CH176295A - Procédé pour la fabrication d'un produit fibreux en matière vitreuse, installation pour la réalisation de ce procédé et produit fibreux obtenu par ce procédé. - Google Patents

Description

Procede pour la fabrication d'un produit fibreug en matiere vitrense, installation pour la realisation de ce procede et produit fibreug obtenu par ce proeede. _

L'invention oomprend un procede pour la fabrication d'un produit fibreug en matiere vitreuse, une installation pour la mise en ceu vre de ce procede, ainsi qu'un produit fibreug obtenu par ce proc,6de.

Dans 1e soufflage de la laine de verre, an a eu de 1a diffi:culte jusqu'iei ä eviter 1a For mation de ce que 1'on peut appeler "gre naille", c'est-ä-dire des particules en forme de grains .d'un diametre relativement grand. Ce .phenomene parait etre de ä 1'effet de rup ture du jet que Fon a applique de maniere ä rompre 1e courant de verre en fusion, et qui brise ou dechire celui-ei en une serie de larmes qui sont etirees saus forme de co mete et dont chacune possede une tete inde sirable en forme de grenaille en plus de la queue qui sert @ä constituer la laine de verre desiree.

De plus, quoique Fon puisse, comme il est bien connu, etirer indefiniment 1e verre en Fusion en des fils dune Finesse extreme,

propriete que Fon utilise dann 1e procede bien connu. pour la produetion de soie de verre en etirant .des filaments de verre con tinus sur un tambour tournant rapidement, 1'effet de rupture du jet employe jusqu'i-ci, qui est generalement envoye sur 1e eourant de verre en fusion sous un angle brusque, a d-e termin6 la rupture des filaments en une serie de trongons distincts plus ou moins longs (suivant la composition de la matiere chaude), et une certaine quantite :de ces tron gons sont pre.cedes par les tetes indAsirables en forme de grenaille dont il a ete question, ce qui detruit eompletement la qualite lisse et 1'uniformite desiree de toute la masse r6sul tante.

En outre, la rupture prematuree des fi laments en forme ,de queues par 1e jet avant qu'ils ne soient suffisamment etires, leur laisse plus ou moins de -la fragilite que Von renaontre ordinairement Jans 1e verre froid et 1a manutention de la laine de verre r6sul ta.nte produit -des "echar.des" qui penetrent dans la peau de l'opérateur, de sorte que le produit présente de sérieux inconvénients.

Pour bien -des cas où l'on peut employer la laine de verre, la "grenaille" est une impu reté très nuisible. Par exemple, lorsque la laine -de verre est utilisée comme isolant, la grenaille charge le produit d'un poids mort qui ne possède aucune valeur isolante et cons titue un inconvénient. Dans la préparation des laines de verre de qualité supérieure, on a trouvé qu'il était nécessaire d'employer un moyen tel qu'un châssis ou écran pour faire vibrer la laine en vue d'en enlever la "gre naille", mais cet expédient n'est. pas satisfai sant, car il n'est pas très efficace et aug mente sensiblement de prix de fabrication.

On a déjà aussi préconisé un procédé con sistant à soumettre un courant de matière en fusion étirable en filaments, à un courant ga zeux entourant le courant .de matière en fu sion et se .déplaçant à grande vitesse dans le même sens que lui. Mais, dans ce procédé connu, le courant de matière en fusion a une section énorme par rapport au diamètre des filaments obtenus, si grande que le courant de matière en fusion ne peut pas être étiré en un filament continu par le jet gazeux, mais qu'il est pour ainsi dire .déchiqueté, et il en résulte des filaments de faible longueur et de la grenaille, comme avec les procédés con nus mentionnés ci-dessus.

