration effects of the sieved material 21, 24.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Gewinnung und Behandlung von natürlichen Fasern aus faserhaltigen, natürlichen somit nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere aus Bambusmaterialien, die als Verstärkungsmaterialien in den derzeit am häufigsten angewandten Matrixstoffen geeignet sein sollen. Es liegt der Erfindung die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die die gesamtheitliche technische Lösung einer Zerkleinerung des Aufgabegutes entlang der Strukturgrenzen mit einem hohen Anteil von Bestandteilen im Länge/Durchmesser-Verhältnis >100 im Austragungsgut bewirkt. Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, daß beliebige, auf Rieselfähigkeit vorzerkleinerte, faserhaltige, organische Materialien, insbesondere jedoch Bambus, einem ein- und/oder mehrstufigen Behandlungsprozeß, bestehend aus einer Waschstufe, einer Druckbedampfung oder einer zuschaltbaren Wäsche, einem Zerkleinerungsvorgang und einer nachgeschalteten Klassierstufe, unterzogen werden. Erhalten werden als Fertiggut je nach Verfahrensweise und -bedingungen Fasern mit lF<=60 mm oder beispielsweise dF<=1-2 mm. Es sind sowohl naß-trocken wie auch ausschließlich trocken arbeitende Verfahrensabfolgen vorgesehen. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Gewinnung und Behandlung von natürlichen Fasern aus faserhaltigen, natürlichen somit nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere aus Bambusmaterialien, die als Verstärkungsmaterialien in den derzeit am häufigsten angewandten Matrixstoffen geeignet sein sollen.
Fasermaterial ist als anorganisches wie auch als organisches Material zur Verstärkung verschiedenster Matrixstoffe hinlänglich bekannt, somit auch viele der aus diesen Materialien darstellbaren Produkte, dazu z.B. DE 36 14 533 und DE 39 27 777 u.v.a.m.
Der Bestand und die Entwicklung der technischen Literatur auf diesem Fachgebiet läßt erkennen, daß die Fachwelt bisher keine bzw. kaum Aufmerksamkeit der Gewinnung, Aufbereitung und Weiterverarbeitung von Bambusfasern geschenkt hat. Die Technikentwicklung befaßte sich bisher im Bereich der organischen Zusatz- und Verstärkungsmaterialien mit nach überwiegend europäischem Verständnis traditionellen Faserstoffen.
Als eine der ersten Zusatz- bzw. Verstärkungsmaterialien wurden Papiere und Textilbestandteile, ihrer Herkunft nach organische Materialien, eingesetzt. Da dies gleichermaßen für Holzmehl zutrifft und diese Zusatzkomponenten zum Matrix-Material allgemein anerkannter Wissensstand sind, bedarf es dazu keiner, dies belegender Nachweise. Der Einsatz dieser Materialarten behob den zum Zeitpunkt des Entstehens der ersten Kunststoffe vorherrschenden Mangel der nicht ausreichenden Festigkeit des eigentlichen Kunststoffes beim Gebrauch. Im Bestreben der Kunststoff- und allgemeinen Technikentwicklung, Werkstoffe zu schaffen, bei denen einerseits mit wertvollem Matrix-Material sehr rationell umgegangen wird, andererseits aber die Produkteigenschaften dem jeweiligen Verwendungszweck möglichst optimal angepaßt werden, z.B. durch Fasereinlagen aus sehr unterschiedlichen organischen oder anorganischen Stoffen, hierzu wären beispielsweise DE 36 14 533 oder DE 39 27 777 zu benennen.
Verstärkungsfasern selbst, die Herstellung von Verstärkungsfasern, wie auch die Einarbeitung in bzw. die Verarbeitung dieser Fasern mit Kunststoffen sind kostenaufwendig, teilweise zeitaufwendig und kompliziert handhabbar, so z.B. die Verstärkung mit Kohlenstoffasern oder Whyskern. Die Anwendung dieser vorgenannten Fasern, so aber auch die weitverbreitete Glasfaserverstärkung, verbrauchen unwiederbringlich natürliche Ressourcen. Für bestimmte Anwendungsfälle erscheinen die mit vorgenannten Verstärkungsmaterialien erreichbaren Qualitäten und Eigenschaftswerte, insbesondere die physikalisch-mechanischen, unnötig bzw. unangepaßt hoch. Mitunter ist es angebracht, organische Fasern synthetischer Herkunft zur Verstärkung einzusetzen. Aber auch diese Fasergruppe verbraucht unwiederbringlich Naturressourcen, sind bei ihrer Herstellung in der Regel mit schädigenden Belastungen für Mensch und Umwelt verbunden und gleichfalls kosten- und zeitintensiv, meistenteils auch energieintensiv in der Grundstoff- und Faserherstellung. Wenn bestimmte Eigenschaftswerte, die vorgenannte Fasern als Verstärkungsmaterial bewirken, nicht unbedingt bis zur Grenze ausgenutzt werden müssen, sondern Eigenschaftswerte im geringeren/niederen Niveau durchaus zur Erfüllung des erforderlichen Gebrauchswertes ausreichen, kann es auch angebracht erscheinen, organische Fasern natürlicher Herkunft als Verstärkung einzusetzen. Diese aus der Natur stammenden Fasern, wie z.B. Hanf, Jute, Baumwolle, Flachs (hierzu z.B. Flachs - eine nachwachsende Verstärkungsfaser für Kunststoffe ?, Th. Fölster und W. Michaeli, Kunstetsoffe 83, 1993, 9, Carl Hanser Verlag München), Holz oder Wolle verbrauchen nicht irreversibel Naturressourcen, sondern wachsen ständig nach. Sie stehen aber naturgemäß nur in beschränktem Maße zur Verfügung, da sie bis zur Nutzbarkeit relativ lange Nachwachszeiträume bzw. längere Vegetationsperioden erfordern. Für hohe Aufkommen müßten daher große Anbauflächen in den jeweils erforderlichen Klimabereichen der Erde zur Verfügung stehen. Auch ergäben sich durch, dann monokulturelle Bewirtschaftung des zur Verfügung stehenden Landes, gesellschaftliche wie auch klimatische und ökologische Negativauswirkungen.
