Technologieentwicklung für die Fertigung von Filamenten großer Durchmesser nach dem Lyocell-Verfahren

Zielstellung des Projektes war die Entwicklung einer Verfahrenstechnologie, die es ermöglicht, nach dem Lyocell-Prozess generierte Formkörper in Abmessungen größerer Durchmesser als Endlosfilament fertigen zu können, was erforderlich ist für eine effiziente Weiterverarbeitung in automatisierten Prozessen der Bürsten- und Pinselindustrie. Damit verbunden sollen gleichzeitig die Fertigungsaufwendungen der Filamentnachbehandlung wesentlich reduziert werden sowie gleichmäßigere Finaleigenschaften der Formkörper und eine höhere Qualitätsausbeute erzielt werden.

Ergebnisse

Durch die Auslegung und Optimierung neuer Ausrüstungskomponenten als Prototypen konnte nachgewiesen werden, dass die Weiterbehandlung von Endlosfilament auf einer schrumpfaufnehmenden Produktions-umlaufspule grundsätzlich möglich ist. Insbesondere die erforderliche Filamentwäsche, bisher nur in statischen Waschbädern mit langen Verweilzeiten realisierbar, kann mit einer Zwangsdurchströmung durch einen kompakten Produktwickel von innen nach außen mit höchster Effizienz umgesetzt werden. Das manuelle Umsetzen der Filamente, verbunden mit der Gefahr mechanischer Schädigungen, entfällt, da fraktionierte Waschbäder abnehmender Lösungsmittelkonzentration ähnlich dem Gegenstromprinzip nacheinander in den Waschkreislauf eingebunden werden können. Ebenso lässt sich das Aufbringen einer Präparation auf das Filament zu Erzielung gewünschter Verarbeitungseigenschaften gleichmäßig auf dem initial feuchten Filamentwickel applizieren. Es zeigte sich jedoch bei Umsetzung der weiteren Projektzielstellung der Filamentendbehandlung bis zur konfektionierfähigen Ware, dass der konzipierte Trocknungsprozess mittels beheizter Druckluft ebenso in Zwangsdurchströmung von innen nach außen durch den stark gequollenen Filamentwickel keine zufriedenstellenden Ergebnisse lieferte. Bedingt durch ungleichmäßige Filamententquellung und dadurch bedingte Wickellockerung entstehen unvermeidbare Luftdurchbrüche an der Wickeloberfläche. Wegen unkontrollierter Luftdurchführung an diesen Stellen kommt es zu ungleichmäßigen Trocknungsergebnis und begleitenden Schrumpfbedingungen in Verbindung mit langen Trocknungszeiten. Als Alternative zur ursprünglichen Trocknungsmethode lieferten Untersuchungen zur Spulentrocknung mit Mikrowelle praxistaugliche Ergebnisse mit kurzen Trocknungszeiten ohne Produktschädigung. Jedoch erfordert diese Methode eine Nachtrocknung der Filamente beim abschließenden Umspulprozess auf die Lieferspulen für den Verarbeiter, was durch Optimierung eines reaktivierten Rohrtrockners nachgewiesen werden konnte. Die Qualität der erzielten Filamente wurde vom verarbeitenden Kunden positiv bewertet. Zusätzlich zur verfahrenstechnologischen Entwicklung wurden zusätzliche Effekte ermittelt, die bisher unbeachtet einen wesentlichen Einfluss auf  finale Produkteigenschaften haben. So zeigte sich, dass insbesondere bei größeren Querschnitten der geformten Filamente, in Verbindung mit zusätzlich enthaltenen Feststoffadditiven noch verstärkt, eine stark gehemmte Lösungsmitteldiffusion bei der Wäsche dazu führt, dass das Lösungsmittel in den Filamenten gefrieren und zu irreparablen Strukturschädigungen im Formkörper führen kann. Auch die Trocknungsbedingungen wie Trocknungsgeschwindigkeit und Vorspannung zur Erzielung gerader Filamente führen zu abweichenden Produkteigenschaften für die Weiterverarbeitung und technischen Anwendung in der Bürsten- und Pinselindustrie.         

Anwendung

Durch die Projektbearbeitung wurde eine technologische Lösung entwickelt, die bei der sich bereits abzeichnenden Bedarfszunahme solcher Filamente für technische Anwendungen umsetzbar ist. Der wesentliche Engpass der bisherigen Fertigungstechnologie, der in der Filamentnachbehandlung bis zur Konfektionierung besteht und bestimmend ist für hohe Fertigungskosten und dadurch bedingte Wettbewerbsnachteile, kann dadurch beseitigt werden. Eine Überführung wird erfolgen, wenn der Bedarf die dafür erforderlichen Ausrüstungsinvestitionen rechtfertigt. Zudem werden die gewonnenen Erkenntnisse über zusätzliche Einflussfaktoren der Filamentherstellung mit funktionalisierenden Zusatzstoffen in parallelen Produktentwicklungen bereits umgesetzt.