Dans le procédé que comprend l'invention, on étire, comme dans le procédé connu dé crit précédemment, au moins un courant de matière vitreuse en fusion, sous la forme de filament, à l'aide d'un courant gazeux enve loppant se déplaçant à grande vitesse dans le même sens que le courant de matière en fusion, mais ce procédé est caractérisé en ce qu'on -donne, au courant -de matière vitreuse, une section transversale suffisamment petite pour permettre d'étirer la matière vitreuse, à l'aide du courant gazeux, sans effet de rupture, en un filament continu de -diamètre .considérablement réduit. On évite ainsi de briser ou rompre le filament tout en pouvant étirer la matière en fusion, pendant qu'elle se refroidit, en un filament extrêmement ténu, l'action étant analogue à l'étirage mé canique de filaments -de soie de verre au moyen du tambour tournant rapidement mais avec des résultats bien supérieurs, grâce à la simplicité relative -du pro cédé et l'action douce de la farce élastique produite par le jet gazeux -à grande vitesse, ce qui le distingue du contact mécanique franc du tambour avec le filament. La différence entre ce contact élastique et le contact mé canique du tambour -tournant paraît égale ment avoir un effet favorable sur l'élasticité du filament, de -sorte qu'au moyen dudit pro cédé, on peut obtenir un produit possédant des qualités d'élasticité particulières en plus du fait qu'il est sensiblement exempt de "grenaille" ou de défauts similaires et de toute tendance à former des "échardes".

Dans une forme d'exécution spéciale du procédé, servant au soufflage ,de la laine -de verre, on applique un jet gazeux élastique à un seul courant fin @de verre en fusion qui coule d'un four ou d'un avant creuset à tra vers une seule petite ouverture que l'on peut effectivement faire d'un petit .diamètre, par exemple 1,6 mm, quoiqu'on puisse obte nir des résultats satisfaisants en s'écartant de ce chiffre dans un sens ou dans l'autre. En pratique, cependant, particulièrement pour la fabrication de plaques ou d'autres formes de laine de verre employées comme isolant calo rifique ou électrique, séparateurs pour accu mulateurs électriques, matières textiles, etc., on a trouvé qu'il était désirable de pré voir plusieurs de ces ouvertures de -sortie, de sorte qu'un certain nombre de courants fins de verre en fusion s'écoulent du four ou de l'avant creuset et subissent simultanément l'action accélératoire d'un jet d'air ou de va peur sous pression dont la vitesse, tout en va riant avec la pression employée, est toujours beaucoup plus grande que la vitesse naturelle des courants de matière en fusion, et il en résulte que chaque courant peut être étiré en un filament microscopique de longueur in définie, de sorte que lorsque ces différents fi laments sont amenés dans un bac ou récipient commun, ou sur une courroie transporteuse, ils s'entremêlent naturellement et donnent un ensemble feutré ayant une grande élasticité mais :dont la densité par unité de volume est relativement faible. La matière est donc éti rée pendant qu'elle est encore reliée à la ré serve de matière contenue dans -le réservoir.

Les filaments individuels produits de cette manière peuvent être étirés à un dia mètre si petit qu'il est impossible de le me surer autrement que par -des procédés micros copiques, quelques échantillons :du produit obtenu ayant des filaments d'un diamètre constant aussi petit que quatre microns. Théo riquement, la longueur de ces filaments est infinie et dans la pratique se chiffre par milliers de mètres ou même de kilomètres, la production continue .des filaments sans cas sure dépendant uniquement -de l'application d'un jet uniforme et de l'alimentation :de l'ouverture -d'écoulement de l'avant creuset par une quantité uniforme de verre en fusion. Si une bulle d'air ou "grain" qui se trouve dans le verre en fusion est entraînée dans l'ouverture d'écoulement, elle peut momenta nément arrêter le courant et rompre le fila ment, mais à moins que cette interruption ne soit accompagnée par le bouchage de l'ouver ture, .comme par une "pierre" ou substance étrangère qui se trouve :dans la réserve -de verre en fusion, le courant se reforme immé diatement, et venant de nouveau sous l'ac tion du jet, le travail .d'étirage -du courant en un filament continu microscopique de lon gueur indéfinie reprend immédiatement. Et quoique la formation initiale du courant au moment où il sort de l'ouverture .d'écoulement sous le seul effet :de la pesanteur, tend à pro duire une tête ou lingot relativement froid en quelque sorte analogue aux têtes en forme de comète produites par le jet,des pro cédés -connus, comme :c'est .décrit ci-dessus, il suffit d'assurer là l'ouverture d?'écoulement une fourniture uniforme appropriée de verre en fusion pour empêcher complètement cet ef fet de se produire une fois que le travail est commencé, et, dans la pratique, la laine de verre qui en résulte se compose uniquement des filaments lisses et continus. On peut ap- pliquer le jet gazeux au courant de matière vitreuse pendant que celui-ci est à une tem pérature très élevée et dans un état très fluide.