Da es im Bestreben der Technikentwicklung lag und liegt, Werkstoffe zu schaffen, bei denen einerseits mit wertvollem Matrixmaterial sehr rationell umgegangen wird, andererseits aber die Produkteigenschaften dem jeweiligen Verwendungszweck möglichst optimal angepaßt werden, eben z.B. durch Fasereinlagen aus sehr unterschiedlichen organischen oder anorganischen Stoffen, ist die Verwendung von festigkeitserhöhenden Zusatzmaterialien für Verbundwerkstoffe insbesondere in der Kunststofftechnik und zunehmend im Bauwesen als weit entwickelter Stand der Technik anzusehen, dazu Ehrenstein, G.W., "Faserverbund-Kunststoffe Werkstoffe, Verarbeitung, Eigenschaften", Hanser-Verlag, München, 1992 und DBV-Merkblätter Faserbeton mit Merkblatt "Technologie des Stahlfaserbetons ..." (Fassung 06/1992) und Merkblatt "Bemessungsgrundlagen für Stahlfaserbeton ..." (Fassung 09/1992). Immer häufiger werden dazu synthetische Fasern mit Faserdurchmessern dF 5µm≤dF≤50µm eingesetzt. Dabei verfolgt man je nach Faserlänge lF unterschiedliche Ziele, z.B. Kurzglasfasern mit lF/dF≥10 für die Verstärkung von an sich sehr weichen Thermoplasten und Langglasfasern mit lF/dF≥1000 bei der Verstärkung von spröden Duroplasten. Ebenso hat man mit synthetischen Textil- oder Glasfasern bei vorzufertigenden dünnwandigen Betonerzeugnissen anstelle früher eingesetzter Asbestfasern wichtige Gebrauchswerteigenschaften wie die mechanische Festigkeit und Biegefestigkeit erheblich verbessern können, wobei z.B. Einstandskosten mit 3,00 - 4,00 DM/kg für Kurzglasfasern bisher eine massenhafte Verwendung solcher Materialien limitierten. Gleichfalls gilt der Einsatz von biegeschlaff eingebrachten Stahldrahtverstärkungselementen für verschiedene Betonsorten als eingeführt. Der großtechnische Einsatz von Naturfasern hoher Festigkeit, wie z.B. Bambusfasern ist bisher für solche Verstärkungsaufgaben nicht bekannt geworden. Ebensowenig der Einsatz für Transport- oder Spritzbeton.
Untersuchte (zerfaserte und weiterverarbeitete) Bambusproben (vorrangig Arundinaria) bestanden im Durchschnitt aus ca. 40 Vol-% Fasern, bis zu 50 Vol-% Parenchymzellen und >10 Vol-% Leitgefäßen, dazu Liese, W., Anatomy and Utilization of Bamboos, European Bamboo Society Journal, May 6/1995, S. 5-12. Bambus übertrifft damit hinsichtlich des Gesamtfaseranteiles mit technisch gewinnbaren Fasern von bis zu 80% der Halmbiomasse alle einheimischen Faserpflanzen erheblich, wenn man unterstellt, daß solche Fasern oder Faserbündel unterschiedlicher Länge und Dicke im Normalfall größer sein werden, als die für die Weiterverarbeitung technologisch wichtigen verholzten Bambusfaserzellen bei Abmessungen mit Durchmessern dZ≤µm, Wandstärken sZ≤6µm und Längen lges≤1.300-4.300µm. Im Vergleich zu einheimischen Hölzern ist die mechanische Belastbarkeit bei vielen wirtschaftlich interessanten Bambusgattungen bzw. -arten wie Bambusa, Arundinaria, Phyllostachys und Fargesia, insbesondere die aufnehmbare Biegebeanspruchung relativ groß. Bei Bambus dominieren z.B. gegenüber Nadelhölzern die um bis zu 140 % höhere Biegebelastbarkeit und die um bis zu 85 % höhere Zugbelastbarkeit. Analoges gilt für den Vergleich von zugbeanspruchten Faserpflanzen, bei denen z.B. die mittleren Zugfestigkeitswerte von Hanffasern um den Faktor 3 - 4 und von Flachsfasern um das 2 - 3 fache durch Bambusfaserbündel übertroffen werden.
Für die schon o.a. Bedeutungslosigkeit der Bambusfasern, die sie in der Technikentwicklung, einschließlich der ihr zugrunde liegenden Veröffentlichungspraxis, erfahren hat, ist zu vermuten, daß die Ursachen dafür in der technologisch wesentlich einfacheren Holzzerfaserung, in Befürchtungen über hohe Rohstoffpreise und in der breiten Orientierung auf andere gegenüber Bambus geringwertigere (beim Anbau in Europa jedoch geförderte) Faserpflanzen liegen.
Von den wenigen bekanntgewordenen Entwicklungen zur Be-/Verarbeitung von Bambus orientieren Lo, M. P.; Tsai, C. M. in "Experiment on the manufactoring of bamboo particleboard", Bull. of the Exp. Forest of National Taiwan University, 116, 1975, p. 527 - 544 auf die Verwendung von Prall- und/oder Hammermühlen für die Zerkleinerung von Rohbambus, wobei als Nachteil ein hoher Feinkornanteil im Mahlgut ebenso toleriert werden muß wie relativ kurze Fasern bzw. Faserbündel, die durch das Zerbrechen des Aufgabegutes in diesen Mühlen infolge stochastisch verteilter, aufeinander folgender Beanspruchungsvorgänge beim technischen Zerkleinerungsprozeß während des Durchganges durch den Mahlraum entstehen. Ein weiterer Nachteil ist der erhebliche Metalleintrag in das Mahlgut, entstehend durch Reib- und Gleitverschleiß aus der Mahlgutbewegung an den in der Regel mit hoher Umlaufgeschwindigkeit rotierenden Mahlwerkzeugen. Gleiche Bedenken müssen angemeldet werden bei allen zur Zerfaserung einsetzbaren Zerkleinerungsmaschinen, bei denen das vorzerkleinerte Aufgabegut Bambus z.B. in einem Mahlspalt zwischen rotierenden Scheiben oder zwischen ebener Mahlbahn und darauf sich abwälzendem angedrückten Mahlkörper durch unterschiedliche Anteile von Druck- und Scherbeanspruchung, ggf. überlagert mit örtlicher Prall- oder Schlagbeanspruchung zerkleinert werden, dazu Höffl, K., "Untersuchung über die Zerkleinerung in Wälzmühlen", Dissertation Technische Universität Dresden (Fakultät für Maschinenwesen), 1969, Eigenverlag. Mit diesen bisher bekannten technischen Lösungen ist eine notwendige Zerkleinerung des Aufgabegutes entlang der Strukturgrenzen, siehe Rauer, L., "Überlegungen zur Xylitseparation aus Rohbraunkohle", Bergbautechnik 20, 1970, H. 7, S. 382 - 383, hier im Besonderen entlang der Zellgrenzen, und eine damit angestrebte für die Weiterverarbeitung technologisch vorteilhafte (bei Bambusfasern nadelförmige) Gestalt sowie Abmessungen des Fertiggutes mit Länge/Durchmesser-Verhältnissen >100 nicht möglich. Dies kann nur dann erreicht werden, wenn die mit integrierten Sichtersystemen der Mühlen verbundenen inneren Mahlgutumläufe beseitigt und damit Übermahlungen ausgeschlossen werden, dazu Kolberg, L., "Beitrag zur Wälzzerkleinerung", Freiberger Forschungshefte A, 554, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1976. Darüber hinaus ist zu bedenken, daß durch die große Festigkeit aller Bambusarten und die in die Pflanzenzellen eingebauten silikatischen Bestandteile die Anwendung konventioneller Schneidtechnik stark eingeschränkt ist. Die bekannten Aufbereitungsverfahren mit integrierten Verfahrensstufen für schneidende Zerkleinerungeschritte sind bei allen Bambusarten sehr verschleißintensiv und somit mit erheblichen Mängeln behaftet.