Le procédé se prête ià la production d'une masse -de filaments sensiblement -droits qui conviennent bien au cardage, au filage, au tissage et aux autres opérations servant à la fabrication -de fils, filés, tissus et autres ar ticles faits avec des matières textiles. On a trouvé qu'en modifiant légèrement l'applica tion du jet gazeux d'air ou de vapeur, on peut donner aux filaments n'importe quel degré -de courbure, de sorte qu'on peut les accumuler sous la forme .d'une masse fibreuse légère de laine ayant une grande élasticité, cette matière étant très appropriée pour ser vir d'isolateur de chaleur et à :diverses autres applications.

Pour la réalisation du procédé pour la fa brication de la laine de verre très fine, on a trouvé que pour obtenir des résultats satis faisants, les courants de verre aux endroits où ils sortent :des ouvertures -d'écoulement doivent être à une température très élevée, bien plus élevée que les températures aux- quelles on travaille habituellement le verre ou que celles auxquelles le verre s'écoule des orifices d'alimentation pour son application à la fabrication :d'objets moulés ou soufflés en général. Des essais faits en vue de porter le verre à une telle température élevée à l'intérieur du creuset :d'alimentation ou ré cipient duquel le verre s'écoule, ont donné -des résultats impraticables et peu satisfai sants, dus en partie au fait que ces tempé- ratures extrêmement élevées provoquent l'éro sion et l'usure rapides des parois réfractaires du récipient, non seulement détruisant ces parois, mais causant l'introduction dans le verre en fusion d'une quantité de petites pierres ou morceaux -de la matière réfractaire, ce qui rend le verre impur. Ces particules sont entraînées dans le courant de verre et bouchent les petits orifices -de sortie.

L'installation que comprend l'invention supprime ces inconvénients. Elle est caracté- risée en ce qu'elle comprend un réservoir pour la matière vitreuse en fusion, un dispo sitif muni d'au moins un orifice -de sortie par lequel la matière s'écoule du réservoir en un courant .de faible section transversale, un @dis- positif pour élever la température de la ma tière pendant son passage à travers l'orifice de sortie et un dispositif pour étirer le cou dant de matière, 4e façon continue en un fi lament de diamètre considérablement réduit au moyen d'un courant gazeux. Un dispositif étant ainsi prévu pour élever la température de la matière vitreuse pendant son passage à travers l'orifice -de .sortie, il n'est plus néces saire de la porter aux hautes températures nuisibles indiquées, dans le réservoir duquel elle s'écoule.

Les parois,des orifices par lesquels la ma tière vitreuse s'écoule sont revêtues avanta geusement d'une matière telle que le platine, résistant efficacement à la température éle vée et à l'action érosive du verre -en fusion et qui est un bon conducteur d'électricité. Cette matière de revêtement -est maintenue à une température très élevée, par exemple par un courant électrique qui la parcourt, faisant ainsi monter la température de la matière au fur et à mesure qu'elle s'écoule par les ori fices de sortie, à la température élevée né cessaire. Afin d'éliminer .du verre des impu retés telles que .des pierres ou des morceaux de matière réfractaire qui ont été arrachées des parois du réservoir et qui boucheraient les orifices de sortie, un filtre peut être prévu au-dessus des orifices de sortie et servir d'é cran pour arrêter les pierres ou morceaux de matière réfractaire qui peuvent s'être in- troduits dans le courant de matière vitreuse. Ces morceaux de matière, réfractaire sont gra duellement dissous, de sorte que l'écran ne se bouche pas. Grâce à<B>ce</B> filtrage, une quan tité constante de matière vitreuse est mainte nue à la sortie des orifices d'écoulement, ma tière qui est exempte de toutes matières étrangères susceptibles de gêner la coulée continue -du courant à travers les orifices de sortie.

Sur les dessins annexés est représentée, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation que comprend l'invention.

Fig. 1 est une vue de côté de cette instal lation, servant à la fabrication de laine -de verre; Fig. 2 en est une vue de face fragmen taire; F'ig. 3 est un détail en ,coupe, la coupe étant prise suivant la ligne III-III de fig. 2; Fig. 4 est une vue en plan et coupe d'un four que comprend l'installation; Fig. 5 en est une vue -de côté en coupe; Fig. 6 est une vue de face en coupe prise à travers une plaque pourvue d'un orifice -de sortie; Fig. 7 est une coupe suivant la ligne VII-VII -de fig. 6.

L'installation représentée comprend un four 10 construit en matière réfractaire, ce four étant supporté dans une position élevée par un bâti 11. Le four comporte un compar timent de fusion 12 dans lequel on introduit la fournée de matière brute par une bouche d'alimentation 13, cette matière étant mise en fusion au moyen d'un brûleur 14. Le four comprend également un compartiment de raf finage l5, séparé du compartiment de fusion par une cloison 16 et ces compartiments com muniquent entre eux par un conduit 17. Le verre venant du compartiment de raffinage l5 coule -dans un prolongement 18 formant avant creuset, comportant un fond 19 et une paroi avant 20. Un brûleur 21 est prévu pour élever la température du verre à l'intérieur de l'avant creuset. Une cheminée 22 conduit les gaz brûlés hors du four. Le verre coule en avant depuis le compartiment 15 par un conduit l8a situé dans le fond 19 et arrive dans un puits 23 qui s'étend vers le bas à travers le fond 19. Le niveau du verre est sur ou près de la ligne a (fig. 6 et 7).

Une plaque circulaire 24 en argile ou ma tière réfractaire est prévue en dessous du puits 23 et est maintenue .contre le fond 19 au moyen & boulons 25a appuyant sun un anneau en fer 25. La plaque 24 est traversée par une ouverture de sortie 26 ayant des pa rois latérales plates qui .convergent vers le bas, de sorte que l'ouverture est de section sensible ment en forme de<B>V,</B> comme c'est représenté sur la. fig. 7. Une plaque 27. -de préférence en platine, est montée au-dessus .de la pla que 24 et comporte une garniture 28 pour les parois -de l'ouverture 26. Cette garniture af fecte la forme d'une auge en forme de V dont les parois latérales se prolongent vers le bas au-dessous de la surface inférieure de la plaque 24, à la manière d'un coin. La garni ture de platine est traversée, le long de son bord inférieur, par une série de petites ou vertures 80. Chacune de ces ouvertures per met le passage continu .d'un petit courant de verre en fusion. On a trouvé qu'on peut ob tenir des résultats très satisfaisants avec des ouvertures dont le diamètre varie de 1 mm à 1,8 mm pour la fabrication de laine de verre très fine.

Pour élever la température du verre au moment où il s'écoule par l'orifice -de sortie 26 et les ouvertures 30, on a prévu le chauf fage électrique de la garniture de platine. L'appareil électrique comprend un transfor mateur 31 (fig. 1) qui sert à abaisser à un bas voltage la tension du courant fourni par un secteur électrique. Des câbles 32 servent au transport du courant entre le transforma teur et des barres omnibus 33 qui sont sup portées au moyen d'organes de suspension 34 disposés sous l'avant creuset. Les barres 33 sont reliées électriquement à la plaque de platine 27 au moyen de barres 35 en platine ou en platine-rhodium qui s'étendent diago- nalement vers le haut depuis les barres 33 et dont les extrémités supérieures s'engagent dans la plaque 24 et sont soudées aux extré mités de l'auge en platine -en forme de V. On voit qu'avec cette construction, le courant électrique passe .directement dans l'auge en platine en forme de<B>V,</B> de sorte qu'on peut élever celle-ci à une très haute température. Par ce moyen, la température du verre en fusion est élevée de plusieurs centaines -de degrés, de sorte que les courants -de verre peuvent être amenés à une température aussi élevée qu'on le désire au moment où ils fran chissent les orifices de sortie 30.

Afin d'empêcher la. surchauffe des barres omnibus 33, on a prévu des moyens -de re froidissement comprenant des tuyaux 36 qui débouchent dans une chambre de refroidisse ment 3 7 aménagée clans les barres et à travers laquelle on peut faire circuler de l'eau ou d'autres fluides de refroidissement.