Naheliegender Stand der Technik zu Gewinnungsverfahren oder Gewinnungsapparaturen/-anlagen im Sinne v.g. Anforderungen und zur Beseitigung der Mängel konnte nicht ermittelt werden.
Ausgehend von der oben dargestellten und mit hoher Sicherheit zu erwartenden künftigen Bedeutung dieser Naturstoffe liegt der Erfindung die technische Aufgabe und das Ziel zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die die gesamtheitliche technische Lösung einer Zerkleinerung des Aufgabegutes entlang der Strukturgrenzen, hier der Zellwände, mit einem hohen Anteil von Bestandteilen mit technologisch vorteilhafter, bei Bambusfasern nadelförmiger Gestalt und Größe, insbesondere mit einem Länge-/Durchmesser-Verhältnis ≥100, im Austragungsgut bewirkt, wobei
  • in diesen v.g. Bestandteilen die Stoffeigenschaften hohe Zug- und Biegebelastbarkeit, hohe Schlagzähigkeit, niedrige Dichte und geringe Wärmeleitfähigkeit erhalten bleiben sollen,
  • die Abmessungen der Fasern bzw. Faserbündel durch Veränderungen von Verfahrensparametern an die wechselnden Abnehmererfordernisse angepaßt werden können, ohne von Konstruktionsmerkmalen, wie z.B. festgelegte Umlaufgeschwindigkeiten und Größe der Zerkleinerungswerkzeuge abhängig zu sein,
  • möglichst feinkornfreie und kostengünstige Fasermaterialien erhalten werden.
  • die Bambusfasern/Bambusfaserbündel durch die Anwendung eines trockenen Verfahrens so gewonnen werden, daß sie weitgehend frei sind von nichtfasrigen Bestandteilen und nach dem Durchlauf durch die Aufbereitungslinie die für den jeweiligen Einsatzzweck erforderlichen Eigenschaften, wie Restfeuchte, Faserlängen und -dickenverteilung aufweisen, wobei die Möglichkeit, im trocken arbeitenden Aufbereitungsprozeß die Abmessungen der Fasern bzw. Faserbündel durch Veränderung von Verarbeitungsparametern relativ einfach wechselnden Abnehmeranforderungen anzupassen, gegeben sein muß.
Erfindungsgemäß wird die vorstehende Aufgaben- und Zielstellung durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bis 16 gelöst.
Es sind an sich vom Grundsatz her bekannte Verfahrensweisen neu und verändert bestimmt und diese wie auch vom Grundsatz her bekannte Maschinen auf neue Art und Weise miteinander in Verbindung gebracht worden, so, daß beliebige, auf Rieselfähigkeit vorzerkleinerte faserhaltige organische Materialien, insbesondere jedoch Bambus, einem ein- und/oder mehrstufigen Behandlungsprozeß nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 12 bis 15, bestehend aus einer Waschstufe, einer Druckbedampfung, ersatzweise auch als Einweichstufe mit oder ohne Materialwäsche ausgebildet, einem Zerkleinerungsvorgang und einer meist mit einer Trocknungseinrichtung kombinierten Klassierstufe, unterzogen werden.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung an Hand von zwei sich unterscheidenden Verfahrensweisen näher erläutern.
  • Fig. 1 zeigt eine Verfahrensweise nach Ausführungsbeispiel 1.
  • Fig. 2 zeigt eine Verfahrensweise nach Ausführungsbeispiel 2.
  • Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Siebanalyse mit Faserlängenverteilungen für 3 unterschiedliche Einstellungen bei der Gewinnung von Bambusfasern mit den erzielbaren qualitativen und quantitativen Eigenschaften des faserförmigen Produktes, wobei Q(x) in % für Durchgangssummenverteilung steht.
    Durchgeführte Aufbereitungsversuche zur trockenen und nassen Gewinnung von Bambusfasern und Faserbündeln haben bestätigt, daß für die Weiterverarbeitung wichtige granulometrische Eigenschaften, wie durchschnittliche Abmessungen der Zerkleinerungsprodukte und Fasergrößenverteilungen, in weiten Grenzen variierbar und damit die Anpaßbarkeit an nachfolgende Verarbeitungsschritte gegeben sind. Die Faserlängenverteilungen lF in I, II, III stehen für die folgenden Verarbeitungsschritte/-bedingungen:
  • I - Trockene Aufmahlung der auf 20 mm vorzerkleinerten Rohbambusstücke in einer Kegelrollenwälzmühle mit innerem Stabkorb-Windsichterkreislauf, ohne vorgeschaltete Plastifizierung durch Dampfbehandlung,
  • II - Aufmahlung des feuchten, durch Dampfbehandlung (1,5 bar, 110°C, Verweilzeit<1,0 h) plastifizierten Rohbambus in einer Scheibenmühle mit enger Mahlspalteinstellung, ohne inneren Sichterkreislauf,
  • III - Aufmahlung des feuchten, durch Dampfbehandlung (1,5 bar, 110°C, Verweilzeit<0,5 h) plastifizierten Rohbambus in einer Scheibenmühle mit grober Mahlspalteinstellung, ohne inneren Sichterkreislauf.
  • Fig. 4 zeigt eine Verfahrensweise nach Ausführungsbeispiel 5.
    • Ausführungsbeispiel 1
    Gemäß einer ersten Verfahrensweise wird der Rohbambus mit den Anlieferdimensionen Länge 1<1,0 m und Durchmesser d<0,15 m der Vorzerkleinerung 1 zugeführt, die z.B. als langsam laufendes im ziehenden Schnitt arbeitendes Schneidwerk mit einzugsverbessernden vorgeschalteten Walzen gestaltet sein kann. Dort wird er in Stückgrößen von max. 5 cm zerlegt und anschließend der Aufgabegutwäsche 2 zugeführt. Diese Wäsche wird mit Kreislaufwasser 3 aus der komplexen Wasserreinigung 5 und mit Rohwasser 6 aus der mechanischen Wasserreinigung 7, z.B. im Verhältnis 1:1 beaufschlagt, zuzüglich erfolgt eine angemessene Zuführung von Frischwasser 19. Die Aufgabegutwäsche 2 bewirkt das Abtrennen der gegebenenfalls oberflächlich anhaftenden Verunreinigungen z.B. aus Pflanzenschutz- und/oder Konservierungsmaßnahmen und verhindert eine eventuelle Chemikalienverschleppung in den Fasergewinnungsprozeß. Des Abwasser 4 wird in die komplexe Wasserreinigung 5 zurückgeführt, die in an sich bekannter Weise anlagenseitig gestaltet und nach bekannten Verfahren für die Schadstoffabtrennung aus belasteten Wässern zu betreiben ist. Das gewaschene Aufgabegut gelangt danach in die der Grobzerfaserung 11 vorgeschaltete mit Naßdampf/Sattdampf 8 beaufschlagte Plastifizierung 9, die als Durchlaufreaktor ausgebildet ist und direkt in den Aufgabebereich des anschließenden Grobzerfaserungsaggregates 11 aufgibt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird mit Rücksicht auf die beabsichtigte Grobfasergewinnung aus Bambus eine geringe Plastifizierung und damit geringe Auflockerung der gewachsenen Bambusstruktur durch das Einstellen einer sehr kurzen Verweilzeit des vorzerkleinerten Bambus bei einem Prozeßraumdruck von 3 bar und einer Prozeßtemperatur von ca. 130°C angestrebt. Das Kondensat 10 aus der Plastifizierung 9 gilt als mit nichtfasrigen Bambusbestandteilen verschmutzt und wird nach der Feststoffabscheidung, bei der zu entsorgende Reststoffe 12 anfallen und abgeführt werden, in einem an sich bekannten Wasserfeinreinigungsgerät 7, z.B. als Lamellen- oder Schrägrohrklärer ausgebildet, einem Wärmeüberträger zur Abwärmenutzung 13 zugeführt. Das gereinigte Rohwasser 6 wird wieder der Aufgabegutwäsche 2 zugeführt. Das von der Plastifizierung 9 direkt in den Aufgabebereich der Grobzerfaserung 11, die vorzugsweise nach einem modifizierten Extrusionsprinzip mit an sich bekannter Maschinenbauart arbeitet, aufgegebene feuchte Material wird durch die Preßwirkung der Schnecken des Extruders auf Temperaturen >100°C erwärmt, so daß das bis in die Pflanzenzellen eingedrungene Wasser zu sieden beginnt. Durch den dadurch gewollt bewirkten Dampfdruckanstieg sowie infolge der durch das Antriebssystem von außen auf das zwischen Schnecken- und Gehäusewand befindliche Material aufgezwungenen Scherwirkung wird in diesem ein Aufschluß entlang der festeren Faserzellwände hervorgerufen und damit ein Freilegen von Fasern und/oder Faserbündeln bewirkt. Die Grobzerfaserungsstufe 11 führt zu einer Größenordnung in der erzielbaren Faserlänge lF von ca. 20 mm. Die Fasern mit lF≤20 mm werden als Fertiggut 15 aus dem an sich bekanntem Stromtrockner 14 abgegeben. Die in der Grobzerfaserungsstufe 11 entstandenen und aus dem Extruder austretenden Überlängen mit lF>20 mm werden im Stromtrockner z.B. durch einen darin vorgesehenen regelbaren Sichter, abgeschieden und zur schonenden Nachzerkleinerung wieder dem Extruder aufgegeben 16.
    Es ist grundsätzlich möglich und gegebenenfalls vorzusehen, die zu gewinnenden Fasern einer zusätzlichen chemischen Behandlung wie z.B. mit Wasserglas oder Na0H zur Verbesserung der Alkalibeständigkeit zu unterziehen. Vorteilhaft könnte dies durch Zugabe der entsprechenden Substanzen auf das Grobgut vor der Zerfaserung, durch gesonderte Dosierung in den Mahl- und Zerfaserungsbereich der Zerkleinerungsmaschinen, mittels Zumischung über das den zerfaserten Bambus aus dem Mahlraum abtransportierende Blasrohr in der Grob- und/oder Feinzerfaserung 11, 20 oder durch Zudosierung in einem der Trocknung 14 vorgelagerten Zwangsmischer geschehen, in dem die zuzugebenden Reagenzien in das bewegte Fasermaterial gesprüht werden, das dann anschließend dem Stromtrockner zugeführt wird.
    Aus der parallel neben der Aufgabegutwäsche 2 angeordneten komplexen Wasserreinigung 5 werden die Wasserreinigungsrückstände 17 und das Abstoßwasser 18 abgeführt.
    Ausführungebeispiel 2:
    Gemäß einer zweiten Verfahrensweise zur Gewinnung von feinteiligerem Fertigprodukt als nach Ausführungsbeispiel 1 in der Produktgrößenordnung lF≤1,0 mm wird der Rohbambus ebenfalls mit den Anlieferdimensionen Länge ≤1,0 m und Durchmesser ≤0,15 m der Vorzerkleinerung 1 zugeführt. Nach der prinzipiell gleichen Aufgabegutwäsche wird eine weitergehende Plastifizierung und damit weitergehende Auflockerung der gewachsenen Bambusstruktur bei einem Prozeßraumdruck von 6 bar und einer Prozeßtemperatur von ca. 150° C vorgenommen. Der Grobzerfaserung nach Ausführungsbeispiel 1 mit ihrem Ergebnis der Faserlänge lF von ca. 20 mm folgt eine Feinzerfaserung 20. Diese Feinzerfaserung ist als schnellaufende Scheibenmühle vorgesehen. Die Feinzerfaserungsstufe 20 führt zu einer Größenordnung in der erzielbaren Faserlänge lF von ca. 1 mm. Nach der Feinzerfaserungsstufe 20 gelangt der Stoffstrom in den Stromtrockner 14. Die Fasern mit lF≤1mm werden als Fertiggut 15 ausgetragen. Fasern mit Überlänge lF>1mm 16 werden im Stromtrockner abgeschieden und zur schonenden Nachzerkleinerung wieder dem Extruder in der Feinzerfaserung 20 aufgegeben.
    Ausführungsbeispiel 3:
    Die Verfahrensweise in den jeweiligen Verfahrensstufen und deren Anordnung folgt Ausführungsbeispiel 2. Anstelle der Feinzerfaserung mittels Scheibenmühle unter 20 und nachgeordnetem Stromtrockner 14 wird eine Kegelrollenwälzmühle mit innerem Stabkorb-Windsichterkreislauf eingesetzt, indem für die behutsame Trocknung des Mahlgutes das aus der Brennstaubaufbereitung der Braunkohlenkraftwerke bekannte Mahltrocknungsprinzip vorgesehen wird.
    Ausführungsbeispiel 4:
    Die Verfahrensweise in den jeweiligen Verfahrensstufen und deren Anordnung folgt Ausführungsbeispiel 2. Anstelle der Druckbedampfung in der Plastifizierung unter 9 wird eine Einweichstufe mit Materialwäsche vorgesehen.
    Die technische Ausgestaltung der trocken arbeitenden Verfahrensweise der Bambusfasergewinnung ist in Figur 4 dargestellt.