Un filtre 38 est prévu à l'intérieur -du puits 23 et est supporté ou attaché sur la pla que en platine 27 dans une position telle qu'il surplombe et recouvre l'orifice de sortie 26. Ce filtre comporte un écran, de préférence en fil de platine et à mailles serrées, de sorte que les ouvertures de l'écran sont plus petites que les ouvertures de sortie 30. Ce filtre sert à arrêter des pierres, morceaux ou particules de matière réfractaire qui ont pu parvenir jusqu'au courant de verre, de sorte que le verre admis à l'orifice de sortie est exempt de ces impuretés. On empêche ainsi les ouver tures 30 de se boucher et on assure le passage d'un courant continu -de verre à travers cha que ouverture. Les matières arrêtées par le filtre se dissolvent peu à peu, de sorte que le filtre ne se bouche pas.

En dessous de la plaque 24 est disposé un souffleur 40. Ce souffleur comporte un corps comprenant -des blocs 41 qui s'étendent dans le sens de la longueur de celui-ci et qui sont pourvus de chambres -de pression 42 com muniquant, par des c_naux 43, avec un con duit. 44 .disposé dans le sens -de -la longueur du souffleur entre les blocs 41. Des plaques de recouvrement. 45 sont attachées au moyen de vis 46 et sont munies de prolongements 47. inclinés vers le bas et vers l'intérieur, qui font saillie à l'intérieur du conduit 44 et qui sont écartés des parois voisines -des blocs 41, de façon fà former des fentes ou passages étroits 48.

De l'air ou de la vapeur sous pression est amené au souffleur par un tuyau 49 qui com munique avec les chambres .de pression 42. On peut ainsi maintenir n'importe quelle pres sion -de gaz désirée à l'intérieur -de la cham bre 42 et le gaz passe dans les passages 48 en nappes ou jets convergents. Ces jets de gaz enveloppent et frappent les petits courants de verre en fusion qui coulent vers le bas de puis les ouvertures 30 à travers le conduit 44. Les courants de verre se trouvent ainsi enve loppés d'un jet -de gaz se déplaçant vers le bas à grande vitesse et sont étirés par la. force de ce jet en fils ou filaments de .diamètre très ré duit. Grâce ià cette installation, on peut éti rer de façon continue les courants .de verre en des filaments de quatre microns ou moins de diamètre, que l'-on peut accumuler sous la forme de laine de verre extrêmement fine, la solidification -des filaments étirés étant pro voquée pendant qu'ils se -déplacent dans l'es pace et sont encore reliés à la réserve de ma tière. On peut régler et faire varier le dia mètre des filaments dans de larges limites en faisant varier la pression -de la vapeur ou de l'air fourni au souffleur, en faisant varier la température du verre à sa sortie et en faisant varier la dimension des orifices de sortie 30. Le courant gazeux appliqué à la surface du courant de matière fait accélérer le mouve ment de celui-ci dans une zone prédétermi née. La finesse du produit obtenu dépend également, dans une certaine mesure, de la formule de la fournée -de verre ou autre ma tière servant à la fabrication .de la laine. On a trouvé qu'un verre à la silice, tel qu'on l'emploie pour la fabrication de bouteilles en général, .convient pour la fabrication .de laine de verre de la finesse extrême .décrite ci- dessus. Dans les formules de ces verres, le pourcentage -de silice (SiOz) varie de ;soixante- dix à soixante-dix-huit pour cent, d'oxyde -de calcium (CaO) .de huit à onze pour cent, et d'oxyde de sodium - (Na20) -de quatorze à dix-huit pour cent. Il est entendu, .cependant, que d'autres genres de matières vitreuses peuvent être employés pour la fabrication d'un produit fibreux par le procédé que com prend l'invention.

Un autre facteur qui influe sur les résul tats obtenus dans la fabrication de laine de verre au moyen de l'installation représentée est la position du souffleur 40 par rapport aux orifices de sortie .du four. En réglant con- venablement le souffleur, on peut obtenir -des filaments sensiblement droits, ou en modi fiant le réglage, on peut donner à ceux-ci n'importe quel degré de -courbure désiré. En effet, par des réglages appropriés du souf fleur, on peut soit soumettre les .courants .de verre à une traction droite du jet, soit leur donner un mouvement de rotation ou un mou vement irrégulier grâce auquel les filaments, au moment de leur formation, sont recourbés ou bouclés, .de sorte que la masse qui s'accu mule peut avoir n'importe quel degré de cour bure désiré. Ceci donne à la .laine une légè reté, une élasticité -et une compressibilité qui sont très .désirables lorsqu'elle est transformée en nappes .d'une certaine épaisseur ou em ployée en vrac comme isolant ou pour d'au tres usages. Le tuyau 49 du souffleur est monté -de façon réglable dans un support 50 pour permettre le réglage du souffleur dans le sens vertical et autrement.