    Die durchgeführten Aufbereitungsversuche zur trockenen Gewinnung von Bambusfasern und Faserbündeln haben bestätigt, daß für die Weiterverarbeitung wichtige granulometrische Eigenschaften wie durchschnittliche Abmessungen der Zerkleinerungsprodukte und Längen- sowie Dickenverteilungen der Fasern/Faserbündel in weiten Grenzen variierbar und damit die Anpaßbarkeit an nachfolgende Verarbeitungstechnologien als machbar zu bewerten sind. Dabei spielt es eine wesentliche Rolle, daß die einzusetzende Zerkleinerungs-, Klassier- und Trockentechnik in der Lage ist und sein muß, auf wechselnde Rohstoffanlieferbedingungen ebenso wie auf unterschiedliche Abnehmeranforderungen hinsichtlich der durch den Aufbereitungsprozeß beeinflußbaren Eigenschaften der Fertigprodukte zu reagieren.
    Ausführungsbeispiel 5:
    Beim Vorzerkleinerungsprozeß sollen gut umschlagbare Hackschnitzel auf an sich bekannten Maschinen, wie Schlagscheren oder Trommelhacker hergestellt werden. Maßgeblich ist, daß bei der Vorzerkleinerung durch geeignete Vorrichtungen die Gewinnung vorzerkleinerter Bambusstücke, im weiteren Hackschnitzel genannt, mit variablen Hackschnitzellängen gewährleistet wird. Im nachfolgenden Aufbereitungsprozeß sollen daraus Bambusfasern/Bambusfaserbündel mit durch die Faseranwendung vorgegebener maximaler Länge und variabler Faserbündellängenverteilung gewonnen werden. Die bei Bedarf vor der Aufgabe in die Grobzerfaserung gewaschenen Hackschnitzel werden einer an sich bekannten Schlag- oder Spanmühle dosiert aufgegeben, in der Mühle durch einen starken Luftstrom erfaßt und gezielt gegen die tangential im Luftstrom angeordneten, mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Messer geschleudert. Dabei erfolgen eine oder mehrere aufeinanderfolgende Längsspaltungen, bevor der Luftstrom die gespaltenen Teilchen erfaßt und durch am Umfang gleichmäßig verteilte Siebbleche zieht. Übermaßige Teilchen (mit Abmessungen > Siebblechöffnungen) prallen von der Siebfläche ab und werden erneut vom Luftstrom erfaßt. Aus dem Förderluftstrom werden alle gröberen Teilchen (z.B. mit einer Einzellänge lF ≥ 0,5 mm) abgeschieden und einer Mehrdecksiebmaschine zugeführt, welche die Abtrennung von einzelnen Faserlängenklassen für unterschiedliche technologische Verwendungen erreichen soll. Das Unterkorn, z.B. mit einem größten Durchmesser dF ≤ 1 mm, gelangt danach in den Feingutbunker, das Überkorn, z.B. mit einem kleinsten Durchmesser dF ≥ 2 mm, wird der nachgeschalteten Feinzerfaserung zugeführt und das Fertiggut, z.B. mit 1 mm ≤ dF ≤ 2 mm, wird im Grobfaserbunker bis zur Versendung an die Faserabnehmer gestapelt. Die nachgeschaltete trockene Feinzerfaserung der Überkornfraktion, z.B. mit dF ≥ 2 mm, kann in Abhängigkeit vom herzustellenden Faserlängenspektrum mittels an sich bekannter Ausrüstungen, wie z.B. eine Scheibenmühle, mit Hilfe eines Schneckenextruders oder im Luftstrom einer Mikro-Wirbel-Mühle, realisiert werden, die ggf. mit einer Feststoffabtrennung, einer Feinfaserklassiereinrichtung und einem zusätzlichen Feinfaserbunker kombiniert werden.
    Ausführungsbeispiel 5.1:
    Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Ergebnisse der einstufigen Zerfaserung von trockenen Bambushackschnitzeln in einer Spanmühle an sich bekannter Bauart (s.o. ) . Die als Tabelle 1 nachfolgende Übersicht zeigt die Faserlängenverteilung für 3 unterschiedliche Mühleneinstellungen (Variation der Siebblechgeometrie mit 10 mm x 10 mm, 30 mm x 3 mm und 80 mm x 8 mm) bei der Gewinnung von Bambusfasern und gibt einen Ausschnitt aus der möglichen Variationsbreite der qualitativen und quantitativen Eigenschaften der faserbündelförmigen Produkte.
    Figure 00110001
    Bei allen 3 Varianten werden vorgetrocknete Bambusstangen (Länge ≤ 2 m, Dicke ≤ 15 cm) in einer als Trommelhacker gestalteten Vorzerkleinerungseinrichtung auf Aufgabestückgröße mit einer Länge ≤ 3 cm zerlegt. Anschließend gibt man die vorzerkleinerten trockenen Bambusstücke, im weiteren Hackschnitzel genannt, dem mit unterschiedlichen Zerkleinerungswerkzeugen und Klassiereinrichtungen ausgestatteten Zerfaserungsaggregat auf. Zu beachten ist, daß die gewählte Form der Ergebnisbeschreibung mit Siebanalyse weder eine echte Korngrößen- noch eine echte Faserlängenverteilung darstellt; es werden lediglich die nach langer Siebzeit (t ≥ 10 min) sich einstellenden Gleichfälligkeitsklassen beschrieben.
    Ausführungsbeispiel 5.2:
    In diesem Ausführungsbeispiel wurde zur Zerfaserung feuchter Bambushackschnitzel (lges ≤ 30 mm, Eingangsfeuchte  ≤ 30 %) ein langsam laufender Doppelschneckenextruder (Schneckendrehzahl ≤ 100 min-1 , freier Austrittaquerschnitt ca. 50 %) eingesetzt und die dabei erreichten Ergebnisse mit einer einstufigen Zerfaserung des gleichen Aufgabegutes in einer Spanmühle mit Austragssieb 8 mm x 8 mm verglichen.
    Die Gesamtzerfaserung der Bambushackschnitzel in einem Doppelschneckenextruder mit an sich bekannter Maschinenbauart erfolgt so, daß durch die Preßwirkung der gegenläufigen Schnecken das aufgegebene feuchte Material auf Temperaturen > 100 ° C erwärmt wird, dabei das bis in den Pflanzenzellen enthaltene Wasser zu sieden beginnt und durch den Dampfdruckanstieg sowie infolge der durch das Antriebssystem von außen aufgezwungenen Scherwirkung auf das zwischen Schnecken- und Gehäusewand befindliche Material ein Aufschluß entlang der festeren Faserzellwände im Sinne von Freilegung von Fasern und/oder Faserbündeln erfolgt. Das Extruderaustragsgut wird zur Grobguttrennung einer Klassiereinrichtung, vorzugsweise einem mit einer Trocknungseinrichtung verfahrenstechnisch gekoppelten Schwingsieb zugeführt. Im erläuterten Ausführungsbeispiel wurden Faserlängen lF ≤ 20 mm angestrebt, so daß aus dem Extruder ausgetragene Überlängen mit lF ≥ 20 mm abgeschieden und zur schonenden Nachzerkleinerung wieder dem Extruder aufgegeben werden müssen.
    Die zu erreichenden Faseraufschlußergebnisse aus dem Extruder (ohne Grobgutrückführung) und aus der Spanmühle mit Austragssieb 8 mm x 8 mm sind in Tabelle 2 gemeinsam mit den Bedingungen der in beiden Fällen eingesetzten Bambushackschnitzel zusammengefaßt. Bezüglich der Faseraufschlußergebnisse ist zu beachten, daß die Grobfaseranteile sich ebenso wie die Feinfaseranteile sehr deutlich unterscheiden. Beim Extruder ist vor allem ein hoher Anteil bei Fasern zu beachten, die im Bereich der Elementarfeserabmessungen von Bambus liegen, während der Anteil von gröberen Faserbündeln relativ niedrig liegt. Eine Ursache hierfür wird in konstruktiven Details des entsprechend ausgelegten und betriebenen Aggregates gesehen. Bei den durchgeführten Extruderläufen praktizierte Veränderungen konstruktiver Details, wie Wellendrehzahl, Schneckensteigung und freier Austrittsquerschnitt, lassen erkennen, daß die für bestimmte Faseranwendungen erforderlichen Verschiebungen der fasertechnischen Eigenschaften, wie Längen- und Dickenverteilung der ausgebrachten Fasern, möglich sind.
    Figure 00130001
    Ausführungsbeispiel 5.3:
    In diesem Ausführungsbeispiel findet sich die erfindungsgemäße Kombination der mechanischen Faseraufbereitung mit der Fasertrocknung wieder. Dabei ist zu unterscheiden, daß es einerseits zweckmäßig sein kann, den stangenförmigen Rohbambus bereits beim Erzeuger aus lager- und transporttechnischen Gründen vor seiner Grobzerkleinerung auf Restfeuchtegehalte von ca. 12 - 15 % vorzutrocknen. Andererseits ist es wegen der Staubentwicklung bei der Zerkleinerung sowie wegen der geringeren Verschleißwirkung von feuchtem Rohbambus in schneidend wirkenden Aufbereitungsmaschinen vorteilhaft, Eingangsfeuchtegehalte > 20 % einzustellen. Solche Feuchtewerte sind wegen der damit verbundenen Agglomerationsneigung vor allem de feineren Bambusfasern bei der anschließenden Klassierung, insbesondere auf Schwingsieben unterschiedlichster Bauart, sehr nachteilig. Auch wird die Lager- und Transportfähigkeit aller hergestellten Bambusprodukte durch solche Feuchtewerte nachteilig beeinflußt. Damit ist auf jeden Fall der enge Zusammenhang von mechanischer Bambusaufbereitung und Trocknung gegeben.
    Ausführungsbeispiel 6:
    Das stangenförmige, faserhaltige, organische Rohmaterial, vorzugsweise das vorstehend bereits beschriebene Bambus, wird der übrigens in allen Verfahrensbeispielen technologisch gleichen, hinsichtlich der Länge der zu gewinnenden Produkte jedoch verstellbaren Vorzerkleinerung 1 aufgegeben. Dabei kann es vorteilhaft sein, die in anderen Beispielen enthaltene Aufgabegutwäsche 2 als Befeuchtungsstrecke vor der Vorzerkleinerung 1 anzuordnen (nicht in Fig. 4 enthalten).
    Nach der Vorzerkleinerung 1 gelangt das zu zerfasernde Aufgabematerial in eine an sich bekannte schnellaufende Grobzerfaserungsstufe 11 und wird nach Austrag aus dieser einer nachgeordneten Klassierstufe 16.1, vorrangig als an sich bekanntes Mehrdecksieb ausgebildet, aufgegeben. Hier erfolgen die Abtrennung des technologisch unerwünschten überkorns 23 (z.B. dF > 4 mm) und die Ausschleusung der Grobkornfraktion 22 als Fertiggut (z.B. mit Abmessungen für dF = 2 - 4 mm). Das weiterhin ausgetragene Feingut 21 (z.B. dF < 2 mm) wird einer nachgeschalteten Klassierung 16.2 über die Trocknung 14 zur Aufteilung in weitere Faserfraktionen (21.1; 21.2; 21.3) zugeführt. Beide Klassierstufe 16.1 und 16.2 sollten mit einer oder mehreren, jeweils mit Siebabreinigungseinrichtungen wie Klopfböden ausgestatteten Mehrdecksiebmaschinen ausgerüstet werden.
    Das Überkorn 23 wird einer vorzugsweise als Scheibenmühle mit bis auf ca. 0,2 mm verstellbarem Mahlspalt ausgestalteten Feinzerfaserung 20 aufgegeben. Das bereits in der Grobzerfaserungsstufe 11 in Abhängigkeit von den dort eingebauten Zerkleinerungs- und Klassierwerkzeugen anfallende Feingut 21 und das Austragsgut 24 der v.g. Feinzerfaserung 20 werden gemeinsam (Gutzuführung aus 16.1 entsprechend der punktierten Pfeilrichtung vor Pos. 14) oder getrennt der zuschaltbaren, nachfolgenden Trocknung 14 für Feingut zugeleitet. Die Trocknerbauart als Strom- oder Schichttrockner ergibt sich aus dem Feinstkornmassenanteil < 0,5 mm und soll insbesondere staubexplosionsgefährdete Betriebszustände ausschließen. Die Zuschaltmöglichkeit eines für die Feinguttrocknung geeigneten an sich bekannten Gerätes kann sehr sinnvoll sein, wenn zu hohe Aufgabegutfeuchtegehalte (z.B. Wassergehalt > 15 %) die Siebklassierung durch Agglomerationseffekte des Siebgutes 21, 24 behindern.
    Die in Fig. 4 dargestellte Variante mit wechselnder Aufgabe des Siebgutes 21, 24 auf die Trocknung 14 oder 16.2 (Nachklassierung) hat den Vorteil, daß ggf. die Feinzerfaserung 20 der Überkornfraktion 23 entfallen und trotzdem die weitere Aufteilung des Feingutes 21 in feiner gestufte Feingutfraktionen, z.B. mit 21.1 (dF < 0,5 mm), mit 21.2 (0,5 mm ≤ dF < 1 mm) und mit 21.3 (1 mm ≤ dF < 2 mm) erfolgen kann. In diesem Fall müßte die Überkornfraktion 23 dem Grobgut 22 zugeschlagen und gemeinsam mit ihm verwertet werden.