Claims (4)

1. REVENDICATIO\T I: Procédé pour la fabrication d'un produit fibreux en matière vitreuse, dans lequel on étire au moins un courant de la matière vi treuse en fusion, sous la forme de filament, à l'aide d'un courant gazeux enveloppant se déplaçant à grande vitesse dans le même sens que le courant de matière en fusion, caracté risé en ce qu'on donne, au courant de matière vitreuse, une section transversale suffisam ment petite pour permettre d'étirer la matière vitreuse, à l'aide du courant gazeux, sans ef fet de rupture, en un filament continu de diamètre considérablement réduit. SOUS-REVENDICATIONS 1 Procédé selon la. revendication I, caracté- risé en ce qu'on soumet plusieurs courants de matière en fusion à l'action .d'un seul et même courant gazeux.
2. 2 Procédé selon la revendication I, caracté- risé en ce qu'on .étire la matière pendant qu'elle est encore reliée à la réserve de matière contenue dans un réservoir.
3. 3 Procédé :selon la revendïcation I, caracté risé -en ce qu'on provoque la solidification -du filament de diamètre réduit pendant que celui-ci se déplace dans l'espace et qu'il est encore relié à la réserve de ma tière.
4. 4 Procédé selon la revendication I, caracté risé en ce que la force élastique constituée par le courant gazeux et appliquée à la surface du courant fait accélérer le mou vement de celui-ci dans une zone prédé terminée. REVENDICATION II: Installation pour la réalisation du pro cédé selon la revendication I, caractérisée en ce qu'elle comprend un réservoir pour la ma tière vitreuse en fusion, un dispositif muni d'au moins un orifice de sortie par lequel la matière ,'écoule du réservoir en un courant -de faible section transversale, un,dispositif pour élever la température de la matière pendant son passage à travers l'orifice de sortie et un dispositif pour étirer le courant de matière de façon continue en un filament de diamètre considérablement réduit, au moyen d'un cou rant gazeux. SOUS-REVENDICATIONS :@ Installation suivant la revendication II, caractérisée en -ce que, pour permettre d'élever la température de la matière vi treuse pendant son passage à travers l'o- rifi-ce de sortie, celui-ci est muni d'une garniture de matière conductrice d'élec tricité et des moyens sont prévus pour faire passer un courant électrique dans cette garniture. 6 Installation suivant la revendication II, caractérisée en ce que le diamètre de l'ori fice de sortie est compris entre 1 mm et 1,8 m@m. 7 Installation suivant la revendication II, caractérisée en ce que le réservoir est muni d'un .écran formant filtre à travers lequel la matière vitreuse en fusion passe pour arriver à l'orifice -de sortie. 8 Installation suivant la sous-revendication 7, caractérisée en ce que les ouvertures pratiquées dans l'écran sont sensible ment plus petites que l'orifice de sortie, afin .d'empêcher le passage à travers l'é cran de matières étrangères d'une gran deur suffisante pour boucher l'orifice. 9 Installation suivant la .sous-revendication 7, caractérisée en ce que l'écran formant filtre est constitué par une feuille de pla tine percée -d'un grand nombre -de petites ouvertures. 10 Installation suivant la revendication II, caractérisée en -ce que le réservoir à ma tière vitreuse comporte un fond en matière réfractaire ayant une ouverture de sortie dont les parois convergent vers le bas, ces parois étant recouvertes d'une feuille de matière conductrice d'électricité formant une auge en forme de V .dont le fond est percé de petites ouvertures pour livrer passage aux courants -de matière vitreuse en fusion. 11 Installation suivant la sous-revendication 10, caractérisée en ce que les parois de la feuille de matière -conductrice -d'élec tricité qui recouvre l'ouverture -de sortie se rencontrent suivant une ligne située au-dessous des parois de l'ouverture de sortie et sont munies d'orifices de sortie à l'endroit de cette ligne.