    Claims (16)

    1. Verfahren zur Gewinnung von Naturfasern, insbesondere Bambusfasern, die den Zweck der Verstärkungsfaser erfüllen, welches die für andere Stoffe hinreichend bekannten Zerkleinerungsmethoden mitnutzt und der naß-trocken Verfahrensabfolge folgt,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das Naturfasermaterial einer Vorzerkleinerung (1) zugeführt und in dieser in einen rieselfähigen Zustand versetzt wird, danach entweder einem Waschvorgang (2) unterzogen und nach dieser Aufgabegutwäsche (2) mittels einer strukturauflockernden Druckbedampfung einer Plastifizierung (9) unterliegt oder nach der Vorzerkleinerung (1) direkt der Plastifizierung unterliegt, danach einstufig, zweistufig oder gegebenenfalls mehrstufig einer Zerfaserung (11, 20) unterworfen wird, dann eine Stromtrocknung und Klassierung (14) erfolgt, wobei ein zu bestimmender Massestrom (16) als Produkt dieser Zerfaserungsstufen (11, 20) aus der Stromtrocknung und Klassierung (14) heraus in eine oder mehrere davorliegende Zerfaserungsstufen zurückgeführt wird, der andere Massestrom die Verfahrensabfolge als Fertiggut (15) verläßt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die der Vorzerkleinerung (1) zugeführten Rohstoffstücke einer langsam laufenden und im ziehenden Schnitt arbeitenden Zerkleinerung unterzogen werden und dabei in Stückgrößen von max. 5 cm zerlegt werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das aus der Vorzerkleinerung (1) kommende Aufgabegut gegebenfalls zur Abtrennung oberflächlich anhaftender Verunreinigungen aus Pflanzenschutz- und/order Konservierungsmaßnahmen der Aufgabegutwäsche (2) zugeführt und dort behandelt wird, in der insbesondere das Rohwasser (6), welches aus der nichtfasrige Aufgabegutbestandteile abscheidenden mechanischen Wasserreinigung (7) zugeführt wird, auf Temperaturen ≤50 °C erwärmt sein kann, daß dieser Aufgabegutwäsche (2) im weiteren Kreislaufwasser (3) aus einer komplexen Wasserreinigung (5) sowie Frischwasser (19) zugeführt wird und daß das Mengenverhältnis von Kreislaufwasser zu Rohwasser zwischen 1:1 und 1:10 betragen soll.
    4. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das gewaschene Aufgabegut in der Plastifizierung (9) mit Naßdampf bei Drücken zwischen 1 und 10 bar und bei Temperaturen zwischen 100 und 180° C beaufschlagt wird und eine Verweilzeit von bis zu 1 h vorgesehen ist, wobei zur Beeinflussung der erzielbaren Faserlängen- und Faserdicken-Verteilungen der Naßdampfdruck, die Dampftemperatur und die Verweilzeit des Aufgabegutes einzeln oder gemeinsam unter den vorgenannten Grenzwerten eingeregelt werden.
    5. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      alternativ zur Druckbedampfung (9) eine Einweichbehandlung mit oder ohne Materialwäsche vorgenommen wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das von der Plastifizierung (9) kommende feuchte Aufgabegut direkt in den Aufgabebereich der nach dem Extrusionsprinzip arbeitenden Grobzerfaserung (11) mit ihrer Preß- und Scherwirkung, so auch, wenn beabsichtigt, in die Feinzerfaserung (20), die mittels an sich bekannter Scheiben- oder Wälzmühlen nach- oder parallelgeschaltete Quetsch- und Scherbeanspruchung bewirkt, gegeben wird und dort so behandelt wird, daß die Zerfaserung als Kombination von Grob- und Feinzerkleinerung durchgeführt wird, wobei das Fasergut im Durchmesser- und Längenbereich 15µm<dF<30µm, 1mm<lF<6mm und die Faserbündel im Durchmesser- und Längenbereich 0,5mm<dF <1,5mm, 6mm<lF<15. . .20mm hergestellt werden.
    7. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das entstandene Überkorn aus der Grob- (11) und/oder Feinzerfaserung (20) im Stromtrockner mit Klassierung (14) neben dem Fertiggut (15), welches als solches ausgebracht wird, gleichfalls gesichtet und abgeschieden und danach der der Teilchengröße entsprechenden Zerfaserungsstufe zur schonenden Nachzerkleinerung wieder zugeführt wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die zu gewinnenden Naturfasern mittels an sich bekannter Sprüh- und/oder Mischtechnik einer zusätzlichen chemischen oder sonstigen Behandlung zur Verbesserung der Alkalibeständigkeit und/oder für Modifizierungs- bzw. Vergütungszwecke unterzogen werden und dieses durch Zugabe der entsprechenden Substanzen auf das Grobgut vor der Zerfaserung durch gesonderte Dosierung in den Mahl- und Zerfaserungsbereich der Zerkleinerungsmaschinen, mittels Zumischung über das den zerfaserten Bambus aus dem Mahlraum abtransportierende Blasrohr in der Grob- und/oder Feinzerfaserung (11), (20) oder durch Zudosierung in einem der Trocknung (14) vorgelagerten Zwangsmischer erfolgt.
    9. Verfahren zur Gewinnung von Naturfasern, insbesondere Bambusfasern, die den Zweck der Verstärkungsfaser erfüllen, welches die für andere Stoffe hinreichend bekannten Zerkleinerungsmethoden mitnutzt und der ausschließlich trockenen Verfahrensabfolge folgt,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die an sich bekannten Verfahrensschritte und die dazu benötigten vom Grundsatz her bekannten Maschinen so miteinander arbeiten, daß vorzugsweise stangenförmige, faserhaltige, organische Rohmaterialien, insbesondere jedoch Bambus, auf rieselfähige Hackschnitzel variabler Länge vorzerkleinert (1) und danach in einem ein- oder mehrstufigen Behandlungsprozeß zerfasernd, trocknend und klassierend bearbeitet werden, indem diese Materialien in einem im Grobfaserbereich arbeitenden Zerkleinerungssystem/Grobzerfaserungsstufe (11) grobzerfasert werden, danach in einer nachgeschalteten Klassierstufe (16.1) klassiert werden, im Anschluß daran einer weiteren nachgeschalteten Feinzerfaserung (20) und einer der Feinzerfaserung (20) zugeordneten Nachklassierung (16.2) über eine spezielle ein- oder mehrstufigen Trocknung (14) zugeführt und dort dementsprechend bearbeitet werden, um Bambusfasern/Bambusfaserbündel variabler Länge und Dicke vom Elementarfaserbereich (mit dF ≤ 15 - 30 µm bei 1 mm ≤ lF ≤ 4 mm) bis zum Faserbündel (mit dF ≤ 0,5 - 1,5 mm und 8 mm ≤ lF ≤ 15 - 60 mm) für unterschiedlichste Verwendungen zu gewinnen.
    10. Verfahren nach Anspruch 9,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      eine einstufige Zerfaserung als vorzugsweise spaltende Beanspruchung der aufzubereitenden Bambushackschnitzel in einer an sich bekannten belüfteten Span- oder Schlagmühle erfolgt und daß die Einstellung der gewünschten Faserbündellängen- und -dickenverteilungen durch eine in der Mühle realisierte Kombination von mechanischer Beanspruchungsgeschwindigkeit, Siebblechausstattung und pneumatischen Austragsbedingungen in Abstimmung mit einem nachgeschalteten an sich bekannten, z.B. als Spiralschwingssieb ausgestalteten, Klassieraggregat erfolgt.
    11. Verfahren nach Anspruch 9,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      eine einstufige Zerfaserung in einem an sich bekannten Schneckenextruder überwiegend als Kombination von vorzugsweise scherenden Beanspruchungen der aufgegebenen Bambushackschnitzel untereinander und mit den feststehenden Gehäusewandungen sowie der Oberfläche der mindestens zwei im Extruder vorhandenen gegenläufig mit geringer Drehzahl von ≤ 100 min-1 relativ langsam bewegten Extruderschnecken mit in axialer Richtung konstanter oder variabler Schneckensteigung bei einzustellendem Rückstau durch Drosselung des Austragsquerschnittes des Extruders zwischen 10 und 50 % erfolgt und daß die an sich bekannten Wirkungen des Aufsprengens von Werkstoffverbunden durch Wasserdampf aus der Verdampfung des im Aufgabegut enthaltenen Wassers infolge des Druck- und Temperaturanstieges durch die Verdichtungs- und Reibungserwärmung des Mahlgutes vor allem die Bildung von Feingutanteilen bewirken.
    12. Anordnung zur Gewinnung von Naturfasern, insbesondere Bambusfasern, die den Zweck der Verstärkungsfaser erfüllen, welche die für andere Stoffe hinreichend bekannten Zerkleinerungsmittel mitnutzt und der naß-trocken Verfahrensabfolge folgt,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das Naturfasermaterial einer Vorzerkleinerungsanlage (1) zugeführt wird, daß dieser Vorzerkleinerungsanlage (1) entweder eine Aufgabegutwäsche (2) oder eine Plastifizierung (9) nachgeordnet ist, wobei die Aufgabegutwäsche (2) Zuläufe für Frischwasser (19), Rohwasser (6) und Kreislaufwasser (3) aufweist und dieser Aufgabegutwäsche (2) eine komplexe Wasserreinigung (5) mit Abgängen für Wasserreinigungsrückstände (17) und Abstoßwasser (18) parallel zugeordnet ist, dabei der Abfluß des verunreinigten Abwassers (4) aus der Aufgabegutwäsche (2) in den Zufluß zur komplexen Wasserreinigung (5) übergeht und deren Abfluß das Kreislaufwasser (3) der Aufgabegutwäsche (2) wieder zuführt, daß die der Aufgabegutwäsche (2) oder der Vorzerkleinerung (1) nachfolgende Plastizierung (9) eine Zuführung für Sattdampf (8) aufweist und einen Abgang für verschmutztes Kondensat (10) besitzt, welches in die mechanische Wasserreinigung mit Abwärmenutzungsanlage (7) geleitet und nach dessen Reinigung und Wärmeabführung als Rohwasser (6) wieder zurück in die Aufgabegutwäsche (2) geführt wird, daß die mechanische Wasserreinigung mit Abwärmenutzungsanlage (7) Abgänge für die zu entsorgenden Reststoffe (12) und die gewonnene Nutzwärme (13) aufweist, daß der Plastizierung (9) die Zerfaserung (11), (20) in einer (11) oder mehreren (11, 20) Stufen nachgeordnet ist, die in der/den jeweils erforderlichen Zerfasernsstufe/n einen oder mehrere Zugänge von der der Zerfaserung (11, 20) wiederum nachgeordneten Stromtrocknung/Klassierung (14) zur Übergabe des Überkorns aus der Klassierung (16) zur Nachzerfaserung des zu behandelnden Gutes aufweist und daß die Stromtrocknung/Klassierung (14) mittels eines Abganges das fertig zerfaserte Gut (15) in der vorgesehenen Größe abgibt.
    13. Anordnung nach Anspruch 9 und 12,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      in der Vorzerkleinerung (1) langsam laufende, im ziehenden Schnitt arbeitende Schneidwerke oder Scheibenhacker mit oder ohne einzugsverbessernden, vorgeschalteten Walzen angeordnet sind.
    14. Anordnung nach Anspruch 12,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Plastifizierung (9) als Durchlaufreaktor ausgebildet ist.
    15. Anordnung nach Anspruch 12,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Plastifizierung (9) durch eine Einweichstufe mit oder ohne Materialwäsche ersetzt sein kann.
    16. Anordnung zur Gewinnung von Naturfasern, insbesondere Bambusfasern, die den Zweck der Verstärkungsfaser erfüllen, welche die für andere Stoffe hinreichend bekannten Zerkleinerungsmittel mitnutzt und der ausschließlich trocken Verfahrensabfolge folgt,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      nach einer Vorzerkleinerungsstufe (1), bestehend aus Schlagscheren, Trommelhackern oder ähnlich wirkenden Geräten, eine Grobzerfaserungsanlage (11), bestehend aus Schlag- oder Spanmühlen bzw. ähnlch wirkenden Zerfaserungsgeräten, angeordnet ist, der die Klassierstufe (16.1) mit dafür üblichen technischen Geräten folgt und die die Grobkornfraktion (22) ausscheidet und die Feinkornfraktion (21) an die Trocknung (14) sowie die Überkornfraktion (23) an eine nachgeschaltete Feinzerfaserung (20) weiterleitet, daß der Klassierstufe (16.1) parallel eine Feinzerfaserungsstufe (20), mit beispielsweise Scheibenmühlen, Schneckenextrudern oder Mikro-Wirbelmühlen, sowie eine Trocknung (14) aus beispielsweise Strom- oder Schichttrocknern nachgeordnet ist, wobei die Feinzerfaserung (20) das Überkorn (23) und die Trocknung (14) das Feinkorn (21) gemeinsam mit dem Austragsgut (24) der Feinzerfaserung (20) aufnimmt, daß der Trocknung (14) eine Nachklassierstufe (16.2) mit üblicher Gerätetechnik zur Austragung von differenzierten Feingutfraktionen (21.1), (21.2) und (21.3) abschließend folgt.
    EP99112805A 1998-07-06 1999-07-04 Verfahren und Anordnung zur Gewinnung von Naturfasern, insbesondere Bambusfasern, die den Zweck der Verstärkung erfüllen Withdrawn EP0971065A3 (de)

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